2012年8月,神華呼倫貝爾潔凈煤有限公司20萬噸/年褐煤熱壓成型裝置建成投運,這是我國首套褐煤提質工業化示范裝置。圖為運行中的褐煤提質示范裝置。
近年來,石油價格居高不下,使得全球重新關注煤炭的加工利用。尤其在富煤少油缺氣的中國,煤化工得到了前所未有的發展,并引發了對煤炭的大量需求。2002~2012年上半年,中國煤炭產銷量增長了1.63倍。然而隨著優質煤供應日趨緊張,此前不被國人關注的褐煤的開采量和進口量開始迅速增加,還掀起了褐煤提質利用的熱潮。但是,作為劣質煤種的褐煤,其開采使用一直飽受爭議,我們該如何開發利用?對此,記者進行了深入采訪。
成本優勢明顯用量攀升
據了解,褐煤是煤化程度最低的煤種,其碳含量低,氧含量、灰分、水分、揮發分含量則分別高達30%~52%、19%~21%,30%~50%和45%~55%;且結構疏松、易風化和自燃,直接燃燒時熱效率低,并伴有大量廢氣廢渣排放;若作為原料轉化利用,又受到高含水、含灰限制。因此,油氣資源充足的國家,很少規模化開發利用褐煤。
但由于褐煤儲量大,具有分布集中、埋藏淺、易開采等特征,在油價高企的特定時間段或油氣資源不足的國家和地區,褐煤因價格低廉而受到重視。
據中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院教授朱書全介紹,全球褐煤儲量約4萬億噸,約占全球煤炭總儲量的40%。而我國現已探明的褐煤資源儲量1303億噸,占全國煤炭資源總儲量的近13%,主要分布在內蒙古東部、云南及東北三省。其中,僅內蒙古東部的褐煤儲量就占到全國褐煤總儲量70%以上。因其煤層距地面大多只有數百米深,有的甚至只有十幾米或幾米,加之煤層厚、單煤田儲量大、適宜露天開采,從而大幅降低開采的安全風險與成本,為其低價競爭創造了條件。
“我們這套裝置是國內首個以褐煤為原料生產合成氨的裝置。當初之所以選用褐煤,看重的就是褐煤資源易得、價格低廉。”大唐呼倫貝爾化肥有限公司副總工程師李儲祥對記者說。
據李儲祥介紹,大唐呼倫貝爾年產18萬噸合成氨、30萬噸尿素裝置,所用原料為提質褐煤與寶日希勒優質褐煤按1∶1混配。該裝置自2012年7月投產后,經過不斷技改和工藝優化,現已實現滿負荷長周期運行。最新標定結果為:每生產1噸合成氨,約消耗原料褐煤2.18噸。若按混配煤430元/噸綜合價格推算,噸氨原料成本約930元;但若改用優質煙煤或氣煤作原料,依當地優質煙煤價格和1.5噸優質煙煤生產1噸合成氨計算,噸氨原料成本將攀升至1050元,兩者相差120元。
“我們正在用附近的東勝利煤田褐煤進行適用性試驗,且已經取得相關參數,一旦成功,噸氨原料成本有望再降130元左右。”李儲祥透露。
據相關數據顯示,2008年以來,國內褐煤價格始終只有動力煤價格一半左右,有時甚至只有動力煤價格的1/3。以遼寧省東北部為例,目前,當地5500千卡/千克動力煤售價普遍超過560元/噸,而褐煤市場價只有250元/噸。
基于褐煤價格低廉,部分企業也開始考慮應用褐煤作原料。今年6月底,記者在走訪大連化工集團時,企業相關負責人曾透露:“如果優質煤炭價格繼續居高不下,我們將考慮改用褐煤作原料。”
此外,記者了解到,受褐煤與優質動力煤價格差距拉大刺激,2009年以來,我國褐煤消費量和進口量持續增加。中國煤炭工業協會提供的數據顯示,目前,來自印尼、澳大利亞等國家的進口褐煤,已經占到我國煤炭年進口總量的20%。今年1~7月,盡管國內煤炭供大于求、價格持續下跌,但褐煤進口量依然高達3597萬噸,同比增長16%,增速較硬煤高2.5%。
國外利用重在提質發電
“與中國近幾年才重視褐煤利用相比,國外褐煤利用已經有近百年的歷史。”陜西省化工學會理事長賀永德對記者說。
據了解,早在上世紀20年代,擁用豐富褐煤資源的德國,就開發了用于制造石蠟油和無煙燃料的褐煤熱解工藝。二戰期間,德國有數個大規模的褐煤低溫干餾工廠。德國魯奇公司開發的Lurgi-Spuelgas技術,是褐煤低溫熱解工藝的典型代表。其主要特點是:褐煤在625℃左右熱解,分離出煤中大部分水分、焦油及烴類組分;去掉水分及輕質組分的提質煤,用于燃燒發電。
但上世紀50年代以后,隨著石油及天然氣的大量使用,褐煤熱解或轉化受到冷落。除1984年建成投產的美國大平原褐煤制天然氣工廠外,國外鮮有以褐煤為原料生產化學品的工廠問世。雖然上世紀70年代第二次石油危機爆發后,褐煤利用再度引起美、德、日、澳等國重視,但考慮到褐煤高水分、高灰分、不能經濟地長距離運輸等弊端,國外出現了重視褐煤應用技術開發,輕視工業化應用的新動向。新建為數不多的褐煤利用工廠,也主要集中于提質后的坑口發電。在此過程中,產生了多條褐煤提質路徑。
德國相繼開發了回轉爐管式干燥工藝、MTE和DWT工藝。其中,回轉爐管式干燥工藝是利用低壓蒸汽加熱回轉爐中的原煤,分離原煤中絕大多數水分,以達到對褐煤脫水提質的目的;MTE工藝由德國多特蒙德大學開發,其流程是先將褐煤加熱到220℃左右,在高速旋轉下去除大量水分,再進行閃蒸干燥;DWT工藝則是德國科林公司的研究成果,是將粒度小于4毫米的褐煤送入過熱蒸汽流化床干燥器,被干燥的褐煤經旋轉閥導出,干燥過程所產生的蒸汽,經除塵后全部循環使用······
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