山西焦化节能减排及产业链项目技术进展（二）

4产业链创新项目顶层设计意义

山西焦化产业以冶金焦为主，正处于转型升级发展状态。针对炼焦产能过剩、产业链延伸不足、资源优势未能转化为经济优势、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的现状，山西煤焦化产业将科技创新与产业创新相结合，构建以煤焦化为源头的现代煤化工产业体系，作为产业转型升级的重要方向。

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；

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；

发展焦炉煤气、粗苯、煤焦油及其精深加工技术，延伸煤焦化产业链，形成大宗化工产品、精细与医药中间体化工、新材料等高附加值产业链。

煤焦化产业技术节点见图4.1。

5煤焦化产业链创新项目实施案例

2014年，山西重点布局气化焦及其气化技术、炼焦配煤技术、焦化污水治理回用技术、大型清洁型焦炉和成套装备技术、重苯及煤焦油加氢技术、精细化加工及新材料等延伸产业链技术，共立项支持13项重点攻关项目。

2015年，山西重点布局焦炉烟道气脱硫脱硝技术、高效环保炼焦技术，共立项支持2项煤焦化产业链重点攻关项目。

2016年，山西重点布局高硫煤有机硫脱除技术研发与工程示范、焦炉煤气深度净化技术研发与工程示范、高温煤焦油制轻质芳烃技术研发与工程示范，共立项支持3项煤焦化产业链重点攻关项目。各项目进展情况如表5.1所示。

5.1精细化智能配煤系统技术

“精细化智能配煤系统开发与工程示范”项目由太钢集团、太原理工大学、中科院山西煤化所及汾渭能源联合承担，于2017年6月27日通过专家评审，一致认为该项目圆满完成了计划任务书规定的各项内容，成效显著。本项目的主要科研成果“全要素智能配煤系统”被列入山西省焦化产业2017年行动计划（晋经信能源字【2017】207号），并于山西省焦化产业推进大会上进行了全省范围的商业推广，有助于推动智能化配煤技术在全省深入普及和应用，促进焦化企业质量和水平提升。截止目前，配煤系统经商业化推广，销售合同额达200万元，覆盖山西焦化产能约4000万吨，按平均降本30元/吨计，预计1年可节约配煤成本12亿元，节约优质主焦煤200万吨。

5.2焦炉煤气低温换热式合成天然气技术

2010年8月在太原理工大学的组织下，山西同世达煤化工集团、杭州林达化工技术工程有限公司、大连化物所参与实施5000Nm3/日焦炉气中低温换热式合成天然气项目。该项目开发出焦炉煤气中低温换热式合成天然气的新工艺。在山西同世达煤化工集团实施的5000立方米/日工业性试验装置中，经过72小时考核，累计1000小时试验运行，证明该技术路线可行。山西省科技厅组织的由倪维斗院士等鉴定委员会专家一致认为，该项目在扎实研究基础上开发了焦炉煤气制合成天然气的新技术，具有显著的创新性，其成果达到国际先进水平。

5.3焦化废水深度处理及回用技术

焦化废水深度处理及回用技术由山西焦煤集团与山西大学合作开发。

利用煤矸石合成高效聚硅酸铝铁絮凝剂，通过多种机制强化去 除焦化废水中的有机物，使COD去除率达到50%以上。

开发了树脂吸附-微电解芬顿处理脱附液的新型成套技术及装备，脱附液经微电解芬顿后COD从6000mg/L降到1500mg/L以下。处理后的废水返回到生化系统进行生化处理，解决了脱附液难处理问题。

利用膜蒸馏-结晶处理高浓盐水的关键技术，对反渗透浓水进行 浓缩，盐截留率均保持在90%以上，可以使水回收率提高10%以上。

建成处理量300m3/h的示范工程，实现焦化废水的“零排放”，提高焦化废水的回用率，用于行业的推广。

5.4大型焦炉和装备制造技术

“大型焦炉和装备制造”项目由太重集团承担，完成了6.25米捣固焦炉和8米顶装焦炉成套装备的全部设计图纸和技术文件，开发设计出抗振性推焦机构，解决了推焦振动的难题，开发出高效的除尘装置和炉顶U形管导烟装置，在全密封状态下进行导烟处理。在拦焦车、装煤车、推焦车上设计出高效的烟尘收集系统，开发了焦炉车辆视频监控系统，完成了拦焦车导焦栅热态力学分析研究和煤饼捣固成型过程研究。目前正在进行工业化应用。

5.5余热分解焦炉煤气脱硫废液技术

脱硫废液是焦化企业采用湿式氧化脱硫技术脱硫过程中产生的一种危害极大的污染物，其COD>100000 mg/L、硫化物>2000 mg/L、氨氮>20000 mg/L，同时还含有硫氰酸铵等剧毒物质，企业现有的污水处理系统无法对其进处理，外排或外泄都会造成严重的环境事故。

目前，绝大多数企业现通过配煤炼焦法对脱硫废液进行处理，但采用该法存在入炉煤的水份无法控制，工人工作环境差，腐蚀皮带等设备，影响地下水质，影响焦炭质量及能耗偏高等问题。

太原理工大学湿式氧化法脱硫废液处理技术工艺流程：脱硫废液经过滤、加压等预处理后，经喷射器喷入上升管高温荒煤气中，喷入的脱硫废液在炭化室顶荒煤气中时被瞬间汽化，汽化后的脱硫废液在随荒煤气上升的过程中，与荒煤气进行充分换热，其中的NH4SCN、（NH4）2S2O3和（NH4）2SO4等物质发生热解生成H2S，NH3和N2等气体。被汽化后的脱硫废液中的水在经过桥管氨水喷洒，集气管及初冷凝器后进入剩余氨水或循环氨水中；而分解产生的H2S，NH3和N2等物质除部分进入剩余氨水或循环氨水中，大部分随煤气一起进入后续的净化工段，其中H2S主要在脱硫过程中以硫磺的形式回收；而NH3则在硫氨工段或水洗氨工段以硫酸铵或氨水的形式回收。

该技术优势如下：

（1）投资少 设备和技术费比现在提盐技术低50 %～70 %；

（2）能耗低 与现有提盐及配煤炼焦法处理技术相比，可节能90%～98%。

（3）运行费用低 无原料消耗，无蒸汽消耗，仅增加少量电耗，脱硫废液处理成本约15-20元/吨，其运行费用与现有技术相比可降低80%～90 %；

（4）处理效果优 脱硫废液处理后达标排放或回用，彻底解决了脱硫废液的污染问题，有效控制脱硫液中的盐浓度，提高脱硫效率；

（5）无二次污染 全系统封闭连续，处理过程中无废气、液、固体废物外排；

（6）处理设备的自动化程度高，降低工人劳动强度。

5.6重苯加氢催化剂开发及重苯加氢技术

“重苯加氢催化剂开发及重苯加氢”项目成立了太化集团洪洞华旭化工科技有限公司，承载重苯加氢催化剂开发及重苯加氢工程示范项目的建设和运营，已完成重苯加氢工艺包、10万吨级项目立项环评安评等，正进行工程设计、地基处理招标、工程监理招标等工作，部分长周期设备的招投标工作已经开始；完成脱砷、脱金属保护剂、加氢精制催化剂、加氢裂化催化剂的实验室评价优化及工艺技术参数确定。

5.7 10万吨级高温煤焦油馏分加氢制清洁燃料油技术

“10万吨级高温煤焦油馏分加氢制清洁燃料油技术研发与工程示范”项目由中科院山西煤化所承担，已完成千吨级中试装置建设、调试和稳定运行；完成百公斤级高温煤焦油馏分加氢催化剂放大；完成10万吨/年高温煤焦油馏分加氢工艺包的编写；与合作单位山东潍焦集团有限公司签署了“20万吨/年煤焦油馏分轻质化项目”《建设工程设计及技术许可合同书》，完成了项目立项手续，进行了初步设计并开始咨询公用工程及制氢单元建设、联系长周期设备及关键设备的询价与订制。

5.8粗苯萃取副产物噻吩精制及其医药中间体制备技术

在我省焦化企业获得粗苯中经过精致萃取可以得到相当数量的噻吩硫。但由于我国噻吩硫的下游产品开发不足，除少量噻吩售出外，大部分积压，成为企业的负担。

“粗苯萃取副产物噻吩精制及其医药中间体制备工业化”项目由太原理工大学与山西恒强化工公司共同承担，分别完成了研发中心、中试车间建设；800吨级噻吩精制装置建设；完成实验室噻吩起始的定向合成医药中间体工艺开发任务；完成2-溴噻吩、2-乙酰噻吩和2-噻吩甲醛等6个中间体产品的绿色合成工艺百公斤级中试工艺验证；完成3个中间体产品的50吨级规模工业示范。研发了搪瓷釜内一种防腐蚀的导静电装置以及2-溴噻吩生产自动控制的计算机软件。

“粗苯萃取副产物噻吩精制及其医药中间体制备工业化”项目开发以噻吩为原料合成2-噻吩甲醛、2-硝基乙烯噻吩。2-噻吩甲醛、2-硝基乙烯噻吩，在医药、农药、染料等行业中有广泛的应用，如可制备保肝药替尼酮、抗蠕虫用药噻嘧啶、抗肿瘤用药替尼泊苷、心血管舒张药、5-脂氧合酶抑制剂和多种抗菌药物的中间体，尤其是可用于噻氯吡啶、氯吡格雷和普拉格雷等血小板抗凝剂的合成。

已完成噻吩类医药中间体工艺开发包括：2-溴噻吩、2-乙酰噻吩、2-噻吩甲醛、2-（4-氟苯基）噻吩、2噻吩乙醇工业化示范；噻吩系列产品图见图6.7。

（1）2-溴噻吩：摒弃了传统的溴素溴化工艺，开发了氢溴酸绿色溴化工艺，噻吩转化率达85%，产物选择性达95%，避免了多溴取代，并且去掉了溶剂。

（2）2-乙酰噻吩：摒弃了传统的浓硫酸催化酰化工艺，开发了酸性树脂绿色酰化工艺，转化率达98%，产物选择性达99%，大大降低了污染物排放。

（3）2-噻吩甲醛：摒弃了传统的三氯氧磷工艺，开发了绿色固体光气法工艺，大大降低了污染物排放。

（4）2-（4-氟苯基）噻吩：以4-溴氟苯为起始原料，制备格式试剂，与本2-溴噻吩，在氯化镍的催化下生成产物。经简单处理后，通过减压蒸馏得到产物。产品经HNMR和MS结构确证，产物纯度由液相质谱确定纯度达到99%以上，收率达到81%。

（5）2-噻吩乙醇：以2-溴噻吩为起始原料，制备格式试剂，与环氧乙烷反应，经处理后，通过减压蒸馏得到产物。产品经HNMR和MS结构确证，产物纯度由液相质谱确定纯度达到99%以上，收率达到81%。

（6）4，5，6，7-四氢噻吩[3，2-c]吡啶盐酸盐和5，6，7，7a-四氢噻吩[3，2-c]吡啶-2（4H）-酮盐酸盐：2-噻吩乙醇与对甲基苯磺酰氯合成为对甲基苯磺酸2-噻吩乙酯，以对甲基苯磺酸2-噻吩乙酯通过定向合成技术进一步合成得到产物，产品纯度大于99 %，单杂小于0.5%，收率分别为72%和45%。

5.9焦化烟气脱硫脱硝技术

焦化回炉煤气燃烧后产生的废气温度高达260～300℃，其中NOx含量800-1000mg/m3，SO2含量600-1200mg/m3（少数企业）。例如，产130万吨的焦化厂每年会向大气中排放2178万大卡热量（相当于29万吨165℃、0.6MPa蒸汽），排放NOx约2016吨/年，排放SO2约2010吨/年；湿式氧化法脱除硫化氢工艺每天产生废液50t（年产130万吨焦炭），年产脱硫废液16500吨以上。这些污染物严重影响到大气、土体、水体的质量。

5.9.1长林公司超重力脱硫脱硝技术

该公司引进美国太空计划署火凤公司离心脱硫超重力工艺包，通过消化吸收取得大量的数据，已申 了国家发明专利，该技术在闽光30000m3/h烟气实验，自去年5月份运行至今，脱硫效率达98%以上。可每年收益1523.44万元，除去烟道气脱硫、脱硝的年运行成本1353.25万元后，每年可生产170.19万元的经济效益。

离心脱硫机特点：（1）液气比由传统10:1降为1:1，以20万m3/h为例，传统的脱硫方法需要循环液2000t/h，离心脱硫机的脱硫循环液为200t/h。（2）设备体积小，成本低，占地面积小。其传质速率比传统传质速率大两个数量级。（3）目前在运行的最大的超重力机风量为20000m3/h（天脊化肥厂），长林公司设计制造出风量250000m3/h的离心脱硫机，是目前亚洲最大的超重力机。

脱硝系统采用SCR脱硝技术，催化剂为山西长林公司与南韩联合研发的低温催化剂。该催化剂运行温度280℃±10℃，在闽光30000m3/h烟气脱硫脱硝进行了试验，可确保在SO2浓度在800㎎/m3的情况下，NOx入口浓度在500-

1000mg/m3，可以将NOx出口浓度控制在150mg/m3以下。

5.9.2太原理工大学烟道气脱硫脱硝技术

采用太原理工大学自主研发的“TGDSN”工艺（干法脱硫—金属 除尘—低温脱硝—余热回收）技术，山东潍焦集团薛城能源有限公司二期新建30万Nm3/h烟气脱硝项目于2017年12月8号成功投入运行。

开发的新型催化剂即可精准脱硫又可部分脱硝，且硫可直接转化，达到国标要求；脱硝前装配自主研发的金属除尘器，阻力降仅为600Pa，减少用电负荷降低运行费用；开发的宽温区脱硝催化剂抗中毒性强，寿命长，NOx脱除率高达96%，在未喷氨的工况下，利用废气中的CO、CnHm等窜漏气体，催化剂仍具有60%以上的转化率。

5.10热化学熄焦及副产品合成气技术

热化学熄焦及副产品合成气技术由太原理工大学开发。相比传统干法熄焦介质N2，由太原理工大学提出的热化学熄焦介质CO2和CH4有更高的比热容，显著减少熄焦气体用量。在甲烷二氧化碳重整制合成气的反应中，最亟待解决的问题是由于积碳导致催化剂失活的问题。以往的研究主要在于抑制积碳生成，本课题改 “堵”为“疏”，即在催化剂设计上不试图阻止它“长碳”，而是促进其转移变得“利消”，最终解决积碳失活问题。

利用焦炉煤气混配CO2进行重整，并以合成天然气为目标产品，无水蒸气消耗，合成气生产成本降低20%，整体工艺可实现节能5-7%，CO2减排大于90%；若先进行焦炉煤气提H2，剩余气混配CO2进行重整反应，整体工艺可实现节能～15%，CO2减排大于90%。

如果全国50%的焦化企业利用该技术，按2.4亿吨产量计算，每年可利用焦炉气720亿m3，产生的合成气可以生产乙醇等高附加值化工产品，其中合成气直接生产乙醇的路线最短，容易规模化。

该技术制得的合成气可作为炼铁的还原剂，替代传统的高炉炼铁装置，炼铁产生的二氧化碳作为原料循环利用，以常规的800万吨/年炼钢规模计算，总碳排放量同比下降58%，吨钢投资相比传统的高炉—转炉炼钢路线6.5%，综合能耗相比传统高炉-转炉炼钢同比下降25%。