褐煤提質(zhì)技術(shù)及綜合利用研究

王君君　王金山

摘 要 褐煤脫水提質(zhì)可有效提高褐煤煤質(zhì)，擴(kuò)大褐煤用途，便于長(zhǎng)距離運(yùn)輸。本文對(duì)褐煤提質(zhì)技術(shù)及存在問(wèn)題進(jìn)行研究，并介紹了褐煤提質(zhì)產(chǎn)物的綜合利用。

關(guān)鍵詞 褐煤 提質(zhì) 綜合利用

一、概述

褐煤提質(zhì)是指褐煤在一定溫度下經(jīng)脫水和熱分解作用后轉(zhuǎn)化成具有無(wú)煙煤性質(zhì)的提質(zhì)煤。褐煤脫水過(guò)程除脫去部分水分外，也伴隨著一些煤的組成和結(jié)構(gòu)的變化，它主要是由脫水作用和過(guò)程引起的。所以，褐煤的提質(zhì)過(guò)程主要是褐煤的脫水和分解過(guò)程。經(jīng)過(guò)脫水的褐煤，水分及氧化速度降低，發(fā)熱量提高，燃燒后溫室氣體的排放減小。提質(zhì)后的褐煤將更有利于利用、運(yùn)輸和貯存。若是將褐煤中的50%的水分除去，則褐煤燃燒后產(chǎn)生的溫室氣體的排放量降低15%。實(shí)際測(cè)試得知，一種水分42.52%、發(fā)熱量11.93 MJ /kg的褐煤，經(jīng)提質(zhì)干燥后，水分降14.43%。發(fā)熱量增至18.08 MJ/kg，相當(dāng)于提高了熱值51.6%。這對(duì)于褐煤電廠的影響無(wú)疑是十分巨大的。

二、褐煤提質(zhì)的主要工藝

1.國(guó)內(nèi)外褐煤提質(zhì)技術(shù)。（1）美國(guó)K-Fuel高壓釜蒸汽干燥工藝。美國(guó)KFx公司在上世紀(jì)80年代中期開(kāi)發(fā)了K燃料工藝（K-Fuel Process）技術(shù)，經(jīng)過(guò)20年的完善已進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。其工藝是煤經(jīng)過(guò)粉碎之后，通過(guò)傳送裝置送入高壓釜。高壓釜內(nèi)壓力和溫度分別維持在3.7 MPa和238℃。在高壓釜中，煤塊發(fā)生破裂，將硫化物從煤中分離出來(lái)，煤中的水分也隨之蒸發(fā)掉。經(jīng)過(guò)高溫高壓處理的煤粉和蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣可以直接送入鍋爐進(jìn)行發(fā)電或供熱。（2）德國(guó)ZEMAG蒸汽管式干燥輥壓成型工藝。德國(guó)澤瑪格（ZEMAG）公司開(kāi)發(fā)了采用蒸汽管式干燥機(jī)進(jìn)行干燥再輥壓成型工藝，用于低階煤的無(wú)黏結(jié)劑成型。其工藝是將褐煤在蒸汽管式干燥器中不完全干燥，然后將其輸入一個(gè)輥壓成型機(jī)壓制成型煤。（3）中國(guó)煤科總院MRF多段回轉(zhuǎn)低溫?zé)峤夤に?。多段回轉(zhuǎn)爐工藝是中國(guó)煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工分院開(kāi)發(fā)的低變質(zhì)煤熱解工藝。粒度為6 mm～30 mm的褐煤在回轉(zhuǎn)干燥器中進(jìn)行干燥后進(jìn)入外熱式回轉(zhuǎn)熱解爐中低溫?zé)峤?，所得半焦在冷卻回轉(zhuǎn)爐中用水冷卻熄焦后得到提質(zhì)半焦產(chǎn)品。（4）中國(guó)褐煤固體熱載體法干餾技術(shù)。大連理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的褐煤固體熱載體法干餾技術(shù)是將褐煤通過(guò)干燥提升管干燥后，與半焦加熱提升管加熱的熱半焦快速混合熱解而得到焦油、煤氣和半焦。此技術(shù)研究開(kāi)始于1981年，并于1992年在平莊建成了一套處理量150 t/d的褐煤固體熱載體干餾工業(yè)性試驗(yàn)裝。（5）中國(guó)HPU熱壓成型工藝。2006年，神華集團(tuán)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了熱壓成型HPU（hot press upgrading）工藝。將褐煤破碎至0～3mm，再經(jīng)過(guò)氣流提升干燥，在熱反應(yīng)器中經(jīng)輕度熱解后，再進(jìn)入成型機(jī)中輥壓成型。50萬(wàn)噸/年工業(yè)示范正在調(diào)試。

2.褐煤提質(zhì)工藝簡(jiǎn)介。國(guó)內(nèi)常用的褐煤生產(chǎn)工藝，包括褐煤改性、尾氣凈化、焦油深加工、焦?fàn)t尾氣處理四部分。（1）褐煤改性。①備煤工段。根據(jù)生產(chǎn)用煤情況，備煤部分采用機(jī)械化封閉運(yùn)煤、篩分、布料，以減少操作人員數(shù)量，改善操作條件。整個(gè)工段由卸煤倉(cāng)、電子秤給料機(jī)、膠帶輸送機(jī)、膠帶輸送機(jī)棧橋等組成，每套生產(chǎn)裝置線(xiàn)設(shè)置一套上煤系統(tǒng)、集中上煤。②干餾工段。塊煤經(jīng)皮帶機(jī)運(yùn)送至爐頂上部的煤倉(cāng)內(nèi)，再經(jīng)進(jìn)料口和輔助煤箱裝入爐內(nèi)。加入爐內(nèi)的塊煤向下移動(dòng)，與布?xì)饣▔λ腿霠t內(nèi)的加熱氣體逆向接觸，并逐漸加熱升溫，煤氣經(jīng)上升管從爐頂導(dǎo)出，爐頂溫度應(yīng)控制在80 ℃～100 ℃。爐子上部為干燥段，塊煤逐步向下移動(dòng)進(jìn)入下部的干餾段，此段被加熱到530℃～580℃，完成低溫干餾。

（2）尾氣凈化。爐內(nèi)出來(lái)的荒煤氣，由上升管進(jìn)入冷凝回收系統(tǒng)，噴灑熱循環(huán)水初步冷卻，然后煤氣與冷循環(huán)水逆向運(yùn)行完成最終冷卻。冷卻后氣液分離，冷卻下來(lái)的液體經(jīng)管道流入循環(huán)水池，通過(guò)靜置沉淀油水分離，焦油泵打到焦油貯槽，循環(huán)水經(jīng)管殼式換熱器冷卻后循環(huán)使用，循環(huán)水池封閉運(yùn)行。煤氣經(jīng)管道進(jìn)入電捕焦油器，把煤氣攜帶的焦油、粉塵吸附回收，回收率達(dá)98%。通過(guò)電捕處理后的煤氣純凈度很高，熱值1600 kcal/Nm3～1700 kcal/Nm3。煤氣通過(guò)羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓后，一部分返回爐內(nèi)加熱燃燒，多余煤氣輸出。

（3）焦油深加工。焦油在焦油貯槽中靜置脫水后，經(jīng)預(yù)熱器加熱后，進(jìn)入一段蒸發(fā)器進(jìn)行脫水。頂部溢出輕油和水的混合蒸汽冷卻后，油水分離，輕油進(jìn)入焦油貯槽準(zhǔn)備重蒸。脫水后的焦油經(jīng)焦油加熱爐加熱，送往二段蒸發(fā)器，煤瀝青自二段蒸發(fā)器底部排出，作為瀝青成型的原料。二段蒸發(fā)器頂部溢出的餾分蒸汽進(jìn)入混合油餾分塔，在塔內(nèi)進(jìn)行分餾，塔頂溢出的輕油蒸汽，冷卻后，油水分離，部分輕油返回塔頂打回流，其余輕油送往輕油槽。

焦油蒸餾工段來(lái)的未洗混合餾分，在餾分連洗泵前用稀堿液（13%NaOH）進(jìn)行酸堿洗滌，自分離器底部分溢出的中性酚鈉由泵送入酚鈉蒸吹塔脫油、脫水，得到的凈酚鈉冷卻后作為酚鈉分解的原料。蒸吹塔底用間接蒸汽加熱并輔以直接蒸汽蒸吹。在分解器內(nèi)，緩慢加入硫酸，用加酸速度來(lái)控制器內(nèi)反應(yīng)溫度。靜置分離后，硫酸鈉廢水送生化處理，粗酚送油庫(kù)。已洗混合餾分經(jīng)預(yù)熱送入初餾塔，塔頂酚油蒸汽經(jīng)冷凝冷卻、油水分離后，酚油流入貯槽，一部分送往初餾塔作回流，剩余部分入貯槽。塔底中性油送往精餾塔，最后餾出產(chǎn)品燃料油。來(lái)自焦油蒸餾的瀝青，進(jìn)入瀝青高置槽，在高置槽中自然冷卻后送至油品配制裝置配置油品，或經(jīng)瀝青冷卻運(yùn)輸機(jī)冷卻成型。

（4）尾氣利用。荒煤氣經(jīng)凈化后，產(chǎn)生焦?fàn)t尾氣，其中30%的煤氣通過(guò)羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓后，回爐加熱燃燒；7%的煤氣進(jìn)行物料干燥，剩下63%的煤氣（熱值約為1600 kcal/Nm3～1700 kcal/Nm3）輸出，供其他裝置用氣或者用來(lái)發(fā)電，有很高的利用價(jià)值。

三、褐煤提質(zhì)技術(shù)的主要難點(diǎn)

從技術(shù)原理來(lái)看，現(xiàn)有各種褐煤提質(zhì)技術(shù)，應(yīng)該說(shuō)都不是很復(fù)雜。但是，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，問(wèn)題很多，國(guó)外雖然已經(jīng)研究多年，仍然沒(méi)有一個(gè)理想的技術(shù)解決這些問(wèn)題。其中重要的原因有以下方面：

1.褐煤提質(zhì)技術(shù)進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用，需要處理的褐煤量大，相應(yīng)的產(chǎn)品產(chǎn)量、衍生物的產(chǎn)量很大。但由此需要配套的設(shè)備尺寸龐大、數(shù)量眾多，使許多在實(shí)驗(yàn)室甚至中試階段認(rèn)為可行的技術(shù)方案，在實(shí)際工程中則遇到難以逾越的技術(shù)障礙。

2.褐煤極其產(chǎn)品與衍生物的特性復(fù)雜多變。褐煤極易著火，因此各種工藝過(guò)程均須嚴(yán)格控制著火發(fā)生條件，對(duì)裝置的防火措施也要做到位。其副產(chǎn)物荒煤氣由于量很大，需要配套更多的裝置，甚至是電網(wǎng)的配合，這對(duì)資金不是很雄厚的業(yè)主來(lái)說(shuō)，有一定的挑戰(zhàn)性。

四、結(jié)束語(yǔ)

總之，目前國(guó)內(nèi)外褐煤提質(zhì)技術(shù)大多數(shù)處于試驗(yàn)研究和工程化初始應(yīng)用階段，各種不同的褐煤提質(zhì)技術(shù)在具有自身優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也存在明顯的缺陷。大部分技術(shù)工業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性低，對(duì)環(huán)境有著比較大的污染。因此，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠、高效低污染、成本低廉的褐煤提質(zhì)技術(shù)的產(chǎn)生并盡快工業(yè)化，是褐煤提質(zhì)技術(shù)的整體發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]周穎，郭樹(shù)才，羅長(zhǎng)齊.褐煤固體熱載體干餾技術(shù).大連理工大學(xué)煤化工研究所.

[2]肖平，李強(qiáng)，呂海生.西安熱工研究院有限公司.陜西西安.

[3]陳啟文等.煤化工工藝[M].北京：化工工業(yè)出版社，2008.