褐煤提质技术及综合利用研究

摘 要 褐煤脱水提质可有效提高褐煤煤质，扩大褐煤用途，便于长距离运输。本文对褐煤提质技术及存在问题进行研究，并介绍了褐煤提质产物的综合利用。

关键词 褐煤 提质 综合利用

一、概述

褐煤提质是指褐煤在一定温度下经脱水和热分解作用后转化成具有无烟煤性质的提质煤。褐煤脱水过程除脱去部分水分外，也伴随着一些煤的组成和结构的变化，它主要是由脱水作用和过程引起的。所以，褐煤的提质过程主要是褐煤的脱水和分解过程。经过脱水的褐煤，水分及氧化速度降低，发热量提高，燃烧后温室气体的排放减小。提质后的褐煤将更有利于利用、运输和贮存。若是将褐煤中的50%的水分除去，则褐煤燃烧后产生的温室气体的排放量降低15%。实际测试得知，一种水分42.52%、发热量11.93 MJ /kg的褐煤，经提质干燥后，水分降14.43%。发热量增至18.08 MJ/kg，相当于提高了热值51.6%。这对于褐煤电厂的影响无疑是十分巨大的。

二、褐煤提质的主要工艺

1.国内外褐煤提质技术。（1）美国K-Fuel高压釜蒸汽干燥工艺。美国KFx公司在上世纪80年代中期开发了K燃料工艺（K-Fuel Process）技术，经过20年的完善已进入工业应用阶段。其工艺是煤经过粉碎之后，通过传送装置送入高压釜。高压釜内压力和温度分别维持在3.7 MPa和238℃。在高压釜中，煤块发生破裂，将硫化物从煤中分离出来，煤中的水分也随之蒸发掉。经过高温高压处理的煤粉和蒸发出来的水蒸气可以直接送入锅炉进行发电或供热。（2）德国ZEMAG蒸汽管式干燥辊压成型工艺。德国泽玛格（ZEMAG）公司开发了采用蒸汽管式干燥机进行干燥再辊压成型工艺，用于低阶煤的无黏结剂成型。其工艺是将褐煤在蒸汽管式干燥器中不完全干燥，然后将其输入一个辊压成型机压制成型煤。（3）中国煤科总院MRF多段回转低温热解工艺。多段回转炉工艺是中国煤炭科学研究总院北京煤化工分院开发的低变质煤热解工艺。粒度为6 mm～30 mm的褐煤在回转干燥器中进行干燥后进入外热式回转热解炉中低温热解，所得半焦在冷却回转炉中用水冷却熄焦后得到提质半焦产品。（4）中国褐煤固体热载体法干馏技术。大连理工大学开发的褐煤固体热载体法干馏技术是将褐煤通过干燥提升管干燥后，与半焦加热提升管加热的热半焦快速混合热解而得到焦油、煤气和半焦。此技术研究开始于1981年，并于1992年在平庄建成了一套处理量150 t/d的褐煤固体热载体干馏工业性试验装。（5）中国HPU热压成型工艺。2006年，神华集团与中国矿业大学联合开发了热压成型HPU（hot press upgrading）工艺。将褐煤破碎至0～3mm，再经过气流提升干燥，在热反应器中经轻度热解后，再进入成型机中辊压成型。50万吨/年工业示范正在调试。

2.褐煤提质工艺简介。国内常用的褐煤生产工艺，包括褐煤改性、尾气净化、焦油深加工、焦炉尾气处理四部分。（1）褐煤改性。①备煤工段。根据生产用煤情况，备煤部分采用机械化封闭运煤、筛分、布料，以减少操作人员数量，改善操作条件。整个工段由卸煤仓、电子秤给料机、胶带输送机、胶带输送机栈桥等组成，每套生产装置线设置一套上煤系统、集中上煤。②干馏工段。块煤经皮带机运送至炉顶上部的煤仓内，再经进料口和辅助煤箱装入炉内。加入炉内的块煤向下移动，与布气花墙送入炉内的加热气体逆向接触，并逐渐加热升温，煤气经上升管从炉顶导出，炉顶温度应控制在80 ℃～100 ℃。炉子上部为干燥段，块煤逐步向下移动进入下部的干馏段，此段被加热到530℃～580℃，完成低温干馏。

（2）尾气净化。炉内出来的荒煤气，由上升管进入冷凝回收系统，喷洒热循环水初步冷却，然后煤气与冷循环水逆向运行完成最终冷却。冷却后气液分离，冷却下来的液体经管道流入循环水池，通过静置沉淀油水分离，焦油泵打到焦油贮槽，循环水经管壳式换热器冷却后循环使用，循环水池封闭运行。煤气经管道进入电捕焦油器，把煤气携带的焦油、粉尘吸附回收，回收率达98%。通过电捕处理后的煤气纯净度很高，热值1600 kcal/Nm3～1700 kcal/Nm3。煤气通过罗茨鼓风机加压后，一部分返回炉内加热燃烧，多余煤气输出。

（3）焦油深加工。焦油在焦油贮槽中静置脱水后，经预热器加热后，进入一段蒸发器进行脱水。顶部溢出轻油和水的混合蒸汽冷却后，油水分离，轻油进入焦油贮槽准备重蒸。脱水后的焦油经焦油加热炉加热，送往二段蒸发器，煤沥青自二段蒸发器底部排出，作为沥青成型的原料。二段蒸发器顶部溢出的馏分蒸汽进入混合油馏分塔，在塔内进行分馏，塔顶溢出的轻油蒸汽，冷却后，油水分离，部分轻油返回塔顶打回流，其余轻油送往轻油槽。

焦油蒸馏工段来的未洗混合馏分，在馏分连洗泵前用稀碱液（13%NaOH）进行酸碱洗涤，自分离器底部分溢出的中性酚钠由泵送入酚钠蒸吹塔脱油、脱水，得到的净酚钠冷却后作为酚钠分解的原料。蒸吹塔底用间接蒸汽加热并辅以直接蒸汽蒸吹。在分解器内，缓慢加入硫酸，用加酸速度来控制器内反应温度。静置分离后，硫酸钠废水送生化处理，粗酚送油库。已洗混合馏分经预热送入初馏塔，塔顶酚油蒸汽经冷凝冷却、油水分离后，酚油流入贮槽，一部分送往初馏塔作回流，剩余部分入贮槽。塔底中性油送往精馏塔，最后馏出产品燃料油。来自焦油蒸馏的沥青，进入沥青高置槽，在高置槽中自然冷却后送至油品配制装置配置油品，或经沥青冷却运输机冷却成型。

（4）尾气利用。荒煤气经净化后，产生焦炉尾气，其中30%的煤气通过罗茨鼓风机加压后，回炉加热燃烧；7%的煤气进行物料干燥，剩下63%的煤气（热值约为1600 kcal/Nm3～1700 kcal/Nm3）输出，供其他装置用气或者用来发电，有很高的利用价值。

三、褐煤提质技术的主要难点

从技术原理来看，现有各种褐煤提质技术，应该说都不是很复杂。但是，应用于工业生产，问题很多，国外虽然已经研究多年，仍然没有一个理想的技术解决这些问题。其中重要的原因有以下方面：

1.褐煤提质技术进行工业应用，需要处理的褐煤量大，相应的产品产量、衍生物的产量很大。但由此需要配套的设备尺寸庞大、数量众多，使许多在实验室甚至中试阶段认为可行的技术方案，在实际工程中则遇到难以逾越的技术障碍。

2.褐煤极其产品与衍生物的特性复杂多变。褐煤极易着火，因此各种工艺过程均须严格控制着火发生条件，对装置的防火措施也要做到位。其副产物荒煤气由于量很大，需要配套更多的装置，甚至是电网的配合，这对资金不是很雄厚的业主来说，有一定的挑战性。

四、结束语

总之，目前国内外褐煤提质技术大多数处于试验研究和工程化初始应用阶段，各种不同的褐煤提质技术在具有自身优势的同时，也存在明显的缺陷。大部分技术工业系统复杂，系统运行可靠性低，对环境有着比较大的污染。因此，开发系统简单可靠、高效低污染、成本低廉的褐煤提质技术的产生并尽快工业化，是褐煤提质技术的整体发展趋势。

参考文献

[1]周颖，郭树才，罗长齐.褐煤固体热载体干馏技术.大连理工大学煤化工研究所.

[2]肖平，李强，吕海生.西安热工研究院有限公司.陕西西安.

[3]陈启文等.煤化工工艺[M].北京：化工工业出版社，2008.