山西煤焦化产业创新链.docx

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山西煤焦化产业创新链

山西省煤焦化产业创新链

山西煤炭资源禀赋特点决定了山西焦化产业在全国的重要地位，在山西煤炭资源储量中，炼焦煤占55%，动力煤占27%、无烟煤占18%；山西炼焦煤查明资源储量918亿吨，占全国的33%，排第一位，其中最优质的肥煤、焦煤储量523亿吨，占全国的54%。

2013年，山西焦炭产量9077万吨，占全国总产量的19%；焦炭及初级化产品实现产值约1555亿元，占全省工业总产值的9%，煤焦化产业是山西省重点支柱产业。

丰富的优质炼焦煤资源为发展焦化产业提供了有利条件，但长期的粗放式发展，焦化产业面临产能严重过剩、企业大面积亏损现状，同时煤焦化能耗高、污染重的典型传统煤化工形象仍未得到根本改善。

山西目前炼焦排放CO2约

2800万吨、COD约6.55万吨，SO2约2.2万吨；炼焦产能达1.5亿吨左右，产能利用率仅为62%。

煤焦化产业亟需加强科技创新，发展炼焦配煤技术、污染物治理技术、热回收利用技术、大型清洁型焦炉和成套装备，促进节能减排、降本增效；发展粗苯、煤焦油、煤沥青先进加工技术，形成高附加值产业链；发展气化焦及其气化技术，化解产能过剩矛盾，形成以煤焦化为源头的现代煤化工产业链，促进产业结构优化升级。

山西省煤焦化产业创新链

一、产业发展现状和技术瓶颈煤焦化产业是焦炭生产，以及对焦炭生产过程中产生的煤气、煤焦油、粗苯等伴生物进行回收、加工所形成的产业。

（一）产业发展现状

世界焦炭总产量约为8亿吨，其中日本产量约4000万吨，欧美等发达国家产量不足1亿吨，总体处于萎缩状态。

中国是最大的焦化产品生产国。

2013年，全国焦炭产量4.76亿吨，消费量为4.71亿吨，产量和消费量均占到世界的65％以上；焦炭平均产能利用率约74%；全国煤焦油产量约2000万吨，粗（轻）苯产量约500万吨，焦炉煤气制甲醇约600万吨。

山西省是我国最主要的焦化产品生产基地。

1.焦炭生产：

随着钢铁企业自配炼焦装置产能、省外炼焦装置产能大幅上升，山西省焦化产量占全国产量的比例逐年下降。

2013年，山西焦炭产量9077万吨，占全国总产量19%；产能利用率为62%。

以7.63米顶装、6米顶装、5.5米捣固、4.3米顶装、4.3米捣固、热回收焦炉为主要装备。

目前正发展8米顶装、6.25米的捣固焦炉。

2.焦炉煤气利用：

全省2013年焦炉煤气产量约390亿m3。

焦炉煤气主要用于回炉燃烧、燃气（城市煤气、工业燃气、发电等）和合成氨、甲醇。

焦炉煤气制甲醇批准产能470万吨，已建成产能252万吨，2012产量占总产能26.6%。

焦炉煤气制合成天然气刚刚起步。

3.粗苯加工：

现有粗苯精制批准产能达170万吨，实际建成68万吨。

2012年精苯产量占总产能45.6%。

深加工企业较少。

4.煤焦油加工：

我省煤焦油现已全部实现回收。

煤焦油产能390万吨，产量近300万吨。

煤焦油加工批准产能540万吨，实际建成277万吨。

（二）面临的主要问题

1.产能过剩严重，产能利用率低。

由于需求减缓，炼焦企业开工不足，2013年全国焦化企业亏损面基本在40%左右（山西省更高）。

并导致部分下游延伸加工（粗苯加工、甲醇等）装置停产。

2.优质炼焦煤资源紧缺，企业生产成本高。

国家已将优质炼焦煤列入保护性开采范围；而我国炼焦企业原料煤中主焦煤比重过大，配煤成本高；与国际水平相差较远。

3.煤焦化产业链环境约束条件增强。

国家颁布了新的《炼焦化学工业污染物排放标准》（GB16171-2012），绝大部分焦化企业现有装备和技术尚不能全面满足新标准要求。

4.煤焦化产业链单位产品能耗约束条件增强。

国家颁布了新的《焦炭单位产品能源消耗限额》（GB21342-2013）。

钢铁炼焦企业还有约30%显热损失、独立炼焦企业约有80%

显热损失需要回收利用，节能空间大

5.炼焦产业集中度低，大型焦炉发展缓慢，不利于技术进步、污染治理和节能措施的采用，迫切需要开发低NOx

排放清洁型超大容积顶装焦炉和清洁生产大型捣固炼焦。

6.焦炉煤气利用效率不高。

焦炉煤气是优质资源，含

54%〜59%氢和24%〜28%甲烷，只有在不得已的情况下用作燃料和发电。

目前，焦化企业焦炉煤气回炉燃烧和用于工业燃气比例仍较高，利用效益低。

7.粗苯、煤焦油加工产业集中度不高，技术缺乏，工艺

落后；精深加工产品少，未能形成精细化工、新材料等高附加值产业链。

（三）主要技术瓶颈

节点

国外发展现状

国内及我省发展现状

主要技术瓶颈

气化焦

现无气化焦生产合成气案例。

气化焦生产和用于大型气化处于小试阶段。

鲁奇炉碎煤加压气化技术在国内成熟，设备已实现国产化。

气化焦的配煤技术、生产工艺及其相应的气化技术。

精细配

煤

新日铁采用脱水、预热和成型等预处理技术，劣质煤由20%提高到50%。

德国政府资助企业建立了炼焦配煤技木中心，显著提高弱粘煤配比。

优质炼焦煤是国家保护性资源，在炼焦配煤中比重过大。

配煤模型适应性差，工业化应用少。

山西炼焦配煤有一定技术基础。

降低稀缺主焦煤使用量配煤系统技术。

配煤炼焦预测模型。

精细配煤智能系统。

炼焦工艺及设备

德国8.3m顶装焦炉、

6.25m捣固焦炉技术先进。

具备炭化室压力调节系统减少荒煤气外泄、多段供热低NOx排放等先进技术。

新日铁建成8m超级顶装焦炉，实现了无烟、无尘、密闭生产。

7.63m顶装焦炉、采用废气循环与多段加热低NOx排放技术的7m焦炉已实现国产化，配套设备可靠性、智能化方面有差距。

6.25m捣固焦炉正在实现国产化，成套设备依然采用与国外公司合作的方式进行。

低NOx排放清洁型超大容积顶装焦炉。

清洁生产大型捣固炼焦成套装备。

大型成套设备稳定性、自动化、智能化水平。

节点

国外发展现状

国内及我省发展现状

主要技术瓶颈

热化学

熄焦

干法熄焦技术和装备成熟，普遍用于大型钢铁焦化联合企业。

干法熄焦技术在国内独立焦化企业适应性差。

热化学熄焦是国内开发的一项全新创新技术，处于中试阶段。

热化学熄焦技术。

污染减

排

焦化-钢铁联合模式基本不存在焦化废水深度处理问题。

焦炉烟道气借鉴燃煤排放标准，S02美国为

184mg/m3，欧盟为

200mg/m3

焦炉煤气用于化工原料总硫含量在0.1mg/m3以下。

炼焦化学工业污染物排放标准全面提升，目前绝大部分焦化企业现有装备和技术尚不能全面满足要求。

焦化废水深度处理回用技术目前处于研究试验或工程起步阶段。

我国焦炉烟道气新排放标准SO2为50mg/m3，NOx为400mg/m3。

焦化废水深度处理回用技术。

焦炉煤气的清洁净化技术。

废固体脱硫剂资源化。

余热回

收利用

没有荒煤气余热利用公开报道的先例。

烟道气余热煤调湿技术比较成熟。

有荒煤气余热利用小规模试验案例。

引进和开发了烟道气煤调湿技术。

焦炉烟道气类似的锅炉尾气无压余热螺杆膨胀发电实现工程实践，但没有在焦炉烟道气应用先例。

焦炉荒煤气余热咼效利用技术。

烟道气无压余热发电技术。

焦炉气咼质化利用

炼焦大多属于钢铁/焦化联合企业，焦炉气主要用于钢厂系统加热、分离制氢、轧钢厂保护性气体、高炉喷吹炼铁、直接还原制铁等。

钢铁焦化联合企业焦炉气主要用于钢厂加热和制氢。

独立焦化厂焦炉气用于气体燃料、发电、合成氨、甲醇。

国内开发了以焦炉气绝

焦炉气咼效制备合成天然气技术并规模化减排CO2。

节点

国外发展现状

国内及我省发展现状

主要技术瓶颈

焦炉气合成天然气绝热床关键技术属于上世纪九十年代。

南非萨索尔公司有生产咼端石蜡装置。

热床工艺合成天然气技术，并已应用到国内多套装置。

焦炉气低温换热式合成天然气新技术，已元成了中试研究，具有操作温度低、装置流程短、节能等优势。

粗苯精

制

国际先进技术主要包括咼温咼压气相加氢技术，低温气相加氢技术。

已实现咼温咼压气相加氢、低温气相加氢技术及其催化剂的国产化。

国内萃取法代表了国际先进水平，并副产宝贵的噻吩资源。

国内重苯加工停留在萘和洗油层次。

副产品重苯的高质化利用技术；

粗苯加工产品精制及副产品二次加工技术。

煤焦油

加工

煤焦油加工集中度

高，最大单套加工能

力50万t/a〜60万t/a;煤焦油产品有

200〜220个品种，根

据市场需要随时转产。

产业集中度不高，产能过剩；

新建15万t/a和30万

t/a生产装置采用美国、法国、日本的先进技术。

最大单套加工能力已达

50万t/a。

煤焦油产品品种有15〜

20种。

焦油加工清洁化、高端化技术。

咼温煤焦油加工催化加氢制取汽柴油调和组分。

焦油馏分深度切割提取精细化学品技术。

煤沥青的高效低污染高附加值利用

日本Cherry-T（简称

C-T）法改质沥青；俄罗斯气相沉积法高性能石墨；美国橡树岭国家实验至泡沫炭制备技术；日本吴羽公司、日本

沥青的深加工产品质量不咼，技术欠缺。

改质沥青已能规模生产，产品指标接近世界水平。

中科院煤化所研发了国内最咼比表面积的煤焦油沥青活性炭，实现30

中间相沥青技术及咼品质泡沫炭、炭纤维、石墨材料。

高比表面积活性炭和球状活性炭技术；高品质煤系针状焦

节点

国外发展现状

国内及我省发展现状

主要技术瓶颈

二菱化学、日本石墨纤维公司、大阪瓦斯化学公司和美国的Cytec公司煤沥青碳纤维技术；

日本新日铁化学株式会社和三菱化学株式会社两家公司咼性能煤系针状焦。

吨/年连续化生产线，与国际水平同步；该所HCG石墨已成功用于航天发动机密圭寸。

泡沫炭、中间相沥冃炭纤维MPCF仍处于研发阶段。

山西宏特拥有自主产权的煤系针状焦制备技术，但产品质量与国际水平还有差距。

煤沥青粉和沥青水浆。

路用煤沥青改性技术。

煤沥青基碳纤维复合材料。

流程再造与技术集成

国外对煤焦化产业工艺系统不断进行了创新，实现了煤焦化技术的优化集成。

国内焦化行业经过三十年的发展，在积极引进消化国外先进工艺、装备、信息化技术的同时，也促成开发了焦化工艺过程的清洁化、高效化、自动化。

但整个工艺系统的技术集成尚需进步优化。

加强技术集成、工乙流程再造，实现低碳、清洁、咼效发展。

焦炉加热气置换及其NOx减排技术。

炼焦化产全负压流程再造。

、技术需求与攻关路径

煤焦化产业链包括焦炭生产、焦炉气利用、粗苯加工、

煤焦油加工、煤沥青加工等产业。

在促进现有产业链技术进

步基础上，发展煤焦化为源头的现代煤化工（气化焦）、焦

炉气合成天然气、精细与医药化学品、煤沥青基先进炭材料等延伸产业链（见图2-1）。

煤焦化产业技术需求包括配煤、炼焦、化产、熄焦、焦

炉气、粗苯加工、煤焦油加工、煤沥青高质化等关键节点技

术，和整体产业链的污染减排、节能提效，以及实现低碳、

清洁、高效发展的流程再造技术（见图2-2）

根据产业技术需求及产业化可行性，凝炼了煤焦化产业最优先项目技术攻关路径（见图2-3）。

三、重点研发项目的凝炼针对我省煤焦化产业发展存在的主要问题和技术瓶颈，在充分调查研究的基础上，共征集研发项目47项，按照煤焦化产业创新链的11个关键节点，从产业急需、工程与研发基础、产业化可行性等方面进行评估，凝炼出34个重点项目，通过“四性一度”分析，划分出最优先支持级项目7项，优先支持级项目9项，支持级项目9项，储备级项目9项（见图3-1、表3-1）。

四、配套技术体系围绕煤焦化产业创新链，通过汇聚优秀人才、整合科技资源、搭建创新平台，培育创新团队，并建立由国内知名专家参与的专家委员会。

以企业为核心，建设煤焦化山西省工程技术研究中心、炼焦配煤山西省工程技术研究中心、催化净化山西省重点实验室、煤沥青高质化利用山西省重点实验室，和煤焦化节能工程技术研发平台、粗苯加氢工程技术研发平台，并申报煤焦化国家工程技术研究中心（见图4-1）。

建设筹建

—H煤焦化山西省工程技术研究中心I|~一|煤焦化国家工程技术研究中心

/崔化净化山西省重点实验室

培育

煤沥青咼质化利用山西省重点实验室

煤焦化关键技术创新团队

炼焦配煤山西省工程技术研究中心1

•

催化净化创新团队

*煤焦化节能工程技术研发平台

—啊苯精制工程技术研发平台

已有I碳纤维制备技术国家工程实验室11碳纤维及其复合材料山西省科技创新领军团队

相关平台

和创新团队煤科学与技术省部共建重点实验室培育基地碳材料山西省重点实验室

图4-1煤焦化产业创新链配套技术体系建设示意图

五、预期效益分析

煤焦化产业创新链的实施，将突破气化焦及其鲁奇炉气化、精细配煤系统、焦炉气合成天然气及CO2规模化减排、

焦化废水深度处理回用、低SO2和NOx排放、超大型清洁

焦炉成套装备稳定性等关键技术，将有力地支撑焦化产业升级换代、低碳绿色发展。

气化焦及其气化技术的推广应用，将化解炼焦产能过剩矛盾。

以实现3000万吨炼焦产能计，同时可增产焦炉气约60亿标方/年（吨焦产焦炉气200标方）；化产焦再气化可增产合成气约400亿标方/年。

如实现全省动态控制焦炭产能1.2亿吨（焦炭产量0.9亿吨，化产焦产量0.3亿吨），通过替代加热技术，可增产焦炉气约168亿标方/年，使焦炉气总产量达408亿标方/年。

408亿标方/年焦炉气可同时满足现有规模103.2亿标方/年

用于发电、工业燃气需求，103.4亿标方/年用于470万吨甲醇产能满负荷运行，17亿标方/年用于焦炉气制合成氨100万吨产能满负荷运行；剩余焦炉气184.4亿标方/年，通过焦炉气合成天然气技术（合成过程采用补充CO2工艺），可生产83.8亿标方/年合成天然气，并实现规模减排CO2约1400万吨。

83.8亿标方/年合成天然气的应用与相同规模标准煤相比，可减排CO2约1.2亿吨/年。

系列节能减排成果在全省推广应用，以焦炭产量0.9亿吨计，预计每年节约主焦煤800多万吨、新鲜水5200万方；余热回收折标煤30万吨；减少焦化废水外排6500万方，实现污染物减排COD1.3万吨，氨氮2000吨，挥发酚33吨，氰化物13吨；可减排SO21.1万吨/年、NOx6.3万吨/年。