当前褐煤的提质工艺及发展方向

【前言】当前褐煤的提质工艺及发展方向由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。表1中国各大区褐煤储量分布(%) 中国褐煤资源以年老褐煤为主,其总体煤质特征为:高水分含量,绝大多数年老褐煤的全水分在30%左右;高灰分含量,中国大多数褐煤的灰分Ad为15%～30%;较低发热量,年老褐煤发热量Qnet,ar一般在15.05MJ/kg左右;较低的煤灰熔融性温度,大多为较低软...

【摘要】褐煤热稳定性差、粉尘率高、重焦油黏度大,挥发物热态气固分离难度大,是工业放大的关键问题,也是国内外许多工艺开发的重要遗留难题。近年来许多单位开始关注褐煤脱水提质、改善工艺性能的技术开发,而褐煤提质加工是褐煤高效开发利用的关键。褐煤经脱水提质加工后,水分显著降低,发热量大幅度提高,既可防止煤炭自燃、便于运输和贮存,又有利于发电、造气、化工等使用。

【关键词】褐煤；热解；工艺；发展

1.我国褐煤资源

在我国,褐煤是指干燥无灰基挥发分(Vdaf大于37.0%以上,透光率(PM)小于50%的煤。其中,透光率(PM)在30%以下的称为年轻褐煤,其全水分(Mt)往往在50%以上,主要分布于我省等地。PM为30%～50%、Qgr,maf不大于24MJ/kg的煤炭被称为年老褐煤,该褐煤是目前利用最广泛的褐煤。

我国的褐煤资源主要分布在华北地区,大多为侏罗纪的年老褐煤,大约占全国褐煤地质储量的75%以上,以内蒙古东部地区赋存最多,其次是西南地区第三纪年轻褐煤,约占全国褐煤储量的1/8,其中大部分分布在我省境内。东北、中南、西北和华东四大区褐煤资源的数量均较少。中国各大区褐煤储量分布见表1。

表1中国各大区褐煤储量分布(%)

中国褐煤资源以年老褐煤为主,其总体煤质特征为:高水分含量,绝大多数年老褐煤的全水分在30%左右;高灰分含量,中国大多数褐煤的灰分Ad为15%～30%;较低发热量,年老褐煤发热量Qnet,ar一般在15.05MJ/kg左右;较低的煤灰熔融性温度,大多为较低软化温度煤灰(ST在1250℃左右)。

2.褐煤提质的必要性

褐煤水分高、热值低、易风化和自燃,无论是作为锅炉燃料,还是气化原料,褐煤的适应性都较差。若能采用深度干燥提质技术,脱除部分内在水分,使褐煤的水分降低至10%以下,其发热量(Qnet,ar)可相应升高至18.82MJ/kg以上,完全可用于烟煤锅炉燃料及气化炉原料。同时由于水分减少,褐煤燃烧时热效率提高,减少了CO2的排放,有利于环境保护,社会效益亦十分显著。另外褐煤的高水分含量使其单位能量的长途运输相对成本高,一般只能就近利用。

我国主要褐煤产区的开采条件相对较好,产能也较高,若不采取适宜的加工手段,未来几年将会出现褐煤产量高而利用能力不足的矛盾。

3.工艺概况

3.1提质工艺的发展

褐煤提质工艺在20世纪70年代就已出现,在80年代工艺发展进入高峰时期, 90年代后该工艺的研发趋势开始下降,但2004年后褐煤提质工艺开始复苏,在近几年中工艺一直保持快速增长。

3.2当前提质工艺

目前通常所说的褐煤提质,主要是指通过物理脱水或轻度热解过程实现的对褐煤的初级加工过程后,褐煤的组成和结构发生变化,转化成具有近似烟煤性质的提质煤。国内外褐煤提质加工技术大体可分为机械脱水、蒸发脱水和非蒸发脱水3大类。

3.2.1机械脱水工艺

机械脱水指筛分脱水、离心脱水、过滤(压滤脱水等,借鉴了洗煤厂中精煤的脱水工艺和设备如浓缩机、振动网筛、圆盘过滤机等。由于褐煤内在水分高,其处理能力和脱水效率尚难适应褐煤脱水的要求,只能脱除外表水及很少的毛细水,机械脱水的效果较差,难以适应褐煤脱水的要求。

3.2.2蒸发脱水工艺

(1)间接脱水法。该脱水法以蒸汽筒式干燥技术为代表,其方法基本原理为热法干燥,其干燥介质为饱和蒸汽(压力为0.15MPa～0.55MPa),采用间接加热。常压下用低压蒸汽通过管式干燥器将煤加热到大约100℃,使水分蒸发,并利用和煤一起进入干燥器的空气作为脱水介质,通过除尘器将煤粉分离,部分空气经压缩进入干燥器循环,部分排入大气。管式干燥机以一定角度倾斜搁置,蒸汽和煤分别从干燥机上端管内、外引入。

(2)直接加热法。该加热法以蒸汽流化床干燥技术为代表(SFDB)。近年来,中国、美国、澳大利亚、日本等国先后开发了直接加热干燥技术,以热烟气为干燥热源,通过直接对褐煤加热使其中水分蒸发,但各种技术所采用的热烟气温度、来源和流量不同,反应器形式也有差异,以流化床反应器为主。

在流化床干燥器内,过热蒸汽将高水分褐煤流从干燥机的底部吹向流化床上部产生流化状态,从而对褐煤进行干燥。流化床中的蒸汽吸收褐煤中蒸发出的水分,原煤从干燥机的上部输入,经过旋风分离器,蒸汽再被部分导回干燥机。干燥机所需能量是由从汽轮机出来的蒸汽提供。该工艺过程的特点是蒸汽既是干燥介质也是流化介质,干燥蒸发的蒸汽是不含空气和其他杂物的,可以进一步利用。国外的一些科学家在此基础上发展出了带内部热循环的流化床蒸汽干燥工艺技术(WTA)。如图1所示。

图1带内部热循环的流化床蒸汽干燥工艺

在此工艺中,过热蒸汽经过流化床后,经过疏水阀,冷凝的水可用于湿煤预热,蒸汽部分则通过蒸汽压缩机,消耗部分电能后转化为过热蒸汽从而重新循环使用。由此蒸汽潜热完全在工艺过程中实现循环使用,热能利用率得到明显提高。

3.2.3非蒸发脱水工艺

非蒸发脱水法是以高温高压、蒸汽干燥技术为代表。该种新型褐煤脱水技术是将褐煤与高温高压蒸汽直接接触,通过高温高压等条件来改变褐煤的物理和化学结构,使褐煤水分呈液态脱出,褐煤收缩变得更加致密,疏水性增强,从而变成洁净、高效的固体燃料。此法勿需蒸发潜热,热效率高,在脱水过程中褐煤不会自燃,安全性高。

4.热解工艺

4.1国外热解工艺

褐煤热解的目的是制取石蜡油和固体无烟燃料。国外有代表性的工艺包括美国的Toscoal低温快速热解工艺、德国Lurgi-Ruhrgar低温热解工艺、澳大利亚CSIRO流化床快速热解工艺以及美国LFC褐煤提质技术。其工艺开发的共同点可以归纳为: （下转第257页）

（上接第338页）(1)以获得可以生产液体燃料的煤焦油为主要目标产品,多采用快速加热的低温热解工艺。

(2)对各种工艺的煤热解特性和产品产率、性状进行了大量实验基础研究。

(3)开发的重点是可实现工业化生产的工艺路线和关键装备。

近年来随着全球工业技术水平的提高和大规模现代煤化工的发展,加氢液化和间接液化技术成为煤制油的主导发展路线,而煤热解焦油产率较低,所以国外一般不再将其作为大规模工业化获得液体燃料的技术途径。

4.2国内热解工艺

目前,我国褐煤热解工艺研究总体处于研发应用阶段,各种有代表性的工艺在西部地区建立试验工程,如北京煤化工研究分院开发的MRF热解工艺、中国神华模块化固体热载体热解工艺以及北京煤化工研究分院的低阶煤内热式滚动床清洁热解提油工艺。

4.2.1多段回转炉工艺

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。其流程是将粒度为6mm～30mm的褐煤在回转干燥器中干燥后进入外热式回转热解炉中进行低温热解,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。由热解炉排出的热解气体进一步处理再利用。

4.2.2低阶煤热解工艺

神华煤制油化工研究院正在开发的低阶煤热解工艺。将褐煤破碎至30mm以下,经过双套筒回转干燥器干燥后,与来自半焦加热窑的半焦混合,在移动床热解器内热解。该工艺为固体热载体加热方式,宽粒度入料,热态除尘。

4.2.3低阶煤内热式滚动床清洁热解提油工艺

北京煤化工研究分院在考察并初步掌握法国马里诺内热式热解技术的基础上,开发了该内热式热解工艺。此工艺不回收焦油,产生的煤气等可燃物质全部燃烧,用于发电。与目前广泛使用的直立炉相比具有效率高、无污染、能量充分利用的特点。

煤样由给料系统加入热解炉内,通过内部的导向螺旋槽向前移动。燃烧炉的气体从热解炉外壁逆向煤料流给入。红热的半焦由密闭式旋转熄焦器最终冷却至100℃左右。熄焦炉内熄焦蒸汽全部进入焚烧炉焚烧,产生的水蒸气和热废气全部回用。在热解炉尾部,热解产生的荒煤气与热废气混合后进入上升管除尘器,除尘后经过初冷和二次冷却,冷凝液进行焦油和水的分离,脱除煤焦油后的焦炉煤气通过风机一部分进入燃烧炉,燃烧后产生的热废气进入热解炉提供热量。

5.结语

近年来国内褐煤提质工艺已引起有关企业和地方的关注,褐煤提质已有较充分的技术基础支持,新工艺开发的重点应该是设计基础工艺路线,对关键装备实施重点研究和工业技术开发。

【参考文献】

［１］戴和武,谢可玉.褐煤利用技术[M].北京:煤炭工业出版社,1999.

［２］董冰,刘涛.基于褐煤提质的技术分析与产能实现[J].河南科学,2010,28(10).