蒙東褐煤熱解技術(shù)工業(yè)應(yīng)用進(jìn)展

范濤，初茉，暢志兵

（1 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083；2 北京德天御投資管理有限責(zé)任公司，北京100020）

褐煤又名柴煤，是煤化程度比較低的礦產(chǎn)煤。我國褐煤資源儲量豐富，約占全國煤炭總儲量的13%[1]，主要分布于內(nèi)蒙古東部和云南，其中約83%位于內(nèi)蒙古東部地區(qū)[2]。褐煤熱解是對褐煤進(jìn)行分級煉制，實現(xiàn)煤炭資源高效梯級利用的主要提質(zhì)途徑之一[3]。煤熱解技術(shù)具有能源轉(zhuǎn)化效率高、水耗少和污染小等優(yōu)點[4]，通過煤炭熱解加工可在較溫和條件下獲得固定碳含量較高的半焦、高品質(zhì)的熱解煤氣和煤焦油，其中半焦性質(zhì)接近無煙煤，是一種高效的氣化原料和清潔能源，廣泛用于氣化、冶金以及作為居民采暖用煤使用。

本文介紹了蒙東地區(qū)達(dá)到工業(yè)化規(guī)模的褐煤熱解技術(shù)、工業(yè)項目運行現(xiàn)狀及面臨的困境，從原料要求、操作條件、能量利用率、產(chǎn)品性質(zhì)和環(huán)保設(shè)施等方面比較了各技術(shù)特點，結(jié)合當(dāng)前各項產(chǎn)業(yè)政策和項目運營情況，對褐煤熱解技術(shù)的研究方向、發(fā)展趨勢和工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)行了探討，為褐煤熱解技術(shù)的穩(wěn)定、環(huán)保和高效運行提供依據(jù)。

1 蒙東褐煤特點

蒙東地區(qū)主要包括內(nèi)蒙古東部的呼倫貝爾市、錫林郭勒盟、赤峰市、通遼市、興安盟和烏蘭察布市6個盟市，褐煤資源占蒙東地區(qū)探明煤炭資源的90%以上，達(dá)到1508.36 億噸，其主要成煤時代為晚侏羅紀(jì)，屬于年老褐煤[5]。蒙東地區(qū)典型褐煤的煤質(zhì)分析結(jié)果見表1[6-9]。

蒙東褐煤具有水分高、熱值低、易風(fēng)化、易自燃、強(qiáng)度低和難分選等特點，且不宜儲存和長距離運輸，嚴(yán)重限制其大規(guī)模開發(fā)和利用[10]。褐煤熱解是實現(xiàn)褐煤的清潔高效利用的有效途徑，是健全蒙東能源結(jié)構(gòu)的主要方式。

在褐煤熱解之前需要先進(jìn)行干燥處理，將褐煤含水量降低到5%以下，減少熱解過程的能耗以及后續(xù)污水處理量。干燥階段是褐煤熱解過程中主要的能耗階段[11]，占整個熱解過程能耗的55%～75%。

蒙東褐煤熱解過程中，包括解聚（300～550℃）和縮聚（550℃以上）兩個階段[11-12]，在解聚階段發(fā)生分解和解聚反應(yīng)，生成大量氣體和焦油，煤成為半焦；縮聚階段以半焦的分解和縮聚反應(yīng)為主，放出大量的氣體，主要為氫氣。

2 蒙東褐煤熱解技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)眾多科研機(jī)構(gòu)根據(jù)蒙東地區(qū)褐煤資源特點研發(fā)出許多褐煤熱解技術(shù)，其中大多數(shù)處于試驗研究或中試研究階段，少數(shù)已實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的褐煤熱解技術(shù)有：低階煤轉(zhuǎn)化技術(shù)（LCC）、連續(xù)干餾熱解定位提質(zhì)技術(shù)（LCP）、帶式爐低溫干餾技術(shù)、GF-1 型褐煤提質(zhì)技術(shù)、SJ 方爐熱解技術(shù)和氣-固錯流熱解技術(shù)。

2.1 LCC技術(shù)

LCC技術(shù)是由中國五環(huán)工程有限公司與大唐華銀電力股份有限公司合作開發(fā)，在美國liquid from coal 技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)完善的新型提質(zhì)技術(shù)，其工藝流程如圖1所示。LCC技術(shù)是一種氣體熱載體熱解技術(shù)，由干燥、熱解、激冷分離和精制鈍化等模塊組成。原料煤采用6～50mm 褐煤，先后經(jīng)過干燥爐干燥、熱解爐熱解（熱解溫度約為550℃），半焦經(jīng)精制鈍化后成為最終產(chǎn)品；熱解氣經(jīng)過激冷分離出焦油后送熱風(fēng)爐供干燥爐和熱解爐；干燥煙氣經(jīng)除塵脫硫后一部分回配，一部分直接排放[13]。

表1 蒙東地區(qū)典型褐煤的煤質(zhì)分析

圖1 LCC工藝流程

大唐華銀電力股份有限公司采用該技術(shù)在錫林郭勒盟東烏旗建設(shè)了一套30萬噸/年褐煤提質(zhì)工業(yè)示范項目[14]。項目全系統(tǒng)出塵量達(dá)10%，導(dǎo)致焦油產(chǎn)品中粉塵含量高，降低焦油品質(zhì)；系統(tǒng)熱量無法平衡，熱解氣熱值偏低（350～500kcal/m3，1cal=4.1868J），需額外補(bǔ)充約30%的熱量[10-12]。

2.2 LCP技術(shù)

圖2 LCP工藝流程

LCP技術(shù)是由李柏榮與香港國邦集團(tuán)控股有限公司在干燥爐技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的提質(zhì)技術(shù)[15]，其工藝流程如圖2所示。LCP技術(shù)是一種外熱式移動床熱解技術(shù)，主要包括備煤單元、氣化單元、熱解單元和余熱回收單元，原料煤破碎到80mm以下，通過輸送機(jī)輸送到熱解爐內(nèi)，在熱解爐內(nèi)實現(xiàn)干燥、熱解和冷卻過程，冷卻后的半焦通過3mm 振動篩進(jìn)行篩分，篩上物輸送到半焦堆場作為產(chǎn)品出售，篩下物輸送到成型車間生產(chǎn)型煤。熱解爐采用套筒結(jié)構(gòu)，殼層為煤氣燃燒區(qū)域，產(chǎn)生熱煙氣，通過管壁傳熱使中心管內(nèi)的原料煤加熱，熱廢氣引出熱解爐后通過余熱發(fā)電機(jī)組回收余熱。熱解過程產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)過噴淋后與煤氣發(fā)生爐生產(chǎn)的煤氣一起作為熱解爐燃料使用。

內(nèi)蒙古國原礦業(yè)技術(shù)有限公司采用該技術(shù)在霍林郭勒市建成了100 萬噸/年褐煤熱解提質(zhì)項目，該項目由8臺熱解爐組成。LCP技術(shù)本質(zhì)上是一套干燥技術(shù)，其在應(yīng)用到熱解過程中，未設(shè)置充分的煤氣凈化、焦油回收和污水處理裝置。熱解爐內(nèi)干燥段和熱解段區(qū)分不明顯，干燥廢氣、熱解煤氣和褐煤粉塵一起導(dǎo)出，凝聚在管道內(nèi)，極易發(fā)生管道堵塞；熱解爐采用鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，在生產(chǎn)過程中，中心管和外壁膨脹量不一致，易發(fā)生中心管撕裂，影響裝置生產(chǎn)的連續(xù)性。

該項目后期對原有設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，采用二段煤氣發(fā)生爐代替原有的一段式煤氣發(fā)生爐，增加煤氣凈化裝置，能有效提高熱解段燃料的品質(zhì)；優(yōu)化熱解爐煤氣出口結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)生產(chǎn)管理，避免了煤氣管道堵塞；實現(xiàn)定期大修制度，避免因設(shè)備原因造成的突發(fā)性停產(chǎn)現(xiàn)象。

2.3 帶式爐低溫干餾技術(shù)

帶式爐低溫干餾技術(shù)是由北京柯林斯達(dá)工程技術(shù)有限公司在帶式干燥爐基礎(chǔ)上進(jìn)行的研發(fā)[16]，其工藝流程如圖3所示。帶式爐低溫干餾技術(shù)是一種外燃內(nèi)熱式移動床熱解技術(shù)，此技術(shù)將原單一溫度的爐體分為干燥、熱解、冷卻三部分。原料煤為15～30mm 塊煤，由入爐端均勻分布在輸送帶上，依次經(jīng)過干燥段、熱解段和冷卻段，實現(xiàn)原煤的干燥、熱解和冷卻過程，冷卻后的半焦作為產(chǎn)品。熱解產(chǎn)生的荒煤氣直接送熱風(fēng)爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱煙氣，熱煙氣送干燥段和熱解段，干燥后的熱廢氣經(jīng)過脫硫后直接排放。

蒙元煤炭公司采用該技術(shù)在錫林浩特市建成了30 萬噸/年褐煤熱解提質(zhì)工程。該技術(shù)的反應(yīng)器采用變溫帶式爐，采用熱煙氣直接加熱，熱效率高；半焦采用干法熄焦，不產(chǎn)生工業(yè)熄焦廢水；熱廢氣采用流化床石灰石脫硫技術(shù)，煙氣達(dá)標(biāo)排放[17]。該技術(shù)對原料煤的要求較高，原煤利用率低；該技術(shù)不回收焦油、煤氣等高附加值產(chǎn)品，是一種能源的損失；該技術(shù)熱解煤氣不能滿足能量需求，需要通過燃煤進(jìn)行補(bǔ)熱。

北京柯林斯達(dá)工程技術(shù)有限公司對原有帶式爐低溫干餾技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，入爐之前對原煤進(jìn)行篩分，將粒徑＜3mm作為熱風(fēng)爐燃料，3～25mm作為熱解原料[18]，實現(xiàn)全粒徑的應(yīng)用，并應(yīng)用于內(nèi)蒙古新大洲能源科技有限公司100萬噸/年褐煤提質(zhì)項目。

2.4 GF-1型褐煤提質(zhì)技術(shù)

GF-1 型褐煤提質(zhì)技術(shù)是北京國電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司在魯奇爐基礎(chǔ)上研發(fā)的褐煤熱解技術(shù)[19-20]，其工藝流程如圖4所示。GF-1型褐煤提質(zhì)熱解爐是一種外燃內(nèi)熱式移動床熱解爐，主要包括預(yù)熱段、干燥段、熱解段和熄焦段。預(yù)熱段和干燥段采用熄焦段產(chǎn)生的熱煙氣作為熱源，實現(xiàn)褐煤的干燥過程，預(yù)熱段廢氣直接排放，干燥產(chǎn)生廢氣送熄焦段冷卻半焦，廢氣中的水分停留在半焦中，實現(xiàn)半焦的冷卻和調(diào)濕。熱解段采用熱解煤氣燃燒產(chǎn)生的熱煙氣作為熱載體，熱解荒煤氣與熱載體一起導(dǎo)出爐體；荒煤氣經(jīng)除塵凈化后進(jìn)入冷鼓工段回收焦油和煤氣，煤氣再由加壓機(jī)送回提質(zhì)爐供熱解段熱風(fēng)爐燃燒使用。

圖4 GF-1褐煤提質(zhì)工藝流程

大唐國能礦業(yè)公司采用該技術(shù)在錫林浩特勝利二號礦建成兩套50萬噸/年熱解系統(tǒng)。該技術(shù)氣體熱載體溫度高達(dá)950℃，將褐煤加熱到800℃實現(xiàn)熱解過程[21]，屬于中溫?zé)峤夥磻?yīng)，焦油產(chǎn)率較低。預(yù)熱段產(chǎn)生水蒸氣直接排放，不回收利用，是一種資源的浪費。采用富含水分的熱煙氣進(jìn)行熄焦，使得半焦含水量遠(yuǎn)高于其正常平衡水含量，降低了半焦的熱值，增加了出料裝置的故障隱患。該爐型無法處理粒徑更小的碎煤，降低了原煤的利用率；熱解煤氣中混入了煙氣，煤氣熱值低，難以符合工業(yè)和民用要求，只能作為燃料自用。國能項目半焦產(chǎn)品主要作為動力煤銷售，后期通過技術(shù)改造，增加蒸汽活化段，將半焦通過活化處理生產(chǎn)活性焦，用于污水處理。活化過程產(chǎn)生的水煤氣，熱值達(dá)到1900kcal/m3（1kcal=4.18kJ），是對熱解煤氣的補(bǔ)充，能夠增加煤氣產(chǎn)量和熱值。

為提高煤氣熱值，該技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化升級，開發(fā)出煤氣熱載體分段多層低階煤熱解成套工業(yè)化技術(shù)（SM-GF），采用自產(chǎn)富氫煤氣作為熱解段熱載體，成功應(yīng)用于陜西陜北乾元能源化工有限公司50 萬噸/年“國富爐”工業(yè)試驗項目。同時，GF-1型褐煤提質(zhì)技術(shù)通過技術(shù)改進(jìn)，在油頁巖熱解領(lǐng)域也進(jìn)行了嘗試，中標(biāo)窯街煤電集團(tuán)有限公司油頁巖煉油項目二期，采用末頁巖為原料，生產(chǎn)半焦、焦油和煤氣。

2.5 SJ方爐熱解技術(shù)

SJ 方爐熱解技術(shù)用于加工長焰煤生產(chǎn)蘭炭（半焦），是目前長焰煤熱解的主要技術(shù)[22]，其工藝流程如圖5 所示。方爐是一種內(nèi)熱式移動床熱解爐，主要包括加料設(shè)備、熱解段和出焦設(shè)備三部分。爐體內(nèi)部為空腹結(jié)構(gòu)，爐體內(nèi)干燥段和干餾段沒有嚴(yán)格的界限，干餾煤氣與空氣一起從布?xì)饪走M(jìn)入料層燃燒，原料煤溫度升高發(fā)生熱解反應(yīng)，產(chǎn)生的煤氣與燃燒煙氣以及上層的干燥氣一起從爐體頂部導(dǎo)出。油氣從爐頂導(dǎo)出，通過噴淋冷卻、間冷器以及電捕焦油器回收煤焦油和冷凝水。干餾氣中冷凝下來的煤焦油和噴淋冷卻水收集到油水分離池，靜置分離后冷卻水循環(huán)使用，焦油轉(zhuǎn)移到焦油罐待售。干餾后的半焦通過爐底排焦箱和推焦機(jī)排入爐底熄焦水槽內(nèi)急冷降溫，再通過刮板機(jī)排出至半焦場。

圖5 方爐熱解工藝流程

2005 年以來部分企業(yè)嘗試將方爐用于褐煤熱解，其中規(guī)模最大的為錫林郭勒盟興富能源開發(fā)有限責(zé)任公司30 萬噸/年褐煤提質(zhì)項目，由8 臺熱解爐組成。方爐對煤種的要求較高，其主要適用于30～80mm 的塊煤[23]，由于褐煤的強(qiáng)度差，在入爐和熱解過程中粉化嚴(yán)重，導(dǎo)致爐內(nèi)壓力降不均，氣體形成短路，熱解反應(yīng)不充分；由于氣流短路，爐內(nèi)局部高溫形成結(jié)渣，影響物料的移動，興富項目曾因為結(jié)渣而停爐。采用水澇焦的熄焦方式，煤泥量大且不易處理；熄焦水中含大量的粉塵，增加了污水處理量和難度，加重了環(huán)保設(shè)施負(fù)擔(dān)；半焦含水率高，后續(xù)需進(jìn)行烘干處理，增加系統(tǒng)能耗和無組織排放風(fēng)險。興富項目為避免增加污水處理量，在塊煤入爐前增加了塊煤干燥裝置，降低熱解爐入料水分；對原有方爐內(nèi)的布?xì)夥绞竭M(jìn)行優(yōu)化，將布?xì)夥殖啥鄠€區(qū)域，提高布?xì)饩鶆蛐裕档蜌饬鞫搪番F(xiàn)象。

2.6 氣-固錯流熱解技術(shù)

圖6 氣-固錯流熱解技術(shù)工藝流程

氣-固錯流熱解技術(shù)是北京德天御投資管理有限責(zé)任公司在借鑒中外典型褐煤熱解技術(shù)，結(jié)合內(nèi)蒙古褐煤資源特點的基礎(chǔ)上開發(fā)的褐煤熱解技術(shù)[24]，其工藝流程如圖6 所示。氣-固錯流熱解技術(shù)是一種內(nèi)熱式移動床熱解技術(shù)，主要包括干燥爐和熱解爐兩部分。干燥爐采用煤氣燃燒煙氣與干燥廢氣混合后的熱煙氣作為熱源，干燥后的廢氣導(dǎo)出干燥爐后先后經(jīng)過除塵、脫硫和風(fēng)冷塔冷卻，部分由風(fēng)機(jī)輸送到熱風(fēng)爐回配，其余直接排放；風(fēng)冷塔冷凝下來的廢水送污水處理站處理，作為循環(huán)水補(bǔ)充水回用。熱解爐包括熱解段和熄焦段，熱解段采用煤氣燃燒的熱煙氣與熄焦換熱后的熱煤氣混合形成的熱氣作為熱載體，熄焦段采用冷煤氣熄焦，換熱后冷煤氣作為熱載體使用，經(jīng)冷煤氣熄焦后的半焦通過密封調(diào)速出焦閥排出熱解爐。熱解產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)過爐內(nèi)自除塵后導(dǎo)出熱解爐，先后經(jīng)過除塵器、一級電捕焦油器、間冷器和二級電捕焦油器等設(shè)備，通過煤氣風(fēng)機(jī)加壓輸送到干燥爐、熱解段和熄焦段。煤氣冷卻下來的油水混合物通過機(jī)械化氨水澄清槽（也稱焦油船）進(jìn)行分離，得到焦油渣送成型車間，與除塵器粉塵和半焦粉一起成型制型煤；氨水送污水處理站處理后作為半焦調(diào)濕水和煤場降塵等用途回用，焦油作為產(chǎn)品直接銷售。

霍林郭勒市嘉華能源技術(shù)開發(fā)有限公司采用該技術(shù)在霍林郭勒市建設(shè)了一套60萬噸/年褐煤熱解項目。熱解爐采用特殊的氣-固錯流結(jié)構(gòu)，降低了床層阻力，可加工小粒徑褐煤；同時，爐內(nèi)特殊的除塵結(jié)構(gòu)可截留90%以上的粉塵，并與半焦一起導(dǎo)出爐體，從而降低煤氣含塵量和提高焦油品質(zhì)；但由于燃燒廢氣與熱解氣一起導(dǎo)出爐體，降低了煤氣熱值（約1000kcal/m3），限制了煤氣的利用。該工藝干燥爐產(chǎn)生的水通過冷卻回收，能夠滿足項目生產(chǎn)用水需求，在冬季用水量降低的情況下，還有富余水量產(chǎn)生。嘉華能源項目的半焦產(chǎn)品主要作為動力煤銷售，后期通過技術(shù)優(yōu)化將半焦轉(zhuǎn)化生產(chǎn)潔凈型煤和機(jī)制炭產(chǎn)品，成功應(yīng)用于民用取暖和燒烤等行業(yè)。

3 蒙東褐煤熱解技術(shù)主要特點

蒙東地區(qū)工業(yè)應(yīng)用的褐煤熱解技術(shù)的主要特點見表2。由表可知，為了減少褐煤熱碎性對熱解過程的影響，各項熱解技術(shù)均采用移動床熱解爐，通過降低物料的移動速度，減少移動過程中產(chǎn)生的機(jī)械揚塵，從而降低煤氣中的粉塵含量。除了LCP技術(shù)以外，蒙東地區(qū)工業(yè)應(yīng)用的熱解技術(shù)均采用內(nèi)熱式熱解爐，這是因為內(nèi)熱式熱解具有焦油產(chǎn)率高和傳熱效率高的優(yōu)點，而且采用熱解煤氣燃燒產(chǎn)生的熱煙氣為熱載體，可以利用低熱值煤氣。

蒙東褐煤熱解技術(shù)主要采用干法熄焦，這是由于傳統(tǒng)的水熄焦不能滿足當(dāng)前的環(huán)保政策和下游對半焦的質(zhì)量要求。采用干法熄焦能夠回收半焦的顯熱，有助于提高整個熱解系統(tǒng)的能量利用率。GF-1型褐煤提質(zhì)技術(shù)的熄焦介質(zhì)采用干燥段產(chǎn)生的熱廢氣，利用半焦的顯熱對廢氣進(jìn)行加熱，降低了干燥段煤氣用量。氣-固錯流熱解技術(shù)的熄焦介質(zhì)采用冷煤氣，采用冷煤氣熄焦可以實現(xiàn)煤氣燃燒前的預(yù)熱，減少熱解段煤氣用量和廢氣產(chǎn)生量，提高了熱解煤氣的熱值。

表2 蒙東褐煤熱解技術(shù)對比

蒙東褐煤含水量高，干燥階段為褐煤熱解的主要耗能階段。除LCP、方爐技術(shù)的干燥段和熱解段的區(qū)分不明確以外，其余的熱解技術(shù)均將干燥和熱解進(jìn)行分別控制，以降低整個熱解過程中的能耗。已實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的蒙東熱解技術(shù)多數(shù)需要進(jìn)行補(bǔ)熱，主要采用燃煤、天然氣或發(fā)生爐煤氣為干燥過程進(jìn)行補(bǔ)熱，但是若提高熱解系統(tǒng)的能量利用率，可以實現(xiàn)熱解系統(tǒng)的熱量平衡。GF-1 型褐煤提質(zhì)技術(shù)由于其為中溫?zé)峤猓瑹峤鈿猱a(chǎn)量高，同時蒸汽活化過程產(chǎn)生水煤氣，使總的煤氣量滿足生產(chǎn)過程中的能量需求。氣-固錯流熱解技術(shù)采用特殊的爐型結(jié)構(gòu)，回收系統(tǒng)的熱量，提高熱效率，生產(chǎn)的煤氣滿足自身需求后還有少量富余。

蒙東褐煤半焦粉化率高、密度低和強(qiáng)度低等特性，限制了半焦的利用，主要作為電廠用煤或水泥廠用煤。國邦項目將小于3mm 半焦篩分后直接成型，生產(chǎn)型煤產(chǎn)品，但由于熱解反應(yīng)不充分，產(chǎn)品揮發(fā)分高，仍然作為動力煤使用。國能項目利用褐煤半焦多孔的結(jié)構(gòu)特點，對半焦進(jìn)行活化處理生產(chǎn)活性焦，成功應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域。嘉華項目基于霍林河褐煤半焦熱值高、揮發(fā)分低和總硫低的特點，將部分半焦成型生產(chǎn)潔凈型煤和機(jī)制炭，用于小型鍋爐、民用取暖以及燒烤等行業(yè)。

4 蒙東褐煤熱解技術(shù)發(fā)展趨勢

根據(jù)《焦化行業(yè)準(zhǔn)入條件（2014 年修訂）》要求，煤熱解裝置要實現(xiàn)規(guī)模化（＞100 萬噸/年）和單套裝置大型化（＞10萬噸/年）。同時，《內(nèi)蒙古自治區(qū)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃實施方案》（內(nèi)政發(fā)〔2018〕37號）在《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16171—2012）的基礎(chǔ)上，對企業(yè)水污染物和大氣污染物的排放限值、監(jiān)測和監(jiān)控做了特別的要求，部分區(qū)域企業(yè)從2020年1月1日起執(zhí)行大氣污染物特別排放限值[25]。隨著蒙東煤礦機(jī)采化的普及，塊煤率下降，使得大量小顆粒碎煤不能直接利用。蒙東褐煤熱解領(lǐng)域面臨原料利用率低、系統(tǒng)能量不平衡（需補(bǔ)熱）、焦油含塵量高、生產(chǎn)連續(xù)性差、產(chǎn)品單一、熱解廢水處理難和環(huán)保壓力大等挑戰(zhàn)，需要在技術(shù)研發(fā)和項目設(shè)計過程中進(jìn)行優(yōu)化和改造。

4.1 熱解裝置發(fā)展方向

節(jié)能降耗是褐煤熱解技術(shù)研究的重點之一。褐煤干燥階段為褐煤熱加工過程的主要耗能階段[26]，也是大多數(shù)熱解項目需要補(bǔ)熱的原因，為降低企業(yè)能耗，可加大回收半焦和荒煤氣的顯熱用于干燥褐煤，從而提高整個裝置的能量利用效率；同時將褐煤干燥裝置與其他設(shè)備（如鍋爐等產(chǎn)生熱廢氣的設(shè)備）或工業(yè)項目結(jié)合，如利用電廠或化工廠廢熱作為干燥的熱源，既實現(xiàn)了余熱的回收利用，又增加了褐煤提質(zhì)過程的熱量來源。

褐煤干燥熱煙氣回用前需冷卻降低煙氣的水含量，熱解煤氣冷卻過程主要采用間冷器進(jìn)行冷卻，由于蒙東地區(qū)年平均氣溫接近0℃，可采用風(fēng)冷塔替代一部分間冷器，尤其是降溫初期的較高溫階段，實行“空冷+間冷”的冷卻方式，既實現(xiàn)了冷卻目標(biāo)，又降低了循環(huán)水用量。

隨著現(xiàn)代化機(jī)械采煤技術(shù)的普及，褐煤塊煤率嚴(yán)重下降，大量的粉煤不能用于熱解，是一種資源的浪費。為實現(xiàn)褐煤粉煤的熱解利用，近年來涌現(xiàn)了許多粉煤熱解技術(shù)，如大連理工大學(xué)的固體熱載體技術(shù)[27-28]、中國科學(xué)院的多層流化床技術(shù)[29-30]等，但大多處于研究階段或以長焰煤為原料進(jìn)行工業(yè)示范，后續(xù)仍需結(jié)合褐煤特性進(jìn)行技術(shù)升級，力爭盡早實現(xiàn)工業(yè)化。同時，已建設(shè)的褐煤熱解項目應(yīng)進(jìn)行技術(shù)改造和工藝優(yōu)化，在滿足生產(chǎn)需求的前提下增加粉煤的處理能力。

內(nèi)熱式熱解技術(shù)具有能量利用率高和焦油產(chǎn)率高的特點，是蒙東褐煤熱解工業(yè)化項目采用的主要加熱方式，但由于熱解過程摻入大量廢氣，使得煤氣熱值降低，不利于煤氣的深加工利用。部分學(xué)者結(jié)合內(nèi)熱式和外熱式熱解的優(yōu)勢，開發(fā)出內(nèi)外熱復(fù)合熱解技術(shù)，主要有河南龍成集團(tuán)的旋轉(zhuǎn)床熱解技術(shù)[31]、神霧集團(tuán)的旋轉(zhuǎn)床熱解技術(shù)[32-33]和中國科學(xué)院過程所的內(nèi)構(gòu)件熱解技術(shù)[34-35]等，其中部分技術(shù)已在長焰煤熱解和油頁巖熱解領(lǐng)域完成工業(yè)示范，需進(jìn)行褐煤熱解的嘗試，期待完成突破。

4.2 產(chǎn)品多元化趨勢

褐煤熱解的主要產(chǎn)品包括半焦、焦油和煤氣，熱解產(chǎn)品的單一性是制約褐煤熱解項目經(jīng)濟(jì)性的主要因素，如何實現(xiàn)熱解產(chǎn)品的高效利用是熱解項目生存面臨的難題。

由于褐煤熱解過程中易碎性[36]，使得熱解焦油含塵量較高，限制了焦油的深加工利用[37]，但是褐煤焦油中輕質(zhì)組分含量高，可將焦油經(jīng)過處理，提取酚和石腦油等化工原料，同時生產(chǎn)瀝青等產(chǎn)品。

褐煤半焦的粒度普遍小于25mm，其中小于1mm 的粉焦含量高，堆密度低（＜0.65t/m3），運輸過程中揚塵量大。目前褐煤半焦主要作為動力煤銷售，經(jīng)濟(jì)效益差。為提高熱解項目的經(jīng)濟(jì)效益，可將半焦轉(zhuǎn)化生產(chǎn)潔凈型煤、機(jī)制炭和活性焦等產(chǎn)品，用作民用燃料、代替部分焦炭使用以及用于污水處理[38-39]，提高產(chǎn)品的附加值；同時褐煤半焦具有氣化反應(yīng)性好和成漿性好的特點[40]，可將半焦通過粉煤氣化或水煤漿氣化生產(chǎn)合成氣，再合成天然氣、甲醇和乙二醇等產(chǎn)品，延伸褐煤利用的產(chǎn)業(yè)鏈。

4.3 廢棄物資源化趨勢

褐煤熱解為重污染行業(yè)，具有產(chǎn)污點多面廣、污染物復(fù)雜和處理難度大等特點。實現(xiàn)熱解項目的環(huán)保達(dá)標(biāo)是熱解技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程中必須面對的基本底線，如何實現(xiàn)廢棄物的資源化利用是熱解項目能否產(chǎn)生效益的關(guān)鍵。

熱解項目的主要廢棄物包括廢氣、廢水和固體廢棄物三個方面[23]。

（1）廢氣處理 熱解工藝的主要廢氣包括煤焦儲運過程中揚塵廢氣、鍋爐廢氣、干燥廢氣以及焦油回收區(qū)域的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）等。

煤焦儲運過程中揚塵廢氣的主要污染物為顆粒物，普遍采用布袋除塵器進(jìn)行收集，收集的煤粉作為燃料或成型原料使用。

干燥爐廢氣和鍋爐廢氣主要為燃燒煤或煤氣產(chǎn)生，采用除塵裝置回收干燥爐廢氣中的煤粉和鍋爐煙氣中的粉煤灰，煤粉可作為燃料或成型原料使用；粉煤灰與鍋爐爐渣一起處理，可用于生產(chǎn)建筑材料。廢氣中含有SO2等物質(zhì)，可采用石灰石脫硫或者氨法脫硫生產(chǎn)石膏、硫銨等副產(chǎn)品。

焦油回收區(qū)域的VOCs 是近年來熱解企業(yè)大氣污染的重點研究對象[41]，其產(chǎn)生原因為區(qū)域內(nèi)的跑冒滴漏現(xiàn)象以及各槽罐內(nèi)輕油的揮發(fā)。項目生產(chǎn)過程中首先應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備管理，杜絕跑冒滴漏的現(xiàn)象；其次是降低各焦油槽罐的溫度，減少輕油的揮發(fā)；最后采用設(shè)備將各區(qū)域內(nèi)的無組織排放氣統(tǒng)一收集處理，采用“洗滌+活性炭”等技術(shù)手段回收輕油[42]。

（2）污水處理 熱解企業(yè)的污水包括生活污水、干燥廢水、熱解廢水、脫硫廢液和初期雨水等，其中熱解廢水由于其化學(xué)需氧量（COD）含量高和組成復(fù)雜等特點，是熱解企業(yè)污水處理的主要技術(shù)難題。目前針對熱解廢水處理的技術(shù)研究很多，普遍采用“預(yù)處理+物化+生化+深度處理”的流程進(jìn)行處理。預(yù)處理采用蒸氨塔和脫酚塔對熱解廢水進(jìn)行處理，提取其中高附加值的氨和酚類[43]，氨可用于脫硫生產(chǎn)硫銨，也可用于生產(chǎn)氯化銨或直接作為產(chǎn)品出售。預(yù)處理后的廢水采用微電解工藝或臭氧氧化工藝進(jìn)行處理，達(dá)到生化處理要求后進(jìn)入生化池處理，處理后的廢水達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)后作為循環(huán)水補(bǔ)充水和煤場降塵水使用。

（3）固體廢棄物 熱解企業(yè)的固體廢棄物主要有焦油渣、污泥以及高鹽廢水處理產(chǎn)生的鹽。

焦油渣屬于危險廢棄物，不能直接利用，可采用熱解等無害化處理手段回收焦油，固體產(chǎn)品可用于生產(chǎn)活性炭產(chǎn)品[44]；高鹽廢水處理產(chǎn)生的雜鹽，是一種復(fù)雜的混合物，但可采用相應(yīng)的提純處理后提取NaCl、Na2SO4等作為產(chǎn)品外售或自用[45]；熱解廢水處理過程產(chǎn)生的污泥量大且性質(zhì)差異較大，可先采用干燥技術(shù)[46]進(jìn)行減量化處理，然后根據(jù)用途采用熱解或與生物質(zhì)共熱解[47]、漚肥和成型等方式實現(xiàn)資源化利用，生產(chǎn)農(nóng)用肥[48]和輕質(zhì)磚產(chǎn)品。

5 結(jié)語

熱解是蒙東褐煤加工利用的主要途徑，對實現(xiàn)蒙東地區(qū)褐煤清潔高效利用具有重要意義。蒙東地區(qū)已有多種熱解技術(shù)實現(xiàn)了工業(yè)化運行，但由于褐煤熱解技術(shù)的局限性和產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，熱解項目仍面臨著諸多問題。基于蒙東褐煤的特點，為實現(xiàn)褐煤熱解項目的安全、環(huán)保、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)化運行，本文提出褐煤熱解技術(shù)的發(fā)展方向。

（1）熱解技術(shù)的優(yōu)化，采用余熱對褐煤進(jìn)行干燥處理和增加風(fēng)冷塔替換間冷塔的方式，提高熱解技術(shù)能量利用率；增加粉煤入爐量，提高原料利用率；采用內(nèi)外熱結(jié)合方式，提高煤氣品質(zhì)，增加焦油收率。

（2）產(chǎn)品多元化，延長焦油和半焦的產(chǎn)業(yè)鏈，增加酚、氨、石腦油、瀝青、型煤和活性焦等產(chǎn)品，實現(xiàn)熱解項目產(chǎn)品的多元化。

（3）對廢棄物采用無害化處理，轉(zhuǎn)化生產(chǎn)活性炭、型煤、工業(yè)鹽、農(nóng)用肥和輕質(zhì)磚等產(chǎn)品，實現(xiàn)廢棄物資源化。