低階煤分質清潔利用多聯產試驗總結

孫雙紅

(山西陽煤豐喜肥業〔集團〕有限責任公司 山西運城 044000)

低階煤分質清潔利用多聯產試驗總結

孫雙紅

(山西陽煤豐喜肥業〔集團〕有限責任公司 山西運城 044000)

為了指導晉北現代煤化工園區的項目建設，獲得低階煤熱解后的提質煤、煤氣、焦油和廢水的產量、收率、組分等方面的數據，在不同工況下進行了為期2個月的低階煤分質清潔利用多聯產中試試驗。試驗結果表明：熱解爐可將煤中90%以上的揮發分提取出來，生產出高附加值的油氣產品；提質煤產率隨熱解溫度的升高而降低，煤氣產率隨熱解溫度的升高而增大；在熱解溫度700 ℃、熱解時間7 h的條件下，焦油產率達到最大值(6.29%)；熱解廢水產率隨熱解溫度的升高變化不大；煤氣中CH4含量較高，適合生產合成天然氣。

低階煤；提質煤；熱解；試驗總結

為獲得山西陽煤豐喜肥業(集團)有限責任公司晉北公司(以下簡稱晉北公司)低階煤熱解后的提質煤、煤氣、焦油和廢水的產量、收率、組分等方面的數據，以指導晉北現代煤化工園區的項目建設，進行了不同工況下的低階煤分質清潔利用中試試驗。在為期近2個月的試驗過程中，取樣分析70余次，為項目建設提供了真實可靠的技術數據。

1 項目概況

1.1 試驗概述

對晉北公司1#煤(<50 mm)在不同工況條件下進行了3個階段的試驗；2#煤采用20～50 mm塊煤和<20 mm粉煤2個粒級在不同的工況條件下分別進行了3個階段的試驗。

試驗于2016年2月15日開始，2016年4月10日結束，共計57 d，期間停爐降溫檢修17 d。

1.2 原料煤工業分析數據

入爐原料煤工業分析數據見表1。

1#煤具有高灰分、低揮發分、弱黏結性的特點，且粒度越小灰分越高，<0.5 mm的粉煤干基灰分高達39.54%，故所產提質煤灰分更高(>40%)，導致提質煤利用率低、用途受限且價格低、運輸成本和熱解能耗高。原煤揮發分低于25%(Vd=24.44)，則經熱解得到高附加值的油氣產品產率低，影響經濟效益。

表1 入爐原料煤工業分析數據

煤種粒徑/mm水分Mt/%灰分Ad/%揮發分/%VdVdaf固定碳FCd/%發熱量Qnet,ar/(MJ·kg-1)焦渣特征CRC1#混煤<50.011.5237.4424.4439.0738.1216.2222#塊煤20.0～50.05.2815.6132.6038.6351.7925.4142#粉煤<20.07.5521.6830.3138.7048.0222.7441#粉煤<0.514.3839.5423.5638.9622.5315.4521#塊煤5.0～40.08.1931.3025.7637.4934.7719.4222#煤<0.512.4126.0628.8639.0345.0820.1242#煤0.5～10.09.2222.0430.3838.9647.5922.5542#煤>10.05.4817.4032.8639.7849.7524.674

注：1)水分、灰分、揮發分和固定碳均為質量分數，下同

2#煤的灰分顯著下降，經熱解得到的提質煤灰分也會顯著降低；揮發分有了較大提升，經熱解可以得到大量高附加值的油氣產品；焦渣特征為4，黏結指數GRI為16，綜合判斷2#煤具有一定的黏結性。

從表1分析數據可看出，1#煤不宜作為熱解原料，而2#煤則滿足熱解爐對煤質的要求。

2 試驗流程

試驗流程如圖1所示。

原料煤經斗提機提升至煤倉后依靠自身重力進入熱解爐干餾室，經干燥、預熱、干餾等幾個階段后生成提質煤，然后進入炭化室底部的提質煤冷卻器內。每隔一段時間關閉提質煤冷卻器下部的平板閘門，降低出料小車位置并移出提質煤冷卻器底部，將小車上出料槽內提質煤倒出稱重、裝袋儲存，然后將出料槽放在小車上推至提質煤冷卻器底部，再將小車升起后打開提質煤冷卻器下部的平板閘門。提質煤冷卻器水夾套內通入循環水，采用干法間接冷卻提質煤至40 ℃。

圖1 試驗流程

煤在炭化室熱解過程中產生的熱煤氣沿炭化室上升，并不斷地將其顯熱傳遞給處于預熱狀態的煤料后匯集至干餾室頂部煤倉底座空間，經荒煤氣導出管進入1#冷卻分離器和2#冷卻器分離器進行冷卻，荒煤氣中大部分的焦油和熱解水冷凝后進入油水分離罐，冷卻降溫至35 ℃左右的荒煤氣通過絲網除焦油器除去夾帶的焦油霧后進入熱解氣燃燒火炬點火放散。

在絲網除焦油器中分離下來的含有焦油的冷凝液送入油水分離罐中，經靜置分層后進行油水分離。

3 試驗結果及數據分析

3.1 試驗結果

在57 d內，先后進行了9次不同條件下的低階煤分質清潔利用熱解試驗，試驗產品為提質煤、焦油、熱解煤氣及熱解水，每個條件下對應的試驗結果如表2所示。

試驗結果表明：1#煤的灰分含量高、揮發分含量低，造成熱解試驗油氣產率低、提質煤產率高；2#塊煤油氣產率高于2#粉煤；在相同的熱解時間下，隨著熱解溫度的升高，半焦產率降低，煤氣產率增加；以2#塊煤為原料，在熱解溫度700 ℃、熱解時間7 h的條件下，焦油產率達到最大值，為6.29%；對同一煤種，熱解水產率隨熱解溫度升高和熱解時間的延長變化不大。

表2 不同條件下低階煤分質清潔利用熱解試驗結果

煤種階段試驗條件原煤處理量/kg產品產量及產率提質煤焦油熱解水煤氣產量/kg產率/%產量/kg產率/%產量/kg產率/%產量/kg產率/%損失損失量/kg損失率/%耗熱量/(kJ·kg-1)1#煤1750℃,60min出一次料1091.50762.0069.8121.902.01180.1016.50185.6010.2016.171.4828862750℃,90min出一次料1490.001010.0067.7929.101.95282.5518.96238.409.2830.072.0229623800℃,60min出一次料1487.00設備故障,未收集數據20～50mm2#塊煤1700℃,90min出一次料698.15472.7567.7143.906.2966.109.50155.7014.9011.111.5930422700℃,40min出一次料645.05436.1567.6138.055.9069.0010.70123.2012.2023.003.5725283750℃,60min出一次料484.00322.1066.5527.355.6555.1011.4096.8012.8017.503.623831<20mm2#粉煤1650℃,60min出一次料628.65467.2074.3223.303.7170.2011.2069.157.0023.693.7727382700℃,60min出一次料524.15372.0570.9824.104.6071.9513.7378.629.904.160.7933383800℃,60min出一次料1153.20754.3565.4148.504.21131.7011.42267.6514.6050.044.343425

3.2 產品數據分析

3.2.1 提質煤

不同煤種在不同試驗條件下所產生的提質煤工業分析數據如表3所示。

表3 提質煤工業分析數據

煤種階段水分Mt/%灰分Ad/%揮發分/%VdVdaf固定碳FCd/%發熱量Qnet,ar/(MJ·kg-1)焦渣特征CRC1#煤10.7840.692.834.7755.7016.62122.9346.672.795.2247.6113.65130.8345.752.594.7651.6714.71120～50mm2#塊煤10.5118.652.933.6078.4325.01120.2323.374.255.5472.3823.33130.4423.303.604.7173.1023.281<20mm2#粉煤10.3825.423.534.7571.0522.51120.3527.075.026.8867.9121.89130.1828.161.902.6569.9421.541

由表3可知：試驗產生的提質煤水分Mt<1%，幾乎不含水，提質煤利用率高，同時降低了提質煤的運輸成本；提質煤的揮發分隨著熱解溫度的升高和熱解時間的延長而降低，大部分試驗條件下對應的提質煤揮發分Vdaf<5.00%，800 ℃試驗條件下甚至達到揮發分Vdaf<2.50%，說明試驗油氣提取率很高，可以達到90%～95%。試驗結果表明，產出的提質煤除可滿足一般工業生產要求外，還可用作民用無煙燃料，可有效減少PM2.5和有害氣體的排放。

3.2.2 焦油和熱解水

焦油和熱解水由熱解過程中產生的冷凝液分離而來。熱解產生的冷凝液在油水分離罐中靜置約1 h后，焦油與熱解水即可分層。試驗所得焦油和廢水數據如表4所示。

3.2.3 熱解煤氣

低階煤提質熱解煤氣組成分析結果如表5所示。

表4 試驗所得焦油和廢水數據

煤種階段廢 水pH色度/倍組分/(mg·L-1)CODNH3-N油揮發酚焦 油密度/(kg·m-3)w(H2O)/%w(粉塵)/%1#煤9.78255278008739.1892.34728.81.01422.200.7920～50mm2#塊煤19.872566097022245.1876.53587.71.0466.361.2629.277184514921814.41.0457.011.3439.287144514726944.81.0463.091.43<20mm2#粉煤19.025004064316742.61.0487.691.3629.095003790814225.81.0503.401.4439.136004103420154.81.0513.591.73

表5 低階煤提質熱解煤氣組成分析結果

煤種階段組分/%(體積分數)H2CH4COC2H4C2H6CmHmN2O2CO2熱值Qnet,v,d/(MJ·m-3,標態)1#煤243.4532.997.461.182.911.502.880.557.0822.0520～50mm2#塊煤142.7633.4610.031.613.371.001.640.265.8822.96239.6332.8013.671.523.351.001.420.286.3522.17343.0730.5010.020.882.751.502.980.737.5721.16<20mm2#粉煤144.9728.7711.500.863.121.502.290.176.8321.13253.5722.1412.150.351.211.000.950.218.4217.73345.5027.1511.992.262.821.003.070.605.6520.64

由表5可以發現：在煤質和熱解時間相同的條件下，隨著熱解溫度的不斷升高，熱解煤氣中H2和CO含量也隨之升高，而CH4和CO2含量不斷下降；在煤質和熱解溫度相同的條件下，延長熱解時間，熱解煤氣中的H2，CH4和CO含量均有所增加，煤氣熱值隨著熱解溫度的升高整體呈下降趨勢；熱解煤氣的熱值較高，最小值與焦爐煤氣熱值接近。

試驗結果表明，熱解煤氣中H2，CH4，CO和CO2的含量隨熱解溫度和熱解時間的改變而改變，而其他組分變化則不太明顯，因此，在工業化生產過程中可通過調節熱解時間和熱解溫度的方法來滿足下游產業對煤氣組成的要求。

5 結語

(1) 提質煤產品揮發分Vdaf均在5%以下，說明熱解爐可將煤中90%以上的揮發分提取出來，生產出高附加值的油氣產品。

(2) 提質煤產率隨著熱解溫度的升高而降低，煤氣產率隨著熱解溫度的升高而增加。

(3) 在熱解溫度700 ℃、熱解時間為7 h的條件下，焦油產率達到最大值(6.29%)；熱解廢水產率隨熱解溫度的升高變化不大。

(4) 熱解煤氣中CH4含量較高，適合生產合成天然氣。

Sum-UpofExperimentonPoly-GenerationofCascadeandCleanUtilizationofLowRankCoal

SUN Shuanghong

(Shanxi Yangmei Fengxi Fertilizer Industry 〔Group〕 Co., Ltd., Yuncheng 044000, China)

In order to guide the construction project of north Shanxi modern coal chemical industry park, and to obtain data from several aspects including output, yield, components etc. of upgraded low rank coal, coal gas, tar and waste water after pyrolyzation of low rank coal, a pilot scale experiment of cascade and clean utilization of low rank coal is carried out under different working conditions for a period of two months. Experimental results show that pyrolyzing furnace can extract more than 90% of volatile components from coal, producing oil- gas products with high added- value; yield of upgraded low rank coal decreases with the increase of pyrolysis temperature, and the yield of coal gas increases with the rising of pyrolysis temperature; under conditions that the pyrolysis temperature is 700 ℃ and pyrolysis time is 7 h, the yield of tar reaches a maximum value (6.29%); the yield of pyrolysis effluent shows no big change with the rising of pyrolysis temperature; the coal gas containing high content of CH4is suitable to produce synthetic natural gas.

low rank coal; upgraded low rank coal; pyrolyzation; sum- up of experiment

TQ530.2

A

1006- 7779(2017)04- 0045- 04

2017- 02- 12)

孫雙紅(1972—)，男，工程師，主要從事煤化工領域的技術研發及管理工作；ssh185@163.com