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年轻褐煤的商业开发价值

发布时间:2016-11-20

本文所说的年轻褐煤,是指形成晚第三纪的褐煤。其主要特点:水分高(Mt35%-60%)、挥发分高(Vdaf50%-70%)、灰分中等(Ad10%-30%)、发热量低(Qnet.v.ar3000大卡左右);同时,富含蜡、腐植酸、锗等稀有资源。国内主要分布在云南(昭通、夸竹、蒙自、禄丰、罗茨、寻甸、临沧等,云南褐煤大部为晚第三纪的年轻褐煤)、黑龙江(萝北、宝清、虎林等)、吉林(春化)、内蒙(丹峰煤田)、广西(钦州捻子坪)、山西(繁峙)、海南(詹州)、四川等地区。
该煤若作为能源利用与开发,属于低品位能源,水分高、发热量低,不适合于长途运输,其经济性远不及作为原料。该煤种不但含蜡量较多,而且腐植酸往往也较高。另一大特点,挥发分高,所以是较理想的褐煤蜡、腐植酸及低温干馏原料。
一、年轻褐煤开发工艺路线
 1、精细化学品与环保产品
煤首先干燥、破碎、筛分;0.5-5mm粒度煤,用于提蜡;提完蜡后的残煤与<0.5mm细煤粉,一道作为腐植酸原料;提完腐植酸后残渣,经催化水解,加工成土壤改良剂。
该产业链主要产品:褐煤蜡及其深加工制品;腐植酸及其深加工制品;土壤改良剂系列产品。
 2、精细化学品、环保产品、清洁源能
煤首先干燥、破碎、筛分;<0.5mm的细煤粉,作为腐植酸原料。提完腐植酸后的残渣作为土壤改良剂原料;0.5-5mm粒度煤,先提蜡,提完蜡后残煤作为低温干馏原料。通过低温干馏,获得半焦、煤焦油、煤气清洁能源。
该产业链主要产品:褐煤蜡及其深加工制品;腐植酸及其深加工制品;土壤改良剂系列产品;热解半焦清洁燃料;热解低温煤焦油;热解煤气。
从上述产业链不难看出,工艺路线不同于传统煤化工和现代煤化工。与其相比:工艺技术相对比较简单,投资少,技术含量相对较低,但经济附加值高;并且充分体现了年轻褐煤的特点(含蜡、腐植酸,挥发分高),资源得以充分利用。使低品位能源变成资源、原料,或资源、能源并举。
二、项目发展前景好
 1、褐煤蜡及其深加工制品(浅色精制蜡系列产品)
该项目属于资源型项目,并不是所有褐煤都可以作为褐煤蜡生产原料。目前世界上只有一个褐煤蜡超级大国-德国,粗蜡占国际市场80%以上,精蜡占90%以上。由于该国能源政策限制了褐煤开采,致使褐煤蜡、浅色精制蜡生产受到了严重影响,所以褐煤蜡及其深加工制品为国际紧俏商品。
以褐煤蜡为原料,通过脱树脂、氧化漂白,可以形成系列产品,如S蜡、E蜡、O蜡、OP蜡、KR蜡等满足不同用户需要,不但延长产业链,而且大大提高了经济附加值。
 2、腐植酸及其深加工制品
腐植酸及其衍生物在农业、工业、医药、畜牧、环保方面作为抗旱剂、生长剂、饲料添加剂、石油钻井液处理剂、陶瓷增强剂、锅炉防垢剂、工业循环水质稳定剂、铅蓄电池阴极板膨胀剂、混凝土减水剂、重金属废水处理剂等,有这十分广阔的应用领域。产品主要有腐植酸、硝基腐植酸、及其腐植酸盐等三大类数以百计的产品。这些原则产品由最初在农业开发中的应用,逐步渗入工业、矿业、医药、保健乃至环境治理等众多应用领域。
腐植酸也属于资源项目,年轻褐煤当中腐植酸含量是比较高的,活性也比较好。通常情况下,富含蜡褐煤,腐植酸含量也高。在化肥使用零增长、行业优惠政策取消的新形势下,传统肥料相对产能过剩,腐植酸肥料因环境友好、肥效显著、能提高肥料利用率、改良土壤等特性。并随着我国“土十条”的出台,绿色农业、食品安全越来越受到人们关注,这给腐植酸产业带来了空前发展机遇。
腐植酸可以形成系列产品,如腐植酸、硝基腐植酸、腐植酸盐等,尤其是黄腐植酸制品,经济附加值会更高,可成为医药、化妆制品原料。腐植酸同样可以形成较大产业链,后续发展十足。
 3、土壤改良剂
以提取腐植酸后的残渣为原料,经过催化水解、氧化水解等工序,形成小分子有机物,形成系列土壤改良剂,回归于田间。
我国“土十条”出台正加快推进,土壤治理与修复市场将在“十三五”期间蓬勃发展,给有机肥(如腐植酸系列有机肥)、土壤改良剂等带来了较大商机。前段时间由于无机化肥的大量使用,致使土壤当中的有机质大幅度降低,造成土壤贫瘠、板结、盐碱化等问题严重侵蚀着我国土地。土壤有机质既是土壤肥力的重要组成部分,同时也是作物营养的主要来源之一,有机质当中含有丰富的大、中、微量元素,也更容易被作物吸收。同时,也是土壤微生物生活和活动的能源。
上述分析不难看出,有机肥(腐植酸系列)、土壤改良剂等能增加土壤有机质含量的产品,面对我国广大农业市场,发展前景十分广阔。
 4、煤的低温干馏
目前传统和现代煤(褐煤)化工(以气化为核心)最大缺点就是褐煤的高挥发分特点没有得以充分利用,把煤中的所有有机质变成合成气(H2+CO),再以此为基础进行后续的合成。褐煤本身热解就可得到油和气(挥发分),褐煤气化,再合成油或气,岂不是走了弯路,也是对资源的一种浪费。褐煤低温干馏,是把煤中的有机质分成两部分,既挥发分和固定碳,分别加以回收利用。其过程仅是一个热加工过程,常压生产,不用加氢,不用氧气,既可制得煤气和焦油,实现了煤的部分气化和液化,余下的半焦作为优质电厂燃料、矿石焙烧燃料、优质碳质还原剂等。褐煤低温干馏,加工条件温和,投资少,生产成本低。是高效和清洁利用煤炭、增加液体燃料油来源、发展煤化工、解决煤炭污染的重要途径。可使质量低、用途窄的褐煤得到多种用途广泛的产品,对褐煤的提质和综合加工利用很有现实意义。通过低温干馏加工,把煤炭转化成气、液、固态三种物质,在技术上是可行的,在经济上是有效益,在环境上是造福子孙后代的,在产业政策上是符合国家发展规划的(煤炭分级分质利用)。煤的低温干馏即可获得大量油气资源,与现代煤化工的煤制油、煤制气殊途同归,而其投资只是其的20%。更可喜的是低温干馏,不但不消耗水资源,还能回收原煤中的大量水资源(褐煤含水30%-55%)。所产半焦热值大、含硫低、活性好,除是很好的气化原料外,也是很好的动力燃料,其它用途十分广泛,如矿石、水泥焙烧燃料,冶炼还原剂,废水吸附材料等。
此外,从褐煤提质角度来讲,褐煤经过低温热解后,所得到的半焦,含硫量大幅度降低(为原煤的三分之一)、固定碳相对富集,热值提高,由于内表面积增加,活性远好于其它煤种,尤其是年轻褐煤。所以,半焦是优质燃料和碳质还原剂。煤的低温热解另一大优势:热解产生的热解煤气,通过变换、转换、变压吸附等可以制得纯氢气,用于煤焦油加氢,氢气源可实现自给自足。解吸气富含甲烷,可形成SNG或LNG,也可直接作为工业园区动力燃料,清洁环保。
煤的分级分质利用是我国“十三五”能源清洁利用重点,其产品(半焦、低温焦油、热解煤气)不但为清洁能源,也减轻了我国对石油、天然气对外依存度,保障国家能源安全起到了积极作用。
总之,若项目得以实施和实现,业主在获得丰厚回报同时,也将为我国褐煤尤其是年轻褐煤开发起到很好示范作用,将成为国家或省级示范工程。届时关键技术形成自己的知识产权,在全国内乃至世界推广和实施,其意义更加重大和深远!
三、生产技术及产品简介
1、褐煤蜡及其深加工制品
褐煤蜡,国际上称之蒙旦蜡(Montan Wax)。它是从含有蜡质的褐煤(泥炭)中,经有机溶剂(苯、甲苯、汽油、混合溶剂等)浸取而得到的一种化石化植物蜡。用有机溶剂可把它分成三个组分:树蜡(纯蜡)、树脂(丙酮可溶物)、地沥青(异丙醇不溶物)。树蜡化学组成:主要由高碳脂肪酸(C26-C36的蜡酸)和高碳脂肪醇(C26-C36的蜡醇)所构成的高碳脂肪酯(蜡酯),部分游离高碳脂肪酸(蜡酸),少量高碳脂肪醇(蜡醇)、酮(蜡酮)、烃(高碳脂肪烃)组成。褐煤蜡应用,主要取决于树蜡;树脂化学组成:褐煤蜡中的树脂属于植物树脂类,即与化石化的琥珀属同类,它的某些性质类似于天然松香。树脂中含有约70%的中性物质(萜烯和多萜烯)和约30%的酸性物质(树脂酸)。蜡中树脂主要取决于成煤植物(针叶树种较多,阔叶树较少),其次取决于成煤植物生长环境(生长环境恶劣植物受伤多,树脂含量就多)。在褐煤蜡应用当中具有两重性,通常情况下越少越好;地沥青化学组成:含氧树脂酸与蜡醇酯化组成的高分子化合物、蜡酸盐和树脂酸盐化合物,这些化合物当中含有硫、金属离子,致使蜡的颜色较深,所以人们有时称之为暗色物质。在褐煤蜡生产过程当中与原料煤干燥、浸取和蜡蒸煮温度有关,因热解形成聚合物(这种物质异丙醇不溶)。地沥青颜色深、粘度大、流动性差,与石蜡、硬脂酸、微晶蜡、天然动植物蜡等硬性油料熔合性差,所以在褐煤蜡应用当中其含量越低越好。
形煤原始物质为高等植物,因此褐煤蜡组成、性质与天然动植物蜡十分相似,如棕榈蜡、小烛树蜡、虫白蜡、蜂蜡、鲸蜡等。所以,褐煤蜡是资源稀少、价格昂贵的天然动植物蜡代替品和补充品。褐煤蜡有着优良理化特性:熔点高;硬度大;揩擦光亮度好;机械强度高;电绝缘性好;对酸和其它活性溶剂的化学稳定性好,易溶于大部分有机溶剂(如溶剂汽油、松节油、油脂等);能与石蜡、微晶蜡、地蜡、天然动植物蜡、硬脂酸等很好的熔合,来改变各种蜡的理化性能,如熔点、硬度、光亮度、防水性、粘结性等;它所含的憎水和亲水基团有利比例,很容易制成稳定的乳化液;添加各种纤维之间,有良好的润滑性,并能赋之防水、蜡感、自然光亮特殊功效。褐煤蜡氧化脱色制品-S蜡(C26-C36的高碳脂肪酸)碳链长、饱和程度高(天然脂肪酸很难做到)是重要化工基础原料,也是合成各种浅色蜡如E蜡、O蜡、OP蜡、KP蜡等基础原料。
褐煤蜡及其深加工制品广泛应用在物品美容行业,如鞋油、夹克油、皮革清洁光亮剂、地板蜡、汽车蜡、油漆、涂料等。特殊纸行业,如铜版纸(美术纸)、信息记录纸、打字蜡纸、造纸施胶等。电气行业,如电线、电缆、铁绑线、补偿导线、变压器浇注等。皮革行业,整理涂饰剂、光亮剂、加脂剂(加油剂)等。塑料和热塑材料行业,作为润滑脱模剂、稳定剂,其特点在高温下仍能润滑表面,避免了油类和挥发类物质所存在的缺点。建筑行业,用作混凝土构筑物的内部密封剂,可以显著改善防水性和防盐渗透,还可作为水泥、混凝土构件的脱模剂,使得构件表面光滑、清洁、美观。橡胶行业,被用作多功能掺和剂,同时起到分散和润滑剂的作用,它使制品不易渗漏、光洁美观、延长储存期。精密铸造蜡模,可大大提高蜡模热稳定性和机械强度,提高铸件精度及光洁度,也使脱模容易。用作优质铺路材料-沥青的添加剂,可提高沥青粘结力,提高路面耐高、低温和防水性,使沥青路面光洁美观。总之,褐煤蜡无致癌物质,它广泛应用到所有用蜡部门,它是国计民生中不可缺少的化学品,尤其是褐煤蜡的乳化液作为现代加工技术的添加剂和助剂得到越来越广泛的应用。
 2、腐植酸及其深加工制品
腐植酸是动植物遗骸,主要是植物遗骸,经过微生物的分解和转化,以及地球化学的一系列过程造成和积累起来的一类有机质。腐植酸生产主要原料为风化煤、褐煤、泥炭,以碱为提取液,碱与煤中的腐植酸生产水溶性盐,然后进行液固分离,使得腐植酸盐与残渣分开。为了提高腐植酸含量及活性,在提取腐植酸之前,对煤进行氧化分解。如采用硝酸氧化,形成硝基腐植酸,然后在采用碱提取。提取出来的腐植酸盐,经酸还原成腐植酸,然后再对其深加工。如加工成各种腐植酸盐、硝基腐植酸盐、黄腐植酸等。
腐植酸是自然界中广泛存在的大分子有机物,其产品广泛应用于农林牧、石油、化工、建材、医药卫生、环保等各个领域,涉及几十个行业。特别是目前倍受各国关注的可持续发展战略的要求,提倡生态农业建设、无公害农业生产、绿色食品、无污染环保产品、环境保护等,更使腐植酸备受推崇。事实证明,人类的生活和生存离不开腐植酸,它的确是一个发展中的、有希望的朝阳产业,也是提升褐煤经济附加值有效途径之一。
当今农业环境污染与食品源头安全问题已成为全球关注的焦点,食品源头中的土壤、肥料、农药、水、种子等,都与腐植酸应用密切相关。因此,除传统的腐植酸农用产品继续保留外,应适应世界肥料多元复合化、缓释-长效化、无公害化的发展方向,逐步开发更经济适用的腐植酸新型环保肥料;含腐植酸的农药复合制剂、可降解地膜、吸水剂等的开发和应用,前景也很广阔。以科学发展观、建设美丽中国为指针,对推进肥料产业和肥料技术创新提出明确要求,特别提出发展新型农用工业的重要性和紧迫性,为腐植酸产业发展提供了难得的发展机遇。
 3、土壤改良剂
以提完腐植酸剩余残渣为原料(实质是以残渣的有机质为原料),进行催化水解,使其有机大分子,变成小分子,然后加各种添加剂、脱水、造粒成型,即为土壤改良剂。
土壤有机质对土壤肥力的作用:是土壤养分的主要来源;促进作物的生长发育;促进土壤结构形成,改善土壤物理性质,改良土壤结构;提高土壤的保肥能力和缓冲性能;促进土壤微生物的活动;提高土壤温度;提高土壤养分性。
根据土壤有机质的这些重要性质和作用,不难看出,土壤有机质含量多的土壤,其土壤肥力水平较高,不仅能为作物生长提供丰富的营养,而且土壤保水保肥力强,能减少养分流失,节约化肥用量,提高肥效利用率。有机质含量较少的土壤,情况则相反。因此,应该千方百计地增施有机肥、土壤改良剂,来提高土壤有机质含量,才能发挥化肥的增产效益。
 4、煤的低温干馏
煤在500℃-600℃隔绝空气(无氧环境)下,进行加热热解,并对热解产物进行回收及利用。也就是说,通过热解把煤分成固(半焦)、液(煤焦油)、气(热解煤气)三种状态,再以此为基点进行后续的深加工,形成产业链。
  4.1半焦
褐煤半焦,可把四分之三的原煤热值集中于半焦,然而半焦的重量还不到原煤的一半,所以热值高(为原煤的1.5-2.0倍)。煤中的硫70%-80%转变成硫化氢,进入煤气当中加以回收,所以半焦的含硫低。因此,半焦是很好的清洁燃料。用于粉矿烧结,也比较适宜,如作为水泥焙烧燃料。
褐煤半焦,比表面积大,反应活性好,适合于作为还原反应的炭料,如作为冶金行业碳质还原剂及气化原料等。也可作为吸附材料用于环保行业,如废水处理、有机废气净化等。
  4.2煤焦油
低温煤焦油适于深加工,经催化加氢可获得发动机燃料和其他产品。第二次世界大战前夕和大战期间,纳粹德国和日本帝国主义基于战争目的,建立了大型低温干馏装置,用褐煤为原料生产低温煤焦油,在高压下加氢制取发动战争的动力燃料-汽油和柴油。目前世界石油资源储量逐年降低,我国对外依存度非常高的前提下,褐煤低温干馏产生的焦油用以加工成发动机燃料,其发展前景十分看好,也是目前国内非常热的项目。
此外,在煤焦油加氢制取燃料油之前,若再把其所含的酚、吡啶等化学品得以提取,其经济附加值会更高。
  4.3热解煤气
热解煤气当中含有较多的甲烷及轻烃物质,热值比较高,可直接作为项目园区的燃料气。也可先提取甲烷及轻烃物质,再通过转换、变压吸附等制氢,用于上述煤焦油加氢,可实现氢自给自足。
四、产品竞争力
年轻褐煤项目开发,是以该煤种特点而进行的,形成一个精细化学品、环保产品或与清洁能源形结合的一个完整产业链,既上一个环节的废料,是下一环节的原料。每个环节上的产品又可进一步深加工,延伸了产业链。项目当中的公用工程与公共设施,形成一体化,不但可以节省大量投资,也大大降低每个环节上的产品过程成本,与各种产品专业厂(如单独的褐煤蜡厂、腐植酸厂、低温干馏厂)相比,优势十分明显。所以,产业链上的每个产品都会有很强大竞争力。
褐煤蜡、腐植酸属于资源型产品,并且有很强的互补性。假如以腐植酸为主业,与腐植酸专业厂相比,褐煤蜡产品对项目经济性提升,显然易见。同样,若以低温干馏(提质煤)为主业,褐煤蜡、腐植酸对项目经济性提高,及对原料煤分级利用又会起到良好作用。反之亦然!
五、产品市场与方案
 1、褐煤蜡及其深加工制品
褐煤蜡生产属于资源项目(煤中要含蜡,而且具备经济提取价值)。国内市场年需褐煤蜡3000吨左右(包括浅色精制蜡)。国内目前只有两家生产,云南寻甸、云南峨山年实际生产能力均在800吨以内。主要存在问题,生产技术落后,消耗高,产品质量也存在问题,产品很难出口。浅色精制蜡,目前国内无一家生产,全部依赖进口德国蜡。褐煤蜡国际上只有德国、美国、乌克兰三家生产企业,德国占国际市场>85%,美国、乌克兰以满足国内需要为主,有少部分出口。浅色精制蜡基本上由德国垄断着国际市场。目前由于德国国家能源安全政策影响,褐煤开采量大幅度降低,褐煤蜡生产也受到了严重影响,尤其是浅色精制蜡生产企业。所以,褐煤蜡和浅色精制蜡目前为国际紧俏产品。现进口德国蜡3.8-4.0万元/吨,S蜡12万元/吨,E蜡、O蜡、OP蜡13.5万元/吨。国际市场每年需要褐煤蜡4.5万吨左右,随着经济的复苏及褐煤蜡应用领域(道路沥青、皮革及塑料PVC行业、物品美容行业、褐煤蜡乳化液等)的拓宽,及褐煤蜡作为资源更加稀少、价格更加昂贵天然动植物蜡(棕榈蜡、小烛树蜡、虫白蜡-中国川蜡、蜂蜡、鲸蜡等)的代替品和补充品,有逐年增加的趋势。
国内褐煤蜡市场有限,不搞恶意价格竞争,以产品质量和生产成本取胜。即国内褐煤蜡卖多少钱,就卖多少钱。国际褐煤蜡市场空间大,以脱脂蜡与德国蜡在国际市场竞争,并且产品质量占绝对优势。生产成本也具有一定的优势,因褐煤蜡生产成本低(褐煤蜡为褐煤开发当中的一环,褐煤蜡采用自主研发的国际先进技术,消耗低),脱下来的树脂可作为加氢原料油、或作为炭黑原料油(褐煤蜡树脂,属于天然树脂,是很好的炭黑原料油)、或作为改质沥青原料、或道路沥青添加剂。脱脂蜡,可为国内外浅色精制蜡企业提供原料。浅色精制蜡对褐煤蜡企业来讲,它是规避粗蜡市场激烈竞争、提高企业附加值、延长产业链必由之路。浅色精制蜡目前国内无一家, 褐煤蜡企业生产,其产品在国内具有垄断性,并且国际市场空间大。所产生的副产品-铬粉与常规铬盐厂相比,可节省大量还原剂(如蔗糖、二氧化硫等)和硫酸;副产品产品-铬粉质量好、性能优异,并能赋予皮革特殊功效(生产过程中采取了多项专利技术)。为我国铬粉生产开辟了新的途径-褐煤蜡还原法铬粉生产,也填补我国浅色精制蜡和硫酸铬鞣粉剂生产技术一项空白。
脱脂蜡生产线与褐煤蜡同步建设,规模以褐煤蜡全部脱树脂为标准,还可以考虑外卖部分褐煤蜡从事脱脂蜡生产;在建褐煤蜡、脱脂蜡同时,必需考虑浅色精制蜡生产(最好与褐煤蜡同步建设),或与德国、国内相关企业合作。
 2、腐植酸及其深加工制品和土壤改良剂
20世纪90年代至今,全球进入绿色产业革命和循环经济时代,实施人与自然、资源利用与环境保护协调和谐发展的战略决策。腐植酸与环境和谐共生的天然本色,必将造就腐植酸成为关怀人类的新产业。毫不夸张地说,人类赖以生存的土壤、水体、空气、动植物、有益微生物等环境因子,不可回避地都要牵涉到腐植酸类物质。人们生产生活使用的肥料、农药、处理剂、吸附剂、化学品和医药保健品等,凡是涉及绿色环保和食品安全产业链上的要素,无不把注意力转向腐植酸的开发应用上来。尤其是在农业方面,我国为农业大国,随着绿色农业出现和食品安全日益受到关注,腐植酸应用的重点转向土壤环境保护,长效缓释肥料方面,产量和需求量有逐年增长的趋势。在工业和环保方面,铅蓄电池阴极板膨胀剂、陶瓷增强剂基本保持稳定发展势头,成为不可替代的必需品。石油和天然气钻井液处理剂仍然是用量最大、效益最高的工业产品。在水煤浆添加剂、防腐涂料和染色剂、含重金属废水或其他污染物废水吸附剂等方面的应用也是有前景的领域。腐植酸良好的应用效果已引起各国的普遍关注。从世界范围来看,目前腐植酸产品的生产规模不是很大,品种也不多,但很有发展前景。我国腐植酸产业进入了新的发展时期。特别是近期我国化肥零增长,取消各种优惠政策,“土十条”即将出台,在“十三五”期间大力倡导绿色环保肥料和绿色环保农药的发展的思路,将腐植酸产业与全社会的绿色行动挂钩,把科学应用腐植酸与保障食品源头安全有机结合,给传统的腐植酸赋予了新的理念和内涵,明显扩大了腐植酸的发展空间。
当今农业环境污染与食品源头安全问题已成为全球关注的焦点,食品源头中的土壤、肥料、农药、水、种子等,都与腐植酸应用密切相关。因此,除传统的腐植酸农用产品继续保留外,应适应世界肥料多元复合化、缓释-长效化、无公害化、水肥一体化的发展方向,逐步开发更经济适用的腐植酸新型环保肥料;含腐植酸的农药复合制剂、可降解地膜、吸水剂等的开发和应用,前景也很广阔。
原料煤在提取腐植酸前,首先对其进行硝酸氧化,提高腐植酸含量和活性,以硝基腐植酸为主要产品,主要目标农业领域。最终形成水溶性好、活性好、附加值高的硝基腐植酸系列产品。也可进一步提取经济附加值更高的黄腐植酸,作为项目终极目标。
 3、低温干馏产品
半焦,开始以优质动力煤外销,如作为电厂优质燃料。根据半焦量,可规划下一步作为气化原料,主要用于合成氨、尿素与腐植酸有机结合协同发展。同时,提取氢,作为煤焦油加氢的气源。
焦油,开始作为产品外销。将来根据企业发展情况作为油品及油品化学品等进行深加工原料。当自产焦油不够时,可考虑外购煤焦油、页岩油、工业废弃油作为油品加工补充原料。届时,形成煤焦油加工基地,充分利用热解煤气、半焦气化煤气富含氢的资源。
煤气,开始作为园区清洁动力燃料。将来与半焦气化相结合,用以合成氨、尿素及获得氢气源。同时,获得LNG(液化甲烷)等轻烃液体燃料。
总之,煤的低温干馏产品根据企业今后发展需要,进行全盘考虑。热解煤气与半焦气化煤气相结合,提取甲烷等轻烃后的煤气,用以合成氨及尿素,与腐植酸、土壤改良剂有机结合,形成一个完整的肥料加工基地;同时,提取氢,作为焦油加氢气源,建成一个煤焦油加工基地;从热解煤气和气化煤气提取的甲烷等轻烃燃料,热值高,可作为园区清洁动力来源,也可作为产品外销。届时,褐煤蜡、腐植酸、土壤改良剂、合成氨及尿素、煤焦油加工、粉煤灰综合利用形成一个完整产业链,可称为年轻褐煤开发,我国乃至世界级典范,届时会得到国家政策、资金等方面大力支持的。
六、技术来源与开发
 1、褐煤蜡及其深加工制品
 1.1褐煤蜡
褐煤蜡技术,在总结国内外基础上,自主研发具有知识产权的国际先进技术。采用微负压连续浸取,全程负压蒸发,多级残煤脱溶,浸取溶剂采用独家低毒混合溶剂(笔者专利技术,专利号:ZL 2013 1 0640304.X)。虽然国内年轻褐煤含蜡量与德国相比较低,这种先天不足,完全可以靠后天的技术得以弥补,其技术绝对达到国际先进水平。
 1.2脱脂蜡
与粗蜡生产相似,采用微负压连续浸取,全程负压蒸发,多级脱溶,浸取溶剂采用与褐煤蜡生产相同溶剂,避免了溶剂另行采购。
 1.3浅色精制蜡
本项技术是在总结德国和吉林舒兰技术基础上,自行研发具有知识产权的国际先进技术,为国内独家技术。该项技术关键在于氧化废液如何制得高质量、高性能的铬粉,所以在工艺技术上采取了多项技术措施,使得铬粉质量、性能好于国内专业厂(笔者专利技术,专利号:ZL 20131 0640543.5)。
浅色精制蜡产品成本与质量主要取决于氧化剂消耗,而本项技术氧化剂消耗对生产成本不会产生任何影响,因氧化废液加工成了高质量、高性能的铬粉,这是该项技术的一大特点。
浅色精制蜡生产所产生的副产品-铬粉与国内铬粉专业厂相比:可节省大量还原剂(如工业糖等)和硫酸。在产品质量上,由于生产过程当中采取了多项技术措施(笔者专利技术,专利号:2013 1 0640543.5),生产出好于同行同类产品质量、性能前提下,还能赋予皮革特殊功效,如防油、防尘、防静电、蜡感、自然光亮。铬粉,生产成本低,产品质量、性能好,占领国内市场前提下,完全可以参与国际市场竞争。
浅色精制蜡生产,不但延长了产业链,提升了褐煤蜡经济性,而且也为我国铬粉生产开辟了新的途径。该项技术资源利用和工艺技术非常合理,在得到浅色精制蜡的同时,又得到高质量、高性能号称皮革行业“第一鞣剂”的铬粉,一举两得,填补了一项国内空白。两个产品互补性好,可根据市场情况互为调节,市场抗风险能力极强。
总之,褐煤蜡及其深加工技术,是在总结国内外技术及笔者多年生产实践和研究基础上,自主研发的独家技术,现已申请40多项国家专利。其技术水准,达到国际先进水平。
2、腐植酸及其深加工制品
腐植酸技术,与国内权威科学院所、大专院校合作,共同研制和开发,如中科院山西煤化所、煤科院北京煤化所、中国矿业大学等。
3、土壤改良剂系列产品
主要与能源环保北京火云公司合作,在其现有秸秆催化水解制小分子有机肥基础上,联合开发,以煤为原料进行催化水解成小分子有机物。技术风险小,因煤的催化水解,要比秸秆容易得多。年轻褐煤本身就含有较多桥键、极性基团,所以很容易分解成小分子有机物。
4、煤的低温干馏技术
褐煤低温干馏技术,在总结国内外煤或油页岩相关低温干馏技术基础上,自主研发具有知识产权的国内领先、国际先进技术,现已获国家专利10多项。也可与国内小颗粒干馏技术成熟的企业、公司、科研单位合作,如河南龙成公司等。
总之,在年轻褐煤开发期间与国内相关科学院所、大专院校、工程设计公司进行合作,关键技术共同研发,形成知识产权共享。
七、投资与回报
 1、褐煤蜡及其深加工制品
 1.1褐煤蜡
吨蜡投资1.2-1.5万元,含公用工程。吨蜡成本1.2-1.5万元,吨蜡售价2.5万元/吨(目前国产蜡,国内市场价2.8万元/吨左右),吨蜡利润1.0-1.3万元。
 1.2脱脂蜡
吨蜡投资0.6-0.8万元,公用工程与公共设施依托褐煤蜡。在褐煤蜡基础上(褐煤蜡按2.5万元/吨计),吨蜡利润0.7-1.0万元(脱脂蜡质量要比进口德国蜡好,德国蜡目前售价3.8万元/吨左右,脱脂蜡按3.5万元/吨计)。
 1.3浅色精制蜡
吨蜡投资1.7-2.0万元,公用工程与公共设施依托褐煤蜡。在脱脂蜡基础上(脱脂蜡按3.5万元/吨),吨蜡利润4-5万元(精制蜡售价10万元/吨,铬粉售价7000元/吨。进口浅色精制蜡12-13.5万元/吨,铬粉1万元/吨左右)。
说明:要以自产褐煤蜡生产成本计算,脱脂蜡、浅色精制蜡生产成本还会低,其利润空间还会大幅度增加。若以全部转变成浅色精制蜡计,吨蜡利润在7-8万元。
 2、腐植酸及其深加工制品
腐植酸、硝基腐植酸及相应的盐类制品为主。平均吨腐植酸制品投资5000-7000元,公用工程与公共设施依托褐煤蜡项目,吨成本600-1000元(含原料煤成本),每吨腐植酸平均利润1000-1500元。不包括黄腐植酸制品。
 3、土壤改良剂系列产品
吨产品投资4000元左右。原料为提完褐煤蜡、腐植酸后的残渣,所以原料为零成本,成本主要构成是所需的各种化学试剂及催化剂、蒸汽消耗,公用工程与公共设施同样依托褐煤蜡,所以土壤改良剂成本比较低,吨效益在400-600元。
 4、煤的低温干馏
吨煤投资70-80万元(按年处理干煤100万吨计),含公用工程。主要产品半焦、煤焦油,热解煤气没有计算在内,作为园区动力燃气。原料煤200元/元计,半焦按热值计价(5200大卡,400元/元)、煤焦油1500元/吨计,吨煤利润800-1000元(年加工干煤100万吨)。
说明:由于目前煤炭、原油价格比较低,再加上,热解煤气价值没有计算在内,所以造成利润较低。当原油达到60-80美元/桶,煤炭价格0.1元/大卡时,吨煤利润在1500元以上。投资多少,主要取决于生产规模及原料品位;为了降低投资风险,原辅材料按目前市场上限计,能源供给同样采用上限,而产品售价取目前市场最低价格。
八、风险与控制
1、褐煤蜡及其深加工项目
粗蜡、脱脂蜡无任何技术风险,均为成熟技术,其水准达到国际先进水平。
浅色精制蜡生产技术最大优势:资源利用、工艺技术非常合理,在得到浅色蜡的同时,又得到皮革行业用量最大,号称“第一鞣剂”铬粉,一举两得,两大产品均可作为主产品根据市场需要进行调节,市场抗风险能力极强。
浅色精制蜡生产技术上也无任何风险,只是在副产品-铬粉调制生产过程当中相对比较弱。建议:与国内有实力的专业铬粉厂合作,技术互补,强强联合。最好与德国浅色精制蜡生产商合作,如克莱恩、巴斯夫公司等,不但在技术上可以得到支持,关键是充分利用其市场资源,必定为百年老企业。
褐煤蜡制品国内市场有限,其产品必须瞄准国际市场。粗蜡市场以自产的脱脂蜡参与竞争,因其质量远好于进口德国蜡。浅色精制蜡在满足国内市场前提下(国内无一企业生产,其产品具有垄断性),也得走国际市场。目前德国因其国家能源政策,致使褐煤开采受到极大限制,这样就严重影响到褐煤蜡生产,从而导致浅色精制蜡生产原料紧缺。浅色精制蜡国际市场一直由德国垄断,虽然为国际紧俏商品,但要想进入国际市场也并非易事,所以最好与德国相关企业合作。合作方式,可为其提供浅色精制蜡原料-脱脂蜡,也可与其合作在国内建厂,或者成为代理商。
 2、腐植酸及其工深加项目
腐植酸生产技术相对比较简单,目前国内腐植酸初级产品比较多,但高品质、高精端、高附加值产品确寥寥无几。这就要求企业加大研发力度,与国内有实力、有经验的科研机构合作,开发出市场所需的新产品、高科技产品。腐植酸面对农业市场时,最大缺点,市场认可时间比较长,因需要通过多次田间实践。
腐植酸生产最好以硝基腐植酸系列产品为主,也就是说,原料煤先经硝酸氧化,一来增加腐植酸含量,二来增加腐植酸活性。然后再以此为基料,生产系列产品。
腐植酸以农业为主导市场,以“控氮、促磷、保钾”为宗旨,以“复合化、长效化、专业化”为目标,开发研制各种腐植酸制品,如硝基腐植酸铵、腐植酸尿素、腐植酸有机-无机复混肥、腐植酸类复合流体肥等。
 3、土壤项改良剂目
土壤改良剂是以修复和改善土壤结构、增加土壤有机质、提高肥效等的系列产品。是以提完蜡、腐植酸后剩余的残渣为原料,其中有机质成分不是很多,无机矿物成分所占比例较大,如何能做到改良土壤目的,需要进一步研究和试验。       目前以秸秆、厨余垃圾等有机废弃物为原料,经过催化水解形成小分子有机物回归田间技术相对比较成熟。对提完蜡、腐植酸后残渣确实一个新课题,理论来讲,煤中有机质结构要比秸秆(以纤维素为主)更容易分解,因煤中有机质是由各种桥键、极性官能团相连接起来的。
 4、煤的低温干馏项目
本项目是以提完蜡后残煤作为干馏原料,这就决定了干馏装置只能采用小颗粒形式。目前小颗粒干馏最大技术瓶颈,就是干馏后产生的油气(荒煤气或挥发分)除尘问题,它不但影响焦油质量,而且严重影响正常生产。因其含有油,随温降油会凝析,与粉尘一起形成黏度非常大的混合物,很难把粉尘除去和分离掉,并且易堵管道和设备。
目前国内没有哪家把该问题彻底解决。笔者专利“小颗粒间接加热四段移动床”干馏技术,虽然在干馏炉结构、油气导出、除尘方式等采取很多措施,但需要实践来检验,存在一定的技术风险。
如何解决这个技术难题,建议:褐煤开发系统产生的<1mm细煤粉不入干馏炉,全部作为腐植酸原料,首先在源头得以控制。细煤粉作腐植酸原料,还有一大好处,省去破碎环节;与有经验、有实力的设计单位合作,共同研发干馏炉,在设计上多做文章、多想办法,尤其是在结构上;在油气回收上做最后把关,如采用轻油洗涤,降低焦油黏度,采用高速离心液固分离的办法除去焦油当中的粉尘。
九、结论与评价
从褐煤加工的工艺路线可知,不同于传统煤化工(焦化、合成氨、甲醇、电石等)和现代煤化工(煤直接液化,以煤气化为龙头的煤制油、煤制气、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制芳烃等),是以年轻褐煤为原料,针对年轻褐煤的特点,而开发的工艺路线。形成以精细化学品、环保产品为主导,煤炭分级分质利用为辅的循环经济产业链,产业链当中的每个环节,还又可形成一个独立小产业链。年轻褐煤资源不但得以充分利用及效益最大化,而且发展后劲十足。
产业链当中的褐煤蜡为目前国际紧俏商品,腐植酸是绿色农业、食品安全、土壤改良与修复不可替代产品,煤的低温干馏可实现煤炭分级分质清洁利用,低温干馏产品为企业后续发展奠定了基础。通过成熟的工艺技术手段,把这些有机结合起来,形成一个上一级废料,成为下一级原料的完整产业链,形成一个以年轻褐煤为原料的工业园区,充分体现“资源有限,创意无限”的发展理念。
若得以实施将成为我国乃至世界级年轻褐煤开发典范,若再得以复制,其现实价值,远远大于其本身价值。在技术开发过程中,再形成具有知识产权关键技术,届时加以推广其经济效益,远远大于本身的经济价值。

作者       刘长胜