国家有关部门已将焦化列入高能耗、高排放(碳等污染物排放)“两高”行业,并严紧审批“两高”建设项目。2021年7月30曰中央政治局会议要求,坚决遏制“两高”项目盲目发展。
焦化是一个最典型的化石能源转换传统工业,纵观全球及其历史发展,其生产工艺难以进行颠覆性的改革。在我国力争2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”的“双碳”目标下,焦化行业的“节能降耗、碳减排”工作任务繁重、难度巨大。
一座绿色低碳焦化工厂设计规模 年产焦炭能力300~500万吨,工厂选址前提条件,在焦化工厂附近须有城镇居民天然气输送主管网。
生产用原料及能源仅需炼焦洗精煤、洗油、碱及少量的环保处理设施药剂等。工厂用电由生产工艺过程中产生的余热余气综合利用自备热电站供给,厂区内装载运输车辆(如备煤原料场装载机等)均采用电动化,不需购入柴、汽油等油料,消除柴、汽油燃烧排放CO2 。
产品主要有冶金焦炭、氢气、煤焦油、粗苯、硫磺或硫酸。中间产品有液氨(或称无水氨),液氨可直接用作制氢原料制取氢气产品,或用作焦炉和热电站烟囱烟气CO2捕集利用原料制取农业用碳酸氢铵产品。对外供输焦化工厂余热余气综合利用(自备)热电站生产的富余电力或蒸汽。
绿色低碳焦化工厂须符合国家工信部2020年6月11曰发布的《焦化行业规范条件》,进一步提升焦炉煤气资源有效合理综合利用、节能碳减排效果。污染物排放低于国标GB16171一2012《炼焦化学工业污染物排放标准》特别排放限值或有关地标超低排放限值。吨焦单位产品能耗低于国标《焦炭单位产品能源消耗限额》GB21342一2013 先进值115kgcc/t 。CO2排放量和CO2回收利用量应达到最好水平,依照有关国标《温室气体排放与核算报告要求 独立焦化企业》进行核算报告,在全国炼焦行业内(不包括钢铁焦化联合型企业),其企业CO2排放总量属最低、CO2回收利用量属最高。
建设绿色低碳焦化工厂项目须同步配置(套)以下节能减排项目:(1)采用全干法熄焦(不再设置湿法熄焦塔作备用)及蒸汽发电;(2)焦炉上升管荒煤气显热利用;(3)焦炉烟道废气显热利用:(4)焦炉加热自动调节控制系统;(5)单炭化室荒煤气压力调节控制装置:(6)横管式煤气初冷器上部荒煤气余热利用;(7)焦炉循环氨水余热利用;(8)用富油加热器替代粗苯管式加热炉;(9)负压蒸馏脱苯工艺技术;(10)剩余氨水蒸氨节能新工艺;(11)全厂生产工艺设备采用节能型高效电动机等。
绿色低碳焦化工厂采用总体生产工艺技术是单种洗精煤配合后进行炼焦,获得优质冶金焦炭,副产焦炉荒煤气经净化后的焦炉煤气全部用作提取氢气产品的原料,在焦化工厂提氢装置附近将氢气掺混入城镇居民用天然气管网,供城镇居民作燃料使用。年产500万吨焦炭能力的焦炉煤气可提取氢气产品约11.105亿立方米,能替代甲烷(天然气)3.36亿立方米,城镇居民使用含有H2的天然气燃料,每年可减少排放CO2约67.2万吨。焦炉煤气经提氢后含高甲烷、高发热值的驰放气,供给焦炉和自备热电站加热用燃烧燃料。焦炉和热电站烟囱烟气排放的CO2,均采取CO2捕集利用技术,以减少烟囱烟气CO2排放量。焦炉煤气净化过程中,生产出的液氨中间产品用作制氢(绿氢)或烟囱烟气CO2捕集利用制取农业用碳酸氢铵化肥产品的原料。据有关报道液氨制氢气(绿氢)生产消耗能源仅是电解水制氢的三分之一,利用焦炉煤气中氨生产液氨(有冷法和热法两种生产工艺)工艺技术在国内已十分成熟。液氨制氢可采取引进或同国外合作开发技术或国内自行开(研)发技术。利用液氨作原料制取的氢气掺混入城镇居民用天然气管网,供城镇居民使用,以减少城镇居民燃料燃烧排放出的CO2。
选用大型、高致、智能化、高技术装备水平的焦炉炉型,开发设计新型适用高发热值驰放气的焦炉加热工艺系统及炉体结构,采用炭化室薄壁炉墙和高密度优质硅砖,以提高炼焦炉生产效率,降低炼焦耗热量。进一步优化废气循环+多段燃烧加热组合工艺技术,以降低焦炉加热燃料燃烧废气生成NOX物含量。
焦炉煤气净化系统须采用液氨(或称无水氨)组合流程替代目前国内常用的硫铵组合流程,优先选用全负压(冷法液氨,即用磷铵吸收煤气中氨)净化流程,若选择正压净化流程,宜将HPF法脱硫工序布置在电捕焦油器与煤气鼓风机之间。采用半负压脱硫工艺,符合氨法脱硫低温化原理,脱硫效率提高,清洁生产效果显著。