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推进炼焦行业“双碳”工作 为新型煤化工事业发展助力
2023年11期 发行日期:2023-06-01
作者:■ 中焦协原专家委员会顾问 杨文彪

  炼焦行业是以煤为原料通过干馏工艺手段的煤炭加工转化产业,为社会提供优质的焦炭满足高炉炼铁、化学工业、冶炼、机械制造、民用清洁燃料等用焦炭的同时,还生产数量众多炼焦独有的煤化工产品和炼焦煤气等,满足社会多彩生活的需求。在中国钢铁工业的强力拉动下,经过几代炼焦人的持续努力,实现由焦炭生产大国向炼焦技术强国的转变。

2022年行业发展回顾

  2022年,我国焦化行业继续深化供给侧结构性改革,积极应对“疫情”的冲击。尽管受到原油燃料价格高位运行、碳达峰碳中和与环境整治等各类因素的影响,行业总体运行平稳,落后产能淘汰有序推进,绿色低碳发展水平不断提升,为产业链供应链总体稳定做出了积极贡献,实现了稳步发展。

  2022年我国焦化行业主要呈现以下特点:

  一是焦炭产量略有增加。2022年,焦炭产量为4.73亿吨,同比增长1.32%,其中钢铁联合焦化企业焦炭产量为1.26亿吨,同比增长0.12%,其他焦化企业焦炭产量3.47亿吨,同比增长1.76%。为焦炭生产第二高峰(2014年焦炭产量47691万吨为最高产量)。

  二是产业结构调整与焦炉更新改造提速。2022年常规炼焦产能总计达55835万吨,投产产能5257万吨,淘汰或改造产能2600万吨,全年新增常规炼焦产能2657万吨,较2021年2335万吨有明显增长。建设顶装焦炉炭化室7米及以上、捣固焦炉炭化室5.5米及以上的焦炉已成为主流。

  三是生态环保工作持续改进。河北、山西、山东、河南等地炭化室高4.3米的焦炉大量停产及规划改造,一些地区“清零”,中央环保督察项目的改造落实,对烟尘、VOCs治理,尤其是干熄焦等节能设施的普遍推进,炼焦企业节能排放得到明显“改善”。

  四是焦炭价格大幅波动。纵观2022年焦炭市场,价格整体呈现先扬后抑的趋势。2022年前半年,焦炭市场行情波动较大,春节后焦炭连续提涨六轮,双焦期现偏均偏强势。而在后半年,特别是8月份之后,整体行情一直处于小幅震荡的波动周期,价格在2500元/吨~3000元/吨之间徘徊,焦炭价格的连续下降,造成多数企业处于亏损状态,亟需扭转。

  五焦炭出口量价齐涨。2022年,焦炭出口量为895万吨,同比增长38.76%;累计焦炭进口价格为450.78美元/吨,同比上涨22.94%,但价格自8月开始逐月下降。而青山集团、南钢和旭阳集团等在印尼建设的炼焦项目建成与产能释放将对我国焦炭出口产生影响,须认真关注。

  六是进口炼焦煤处于高位的6384万吨。进口量前三名分别为,蒙古2561万吨、俄罗斯2100万吨和加拿大788万吨,占我国进口总量的85.35%。此外,澳大利亚炼焦煤进口217万吨。炼焦煤的进口对平抑炼焦煤价格、补充优质炼焦煤的供应不足起到很重要的平衡作用。

  七是企业在构建“产业链、供应链、价值链”又有新进展。新建长流程的钢铁联合企业配套建设的炼焦工序稳步进行。旭阳集团、山西美锦、陕西黑猫、山西梗阳、孝义鹏飞、山西焦化、淮北临涣、山西阳光和金鼎煤焦化等大型煤焦化生产企业已初步显现。旭阳建立“大国际焦炭供应商”及独特的煤焦化生产商的格局已初步形成。

“十四五”开局以来的回顾及展望

  1. 开局回顾

  进入21世纪,在我国经济持续发展尤其是钢铁工业发展的强力拉动下,我国炼焦行业有了质的飞跃发展,已基本形成了以“常规机焦炉生产高炉炼铁用冶金焦;以中低温干馏炉加工低变质煤生产电石、铁合金、化肥化工及清洁民用焦;以热收焦炉生产机械制造用铸造焦等”世界上最为完整的、对煤资源开发利用最为广泛、炼焦煤化工产品的价值潜力挖掘最为充分,煤气资源化利用最为多样性,独具中国特色的焦化工业体系。

  2022年,焦化企业的生产经营和生存发展,遇到近年来“抗疫、炼焦煤、市场”等超预期的困难和严峻挑战。焦化行业各企业积极应对国内外形势变化和市场的反复震荡,努力克服原燃料价格高位运行,面对“双碳”推进、能耗双控、环保超低改造等繁重任务,以及企业效益大幅下滑等多重困境,加强产业链、供应链深度融合,有效调整生产经营机制,规范市场竞争秩序,力求市场供需动态平衡。以主动调产或降低原料和产品库存等措施,把握生产节奏,千方百计挖潜降本、苦练内功,在激烈的市场竞争中,持续推进高质量发展和适应新发展格局的能力。在持续三年“抗疫”与炼焦煤资源供应大幅频繁波动,钢铁下游市场需求跌宕起伏中艰难前行。通过加强技术与管理的进步,推进炼焦行业的技术进步与结构调整的步伐。

  2022年,我国焦化行业在适应中国钢铁产业结构调整中艰难探索前行。粗钢生铁焦炭产量高位运行,详见表1,从表1可见:2022年焦炭生铁粗钢生产小幅回调,仍处于弧顶高位区;2022年焦炭年产量4.73亿吨,为保证钢铁冶炼与化工生产的需求做出行业的贡献;焦炭产量排序又有新变动,15个省市区超过1000万吨。山西省第一,产量9800万吨;陕西第二,产量4736万吨(其中半焦3655万吨);内蒙古第三,4673万吨;新疆超过辽宁居第六,宁夏首次突破1000万吨大关、产量1225万吨列第12名;而河北、山东、河南等排位下降。未来甘肃等地生产增长空间较大;新疆兰炭生产将会有一个大幅度增长。

  焦炉大型化步伐加快。2022年新增常规炼焦产能2657万吨,较2021年2335万吨有一些增长。其中炭化室高6.25米、6.78米捣固焦炉和炭化室高7米及以上的顶装焦炉产能占九成;更新建设速度最快的是山西1109万吨、内蒙古地区 1084万吨及宁夏420万吨。 

  各地加紧对炭化室高4.3米等焦炉的转型改造。随着焦炉大型化园区化等工作的深入开展,基本解决炼焦企业“小、分、散、弱、粗”等局面,将建成一大批新的功能齐备、产业链延伸适度、炼焦化学产品和煤气资源化利用多样化的大型炼焦生产聚集区,使炼焦生产的产能聚集效益得以最大发挥。除宝武、鞍本、首钢、河钢、建龙、柳钢、沙钢和九江钢铁等大型钢焦联合企业外,还建成旭阳集团、山西美锦、陕西黑猫、孝义鹏飞、山西梗阳、山西焦化、山西阳光和金鼎煤焦化等一大批大型独立煤焦化生产企业。

  2. 炼焦行业“十四五”开局以来新亮点

  “十四五”开局以来,我国炼焦行业形成多个亮点:

  (1)持续推进产业结构优化调整

  2020年以来,仅山西、河北、河南三省,合计淘汰或关停改造涉及107家焦化企业、232 座焦炉、4886万吨焦炭产能。内蒙古2021年初发文,2021—2023年将退出1705万吨焦炭产能,涉及9家钢企、17家焦企、炭化室5.5米以下焦炉36 座。今年山东省提出“以钢定焦”和0.4 的焦钢比任务,促进钢焦一体化,全省焦化产能由4600万吨压减到3300万吨左右,产量控制在3200 万吨,压减的产能原则上予以关停。而河南省已于2020 年底基本全部退出炭化室4.3 米的焦炉。全国炭化室高4.3米及以下焦炉产能由2018年占比40.17%,到2022年底降为15.29%。

  (2)技术装备与智能化水平不断提升

  2021年以来,基本都是捣固焦炉炭化室高6.25米及以上、顶装焦炉炭化室高7.0米及以上大型特大型焦炉,投产产能达90%。据有关统计,截至2022年12月底,我国常规焦炉(含热回收焦炉)产能55831万吨,焦炉炭化室高5.5米及以上的先进产能比重达到82%以上。其中炭化室高7米及以上焦炉产能10677万吨、占比达19%,较2018年提高9%。

  5G应用与智慧制造正在积极推进。许多企业实现了5G生产计划编排、经营指挥调度管理、资源最佳应用、生产自动化智能化和安全环境协同管控的同时,在智能炼焦又上新台阶。例如,宝钢股份宝山基地焦炉四大车自动运行率99%,装煤、导焦、电机车全部无人化运行。首钢京唐焦化、河钢集团唐钢乐亭佳华的新焦炉等在炼焦生产智能化取得新进展。最近山西侯马晋南钢铁立恒焦化厂的炭化室7米的顶装焦炉也在“一键炼焦”获得新突破。

  (3)积极落实绿色低碳发展目标扎实推进

  2021年8月份,中国炼焦行业协会为有效推进国家提出的“碳达峰和碳中和”的要求,成立了“焦化行业低碳发展合作联盟”,旨在汇聚行业力量,全面调研并分析焦化行业碳排放的总体情况,研究行业低碳发展路线图和行动方案,推进焦化行业,按期达到国家要求的碳达峰、碳中和时间节点目标。

  在节能与“双碳”政策的推动下,干熄焦技术取得突破性发展。2022年又有34家企业58套干熄焦投入运行,干熄能力达到9345t/h、对应焦炭产能5954万吨。推算可回收热能273.59万吨标准煤、减排二氧化碳683.98万吨。2022年11月9日,全国首台套超高温超高压一次再热干熄焦余热锅炉在山西新石能源科技有限公司正式投红焦运行,双超干熄焦余热锅炉的主蒸汽压力能够达到14.2MPa,温度571℃,吨焦发电量约可提高12%以上,成为我国干熄焦余热锅炉,高参数发展的一个新的里程碑。

  (4)推进行业标准化工作又上新台阶

  组织科研、设计、重点生产企业等单位,认真总结国内外焦炉科研成果和大量的生产实践经验,在行业内广泛征求意见基础上,完成了《焦炉生产管理规程》《焦炉护炉设备管理规程》《焦炉炉体膨胀管理规程》《焦炉等级标准》等4项团标编制工作,经中焦协专家委员会审查,于2021 年2 月1日发布实施。2022年又颁布5项行业团体标准。三年来累计发布团体标准累计达到30项,对行业的技术进步、企业管理等发挥重要积极作用。

  (5)炼焦煤气资源化利用发展进入新境界

  巨大的炼焦生产为中国炼焦煤气资源化利用提供了广阔的舞台。我国在世界上率先开发了焦炉煤气制甲醇、合成氨、提制甲烷和LNG等,并形成可观规模的基础上。近年来又在焦炉煤气制乙二醇、乙醇和二氧化碳制甲醇等有新的突破。

  2021年7月10日,鄂托克旗建元煤化科技有限公司其26万吨/年焦炉尾气制乙二醇装置成功投产运行,顺利产出聚酯级乙二醇,产品纯度达99.94%,各项指标满足GB/T4649-2018标准。以焦炉尾气为原料,相较于煤制乙二醇,不仅实现了炼焦煤气的资源化利用,环境友好,且成本较低,具有较强的市场竞争力。

  2022年12月26日,河南利源煤焦集团有限公司20万吨/年焦炉气制乙醇装置一次打通全流程,产出合格的无水乙醇,标志着全球首套焦炉煤气制乙醇工业示范项目一次投产成功。该焦炉煤气制乙醇工业装置年产乙醇20万吨,相当于节约60万吨生物乙醇原料粮,还可实现约19万吨/年二氧化碳减排,对保障国家粮食安全、促进炼焦煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展具有重要意义。

  2022年9月27日,安阳顺成环保科技有限公司CO2加氢制绿色低碳甲醇联产LNG装置建成并实现全面投产。 该项目综合利用顺成集团的焦炉煤气与从工业废气中捕集的CO2合成甲醇联产LNG,采用冰岛CRI(冰岛碳循环利用公司)的ETL专有绿色甲醇合成工艺和国内新的焦炉煤气净化冷冻法分离LNG及CO2捕集技术。项目运行后,可综合利用焦炉煤气3.6亿Nm3/年,生产甲醇11万吨/年、联产LNG 7万吨/年,实现销售收入5.6亿元/年。间接减排55万吨二氧化碳。

  (6)焦炉煤气深度净化制氢促进氢能发展助力实现“双碳”目标

  常规高温干馏的炼焦产物是约75%的焦炭、5%的焦化苯和煤焦油、18%左右的炼焦煤气。我国目前每年生产高温干馏焦炭有4亿多吨,按照每吨焦炭可生产焦炉煤气约450m3估算,可生产炼焦煤气达到1800亿立方米。

  从表2可见焦炉煤气的主要成分是氢占比近60%。焦炉煤气提取氢气并实现它的广泛利用提供了坚实的基础。焦炉煤气制氢已经非常普遍。从上个世纪70年代在武钢采用焦炉煤气利用PSA技术制氢生产轧钢“保护气”以来,焦炉煤气制氢发展很快。氢气利用在常规的轧钢保护气、煤焦油加氢、苯加氢以及为石化炼厂提供“氢气”等,进入2022年,又有新的突破:

  2022年7月6日,山西郑旺氢能源科技有限公司鹏湾氢港2万吨/年焦炉煤气制氢项目一次投料成功并产出合格产品,标志着该工程全面竣工并顺利交付。采用焦炉煤气制氢为主,煤制氢为辅的制氢模式,规划建设集制氢、储氢、加氢、运氢及下游产业、研发于一体,打造在全省乃至全国有影响力的氢能产业示范基地。

  2022年7月19日在“河南省管企业上半年经济运行暨国企改革情况”新闻发布会上,中国平煤神马集团首山化工党委书记、董事长蔡前进表示,通过对原有炼焦和制氢装置进行智能化升级改造,其工业氢装置成为亚洲最大的焦炉煤气制氢装置”。根据集团产业布局,利用炼焦化产品延伸出煤基尼龙、煤基炭素、煤基电子新材料三条新产业链:通过精苯、氢气、环己酮完美对接尼龙化工产业链;利用煤焦油深加工衍生出针状焦、石墨电极、锂电池负极材料等碳素产业链;利用氢气衍生出硅烷、芯片硅料、太阳能电池等电子新材料产业链,实现集团产业板块间的“大循环”。

  旭阳集团、美锦集团、金能股份、山西安泰和河南利源等一些大型的独立焦化企业都把焦炉煤气制氢作为提供清洁新能源作为企业的新发展战略,焦炉煤气制必将进入新阶段。

  (7)“氢”冶金正在向我们走来

  钢铁联合企业焦化利用其独有的生产综合优势,可以调济出更多的焦炉煤气为氢冶金发展提供支持。

  继2020年12月20日,中晋30万吨/年氢基还原铁项目开车仪式在晋中市左权县龙泉乡循环工业园太行矿业有限公司隆重举行。拥有自主知识产权的CSDRI气基竖炉还原铁技术,拉开碳冶金向氢冶金转化的钢铁工业革命序幕,为我国钢铁行业转型升级、产品结构调整、提高钢铁品质蹚出了一条新的途径。

  2022年9月27日,鞍钢集团氢冶金项目开工仪式在鞍钢鲅鱼圈钢铁基地举行。该项目为全球首套绿氢零碳流化床高效炼铁新技术示范项目,具有完全自主知识产权,可实现低碳冶金新技术路线的突破,该项目计划于2023年投入运行,形成万吨级流化床氢气炼铁工程示范,为世界氢冶金技术发展提供“中国方案”。

  2022年12月16日,河钢集团张宣科技120万吨氢冶金示范工程一期全线贯通,该工程是全球首例富氢气体(焦炉煤气)零重整竖炉直接还原氢冶金示范工程,标志着我国钢铁行业由传统“碳冶金”向新型“氢冶金”的转变迈出颠覆性、示范性、关键性步伐。

  2023年4月27日宝钢湛江钢铁126米高氢基竖炉钢结构封顶,今年底该项目将建成国内首套自主集成的百万吨级氢基竖炉,通过集成氢气和焦炉煤气直接还原铁。根据测算,氢基竖炉投产后,对比传统长流程高炉工艺,每年可以减少碳排放50万吨以上。

  一大批企业都把氢冶金作为实现“双碳”目标的重要实践,氢冶金的快速发展,必将对中国钢铁工业“双碳”目标的实现起到积极的推进作用。

  3.正视问题谋求更大发展

  焦化行业发展已进入产业结构调整、技术进步、企业管理等高质量发展的关键时期。务必做好以下工作:

  (1)认真贯彻《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》精神,牢固树立“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念。转变发展方式,提升创新能力,提高全要素生产效率。

  (2)深化供给侧结构性改革。结合环境治理化解过剩产能,优化产业布局和产业结构;积极推动行业资产整合,通过企业兼并重组,提高产业集中度,加强集约化发展;建立与相关产业相互融合的新业态,利用现有装备和产能,发挥焦炉的干馏分质功能和能源转换效率高的优势,开拓焦炭、焦炉煤气、煤焦油深加工产品应用的新领域,实现与现代煤化工、冶金、化肥、石化、建材等行业的深度产业融合。建立焦化生产企业与上下游企业战略合作机制,真正形成煤焦钢企业利益共同体,实现互利共赢发展。

  (3)转换增长动力,依靠创新推进产业转型升级发展。抓住新一轮科技革命和产业变革机遇,有效地激发生产要素的内生动力,推进企业安全、环保和综合效益再上新台阶。以全流程系统优化为抓手,以科技创新、商业模式创新补齐焦化行业高效运行的短板,通过焦化示范企业引领,全面提升行业科学化、规范化、标准化管理水平,提高可持续发展能力。

  (4)进一步加强行业关键技术、工艺、装备研发和推广应用。有效降低能耗、物耗、水耗水平和污染物排放量,重点是提高余热回收利用、水循环利用、固废资源化利用效率,更加注重源头控制、过程管理和末端治理的有机结合。适应高炉大型化加强高炉用焦特质研究、炼焦用煤研究,尤其要从可持续发展角度研究焦炭质量提高对炼焦煤资源的需求等问题。充分发挥中国炼焦行业协会专家委员会和各专业委员会的协调指导作用,以及国家级、省级、市级技术中心、实验室、示范企业的行业引领作用、示范作用,坚持产学研相结合的创新机制,切实解决行业企业生存发展中的关键技术及配套装备难题。

  (5)推进安全生产标准化建设。要始终坚持安全生产工作应当以人为本,坚持安全发展,坚持安全第一、预防为主、综合治理的方针,明确安全生产的重要地位、主体任务和实现安全生产的根本途径。要把安全生产规范化管理责任、标准化作业责任落实到生产经营的每一个环节、每一个岗位。要进一步健全完善安全生产的规章制度,建立有效的突发事件应急救援预案并定期培训演练。切实做到杜绝重大特大人身伤亡和设备事故的发生,避免和降低一般事故,尤其是重复性事故发生,全面提升安全生产管理水平。

  (6)持续推进“两化”融合。开发焦化工艺流程信息化与智能化技术,提高智能制造水平;推广自动化、信息化管控技术在焦化行业生产组织与经营管理中的应用,并及时总结先进技术成果和先进管理经验,求真务实、提高投入产出效果。

  (7)以先进标准促进企业实现高质量发展。推进《焦化示范企业评价规范》在更多焦化企业实施;制定并执行《焦化工艺技术规程》等系列团体标准,标准要有前瞻性,充分参考吸收国际上先进的管理理念,使之达到先进、适用、科学、规范的要求。使新的《焦化工艺技术规程》,成为焦化行业相关人员适用的工作指南。

  (8)加快人才队伍建设。培养企业改革创新、转型升级急需的不同层次专业技术与管理人才和高素质的岗位操作人员队伍,打造一支技术业务素质高、具有共同核心价值观、强大凝聚力的和谐焦化团队。

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