褐煤加工利用及低溫熱解提質(zhì)現(xiàn)狀

魏江紅

（神華準能資源綜合開發(fā)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

能源是推動國家社會經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略物質(zhì)資源，具有重要的戰(zhàn)略地位。我國能源結(jié)構(gòu)的特點是多煤、少油氣，煤炭提供75%的電力、75%的燃料和60%的化工原料[1-2]。褐煤占我國已探明煤炭儲量的13%左右，開發(fā)利用空間廣闊。由于褐煤含水高、易自燃、長距離運輸不經(jīng)濟等特點，褐煤利用受到了制約。世界上主要褐煤生產(chǎn)國，主要通過建立坑口電站消耗褐煤。因此，對褐煤進行提質(zhì)加工就顯得尤為重要，這樣可以改善褐煤不利因素，發(fā)揮褐煤在煤炭利用中的重要作用。低溫熱解作為潔凈煤技術(shù)的一種，具有生產(chǎn)工藝簡單、投資少等優(yōu)勢，褐煤提質(zhì)生產(chǎn)半焦技術(shù)不僅可以解決褐煤直接燃燒時環(huán)境污染嚴重、熱利用率低的問題，同時還可得到煤焦油和煤氣等多種煤基產(chǎn)品，是褐煤高效清潔利用的重要途徑。

1 褐煤資源的利用

1.1 褐煤直接燃燒

世界上主要褐煤生產(chǎn)國，主要是在煤礦附近建立坑口電站，直接運往電站燃燒發(fā)電，只有少部分經(jīng)干燥或成型后供民用或工業(yè)鍋爐使用。褐煤發(fā)電的優(yōu)勢是易著火、易燃盡、燃燒成本低等，但與其他煤種相比，褐煤含氧量高、熱值低，燃燒釋放粉塵多，燃燒效率低，同時還污染環(huán)境。

1.2 褐煤熱解

褐煤熱解是指在隔絕空氣或在氫氣存在的條件下將褐煤加熱，得到煤氣、焦油或酚類產(chǎn)品、半焦產(chǎn)品的加工方法。褐煤熱解產(chǎn)生的煤氣產(chǎn)品熱值較高，是優(yōu)質(zhì)潔凈燃料，可作為燃料氣和化工合成氣。焦油或酚類是多環(huán)芳的來源，還可提煉液體燃料，也可作化工原料。褐煤熱解技術(shù)將資源利用率放在首位，對褐煤的提質(zhì)和綜合加工利用意義重大。

1.3 褐煤氣化

煤氣化是煤炭間接液化、IGCC等煤化工利用的基礎(chǔ)，是煤炭轉(zhuǎn)化的主要途徑之一。褐煤的化學反應(yīng)性高，很容易氣化。褐煤氣化可生產(chǎn)城市煤氣、管道煤氣，同時也可用作氨、尿素、甲醇等的原料氣。褐煤氣化比直接燃燒具有更大的優(yōu)越性，燃燒穩(wěn)定，無環(huán)境污染；便于輸送、凈化，原料的組成和投料量都容易調(diào)節(jié)控制；有利于簡化生產(chǎn)工藝和設(shè)備，國內(nèi)多家企業(yè)開展了褐煤氣化的工業(yè)化應(yīng)用。

1.4 褐煤液化

褐煤含有大量的羧基、羰基和亞甲基，具有較好的液化活性，屬于易液化煤種。褐煤直接液化時，由于氧含量高，需要消耗較多H2，如何降低液化時H2的消耗，決定著液化成本的高低。研究結(jié)果表明，云南先鋒褐煤和沈陽褐煤是較為理想的液化原料煤，山東紅旗礦、梁家礦以及內(nèi)蒙古鄂爾多斯等地褐煤也是較適宜直接液化的煤種。

1.5 褐煤腐植酸制品

褐煤含有大量的腐植酸和褐煤蠟，褐煤制取的腐植酸肥料，可改善土壤，有利于作物生長。另外，在各種鉆探活動中，褐煤制取的腐植酸可作為調(diào)整劑，調(diào)節(jié)和改善泥漿的工藝性能，提高鉆探質(zhì)量。

1.6 褐煤的其他用途

隨著對褐煤利用研究的深入，學者在吸附材料、炭質(zhì)還原材料和高爐噴吹等方面進行了相應(yīng)研究。通過褐煤處理含酚廢水的試驗研究，人們發(fā)現(xiàn)，稀酸處理后的褐煤有更強的吸附能力，對汞的吸附率高達99.0%，同時褐煤仍可作燃料使用。有學者對高爐噴吹煙煤摻燒褐煤的可行性進行了研究，發(fā)現(xiàn)添加一定比例的褐煤不僅可以滿足噴吹煙煤的指標要求，還可降低噴吹煙煤成本。對于灰分硫分適中、可磨性及成漿性能好的褐煤，通過改性提質(zhì)可生產(chǎn)高濃度水煤漿。

2 褐煤低溫熱解研究進展

2.1 國外褐煤熱解技術(shù)

國外褐煤提質(zhì)利用技術(shù)主要有：德國的Lurgi Ruhrgas（L-R）熱解技術(shù)和Lurgi-Spuelgas（L-S）低溫熱解工藝，流化床快速熱解工藝以及美國開發(fā)的Toscoal煤低溫熱解技術(shù)等。

2.1.1 L-R低溫熱解工藝

L-R低溫熱解為典型的內(nèi)熱式固體熱載體工藝技術(shù)，原料以褐煤、不粘煤以及弱粘煤等為主。1961年，德國建成處理煤量為260 t/d的低溫熱解工廠，連續(xù)運轉(zhuǎn)7 d，后續(xù)的開發(fā)工作因油價下跌而被迫中止。工藝流程為：干燥后的原料煤通過與循環(huán)的半焦進行換熱，熱解產(chǎn)生的干餾氣再對原料煤進行干燥，其熱效率較高。該工藝不足之處是大量焦砟等顆粒物進入煤焦油中，給焦油的凈化、分餾等加工工藝帶來不便。此外，L-R工藝也可將砂子作為熱載體對重油進行熱解，中國、日本、德國等地因此建起砂子爐。

2.1.2 L-S溫熱解工藝

L-S低溫熱解工藝，是工業(yè)上已采用的典型的氣體熱載體內(nèi)熱式工藝技術(shù)。工藝流程為：將褐煤或褐煤型煤破碎到25～60 mm，破碎后的原料煤與熱煙氣逆流接觸進行熱交換。當進料水分為15%左右時，在干燥段可將水分控制在10%以內(nèi)，逆流而上的熱煙氣被降溫至80～100℃。在熱解段，通過不含氧的燃燒氣（600～700℃）對褐煤進行加熱，發(fā)生熱分解反應(yīng)，生成熱解半焦和熱解氣。熱解半焦進入冷卻段冷卻，熱解氣經(jīng)除雜、冷卻工藝處理得到輕質(zhì)焦油和熱解水。

2.1.3 Toscoal低溫熱解工藝

基于油頁巖熱解技術(shù)，美國油頁巖公司和Rocky Flats研究中心共同開發(fā)了Toscoal煤低溫熱解工藝技術(shù)，在1970-1976年，先后對次煙煤、粘結(jié)性煙煤進行了相關(guān)中試試驗。工藝流程為：首先用瓷球加熱器的熱煙道氣對原料煤進行干燥，干燥后的原料煤與加熱的瓷球在熱解反應(yīng)器中快速換熱并發(fā)生熱解反應(yīng)，生成熱解半焦和熱解氣，在回轉(zhuǎn)篩中將半焦和瓷球進行分離，瓷球經(jīng)提升管提升、加熱后循環(huán)使用，加熱燃料為熱解氣或燃料油。

2.1.4 流化床快速熱解工藝

20世紀70年代，澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究院聯(lián)合開發(fā)了流化床快速熱解工藝技術(shù)，并對煙煤、褐煤等煤種進行熱解試驗研究。工藝流程為：反應(yīng)器為流化床，床層由0.3～1.0 mm的砂粒組成，熱氣體通過反應(yīng)器底部布風板進入床層，加熱煙氣主要為電加熱器預(yù)熱的氮氣和液化石油氣和空氣燃燒形成的煙氣；通過氮氣將煤粉噴入反應(yīng)器，在反應(yīng)器中煤粉快速熱解，熱解半焦和熱解氣通過旋風分離器分離，對熱解氣進行冷卻及初步除雜后，通過電捕焦油器分離并收集焦油。

2.2 國內(nèi)褐煤熱解提質(zhì)加工技術(shù)

國內(nèi)比較典型的煤炭熱解技術(shù)有多段回轉(zhuǎn)爐（MRF）熱解工藝，大連理工大學研發(fā)的褐煤固體熱載體干餾（DG）工藝，大唐華銀電力公司與中國五環(huán)工程有限公司在美國LFC的基礎(chǔ)上開發(fā)的LCC技術(shù)等。

2.2.1 MRF熱解工藝

多段回轉(zhuǎn)爐工藝由中國煤科院北京煤化工分院開發(fā)，屬于低階煤熱解工藝技術(shù)。其流程是：先將褐煤破碎到6～30 mm，在干燥器內(nèi)對破碎后的原料煤進行干燥；在回轉(zhuǎn)熱解爐中，干燥后的褐煤完成熱解反應(yīng)，用水冷卻法對熱解半焦進行冷卻得到提質(zhì)產(chǎn)品，干餾氣經(jīng)過除塵除雜后進行利用。

2.2.2 固體熱載體干餾工藝

褐煤固體熱載體低溫熱解技術(shù)由大連理工大學開發(fā)，褐煤與熱載體（熱半焦）均勻混合并進行換熱，熱解產(chǎn)生輕質(zhì)焦油、熱解氣和半焦。該工藝已完成了5萬t/a褐煤干餾試驗，并進行了相應(yīng)的工藝過程優(yōu)化工作。目前，年處理85萬t褐煤的工藝技術(shù)已經(jīng)具備工業(yè)化示范工廠的技術(shù)條件。該工藝具有焦油產(chǎn)率高、煤氣熱值高、工藝產(chǎn)生廢水量小等優(yōu)點。

2.2.3 中國的LCC技術(shù)

LCC低階煤轉(zhuǎn)化提質(zhì)技術(shù)是在美國LFC技術(shù)的基礎(chǔ)上，由大唐華銀電力公司與中國五環(huán)工程有限公司聯(lián)合開發(fā)的技術(shù)，該技術(shù)是一種煤炭輕度熱解工藝。工藝流程為：在干燥爐內(nèi)，對破碎篩分后的褐煤進行干燥；干燥后的固體被送入熱解爐進行熱解反應(yīng)，在激冷盤中熱解半焦被工藝水冷卻；熱解產(chǎn)生的氣體經(jīng)除塵、冷卻及電除霧器處理后利用。

3 結(jié)語

為了實現(xiàn)褐煤低溫熱解，國內(nèi)外已開發(fā)或正在開發(fā)的低溫干餾技術(shù)種類頗多，裝置效能、產(chǎn)品性能以及技術(shù)指標各不相同，不可能有某一種技術(shù)能適應(yīng)所有煤種，滿足各項指標的要求。但是，褐煤低溫干餾技術(shù)應(yīng)向裝備大型化、高效環(huán)保、多聯(lián)產(chǎn)的方向發(fā)展，從而充分利用粉煤資源，提高油收率、改善油品，以提高能源轉(zhuǎn)化效率。

1 申 毅.陜北低變質(zhì)煤干餾特性及應(yīng)用研究[D].西安：西安建筑科技大學，2006.

2 Strauss S，Berger CB，Bielfeldt FB，etal.Mechanical/thermal dewatering as a pre-drying stage for brown coal fired power plants[J].VDI Berichte，1996，（165）：1280.