褐煤加工利用及低溫?zé)峤馓豳|(zhì)現(xiàn)狀

魏江紅

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

能源是推動(dòng)國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略物質(zhì)資源，具有重要的戰(zhàn)略地位。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(guó)已探明煤炭?jī)?chǔ)量的13%左右，開(kāi)發(fā)利用空間廣闊。由于褐煤含水高、易自燃、長(zhǎng)距離運(yùn)輸不經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，褐煤利用受到了制約。世界上主要褐煤生產(chǎn)國(guó)，主要通過(guò)建立坑口電站消耗褐煤。因此，對(duì)褐煤進(jìn)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?zé)峤庾鳛闈崈裘杭夹g(shù)的一種，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、投資少等優(yōu)勢(shì)，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(shí)環(huán)境污染嚴(yán)重、熱利用率低的問(wèn)題，同時(shí)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(guó)，主要是在煤礦附近建立坑口電站，直接運(yùn)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(shì)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(shí)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(lèi)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(lèi)是多環(huán)芳的來(lái)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(duì)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(xué)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(shí)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(wú)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(jiǎn)化生產(chǎn)工藝和設(shè)備，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)開(kāi)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(shí)，由于氧含量高，需要消耗較多H2，如何降低液化時(shí)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(yáng)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(zhǎng)。另外，在各種鉆探活動(dòng)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(duì)褐煤利用研究的深入，學(xué)者在吸附材料、炭質(zhì)還原材料和高爐噴吹等方面進(jìn)行了相應(yīng)研究。通過(guò)褐煤處理含酚廢水的試驗(yàn)研究，人們發(fā)現(xiàn)，稀酸處理后的褐煤有更強(qiáng)的吸附能力，對(duì)汞的吸附率高達(dá)99.0%，同時(shí)褐煤仍可作燃料使用。有學(xué)者對(duì)高爐噴吹煙煤摻燒褐煤的可行性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)添加一定比例的褐煤不僅可以滿(mǎn)足噴吹煙煤的指標(biāo)要求，還可降低噴吹煙煤成本。對(duì)于灰分硫分適中、可磨性及成漿性能好的褐煤，通過(guò)改性提質(zhì)可生產(chǎn)高濃度水煤漿。

2 褐煤低溫?zé)峤庋芯窟M(jìn)展

2.1 國(guó)外褐煤熱解技術(shù)

國(guó)外褐煤提質(zhì)利用技術(shù)主要有：德國(guó)的Lurgi Ruhrgas（L-R）熱解技術(shù)和Lurgi-Spuelgas（L-S）低溫?zé)峤夤に?，流化床快速熱解工藝以及美?guó)開(kāi)發(fā)的Toscoal煤低溫?zé)峤饧夹g(shù)等。

2.1.1 L-R低溫?zé)峤夤に?/h4>

L-R低溫?zé)峤鉃榈湫偷膬?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(guó)建成處理煤量為260 t/d的低溫?zé)峤夤S，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)7 d，后續(xù)的開(kāi)發(fā)工作因油價(jià)下跌而被迫中止。工藝流程為：干燥后的原料煤通過(guò)與循環(huán)的半焦進(jìn)行換熱，熱解產(chǎn)生的干餾氣再對(duì)原料煤進(jìn)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(jìn)入煤焦油中，給焦油的凈化、分餾等加工工藝帶來(lái)不便。此外，L-R工藝也可將砂子作為熱載體對(duì)重油進(jìn)行熱解，中國(guó)、日本、德國(guó)等地因此建起砂子爐。

2.1.2 L-S溫?zé)峤夤に?/h4>

L-S低溫?zé)峤夤に?，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(jìn)行熱交換。當(dāng)進(jìn)料水分為15%左右時(shí)，在干燥段可將水分控制在10%以?xún)?nèi)，逆流而上的熱煙氣被降溫至80～100℃。在熱解段，通過(guò)不含氧的燃燒氣（600～700℃）對(duì)褐煤進(jìn)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(jìn)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?zé)峤夤に?/h4>

基于油頁(yè)巖熱解技術(shù)，美國(guó)油頁(yè)巖公司和Rocky Flats研究中心共同開(kāi)發(fā)了Toscoal煤低溫?zé)峤夤に嚰夹g(shù)，在1970-1976年，先后對(duì)次煙煤、粘結(jié)性煙煤進(jìn)行了相關(guān)中試試驗(yàn)。工藝流程為：首先用瓷球加熱器的熱煙道氣對(duì)原料煤進(jìn)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(jìn)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(jì)70年代，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)了流化床快速熱解工藝技術(shù)，并對(duì)煙煤、褐煤等煤種進(jìn)行熱解試驗(yàn)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(guò)反應(yīng)器底部布風(fēng)板進(jìn)入床層，加熱煙氣主要為電加熱器預(yù)熱的氮?dú)夂鸵夯蜌夂涂諝馊紵纬傻臒煔?；通過(guò)氮?dú)鈱⒚悍蹏娙敕磻?yīng)器，在反應(yīng)器中煤粉快速熱解，熱解半焦和熱解氣通過(guò)旋風(fēng)分離器分離，對(duì)熱解氣進(jìn)行冷卻及初步除雜后，通過(guò)電捕焦油器分離并收集焦油。

2.2 國(guó)內(nèi)褐煤熱解提質(zhì)加工技術(shù)

國(guó)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(xué)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(guó)五環(huán)工程有限公司在美國(guó)LFC的基礎(chǔ)上開(kāi)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(guó)煤科院北京煤化工分院開(kāi)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(duì)破碎后的原料煤進(jìn)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(duì)熱解半焦進(jìn)行冷卻得到提質(zhì)產(chǎn)品，干餾氣經(jīng)過(guò)除塵除雜后進(jìn)行利用。

2.2.2 固體熱載體干餾工藝

褐煤固體熱載體低溫?zé)峤饧夹g(shù)由大連理工大學(xué)開(kāi)發(fā)，褐煤與熱載體（熱半焦）均勻混合并進(jìn)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(wàn)t/a褐煤干餾試驗(yàn)，并進(jìn)行了相應(yīng)的工藝過(guò)程優(yōu)化工作。目前，年處理85萬(wàn)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(diǎn)。

2.2.3 中國(guó)的LCC技術(shù)

LCC低階煤轉(zhuǎn)化提質(zhì)技術(shù)是在美國(guó)LFC技術(shù)的基礎(chǔ)上，由大唐華銀電力公司與中國(guó)五環(huán)工程有限公司聯(lián)合開(kāi)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(duì)破碎篩分后的褐煤進(jìn)行干燥；干燥后的固體被送入熱解爐進(jìn)行熱解反應(yīng)，在激冷盤(pán)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(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)褐煤低溫?zé)峤?，?guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)或正在開(kāi)發(fā)的低溫干餾技術(shù)種類(lèi)頗多，裝置效能、產(chǎn)品性能以及技術(shù)指標(biāo)各不相同，不可能有某一種技術(shù)能適應(yīng)所有煤種，滿(mǎn)足各項(xiàng)指標(biāo)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(xué)，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.