國內(nèi)低階煤最新熱解提質(zhì)梯級利用技術(shù)發(fā)展概述

呂慶鑾+滿杰+王麗+尹慧君

摘 要：簡述了近年幾種最新低階煤提質(zhì)梯級利用技術(shù)，并總結(jié)了各自的技術(shù)特點，同時提出開展和建設(shè)低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化項目建議。

關(guān)鍵詞：低階煤；熱解提質(zhì)；梯級利用；概述

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.064

1 低階煤提質(zhì)利用背景

低階煤的煤化程度較低，包括長焰煤、不黏煤、弱黏煤、褐煤等煤種，其資源儲量豐富，占我國已探明煤炭儲量的50%以上，主要特征為揮發(fā)分高、含水量高、發(fā)熱量低、易燃易碎、不適宜長距離運輸，褐煤在這方面尤其突出，應(yīng)用受到很大限制。國家“十三五”規(guī)劃綱要中，將“煤炭清潔高效利用”列為九項重大工程之一，特別是將“低階煤中低溫?zé)峤夥仲|(zhì)轉(zhuǎn)化”列為國家“十三五”時期“能源發(fā)展重大工程”和“能源關(guān)鍵技術(shù)裝備”。低階煤分質(zhì)梯級利用思路就是通過一個相對簡單的中低溫加熱，常壓生產(chǎn)，實現(xiàn)煤炭的分質(zhì)，得到氣（煤氣）、液（焦油）、固（半焦）三相物質(zhì)，這是目前能耗、物耗最低的煤炭轉(zhuǎn)化方式。

目前，我國已開發(fā)了很多熱解工藝，如煤炭科學(xué)研究總院的多段回轉(zhuǎn)爐（MRF）熱解技術(shù)[1]，大連理工大學(xué)研究開發(fā)的DG工藝[2]，浙江大學(xué)的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)[3]，中國科學(xué)院過程工程研究所“煤拔頭”工藝[4]，大唐華銀電力股份有限公司低階煤低溫?zé)峤飧馁|(zhì)利用技術(shù)（LCC）[5]等。筆者現(xiàn)將近年來新開發(fā)研制的幾種低溫?zé)峤饧夹g(shù)作一簡要概括并總結(jié)其技術(shù)特點，為盡早實現(xiàn)低階煤綜合利用的工業(yè)化，促進能源結(jié)構(gòu)合理調(diào)整和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級轉(zhuǎn)型，產(chǎn)生積極的促進作用。

2 近年低階煤主要熱解提質(zhì)技術(shù)概況

2.1 低階煤旋轉(zhuǎn)床低溫干餾制油、制氣分質(zhì)利用技術(shù)

該技術(shù)由河南龍成集團有限公司開發(fā)，解決了梯級供熱智能控溫、高溫旋轉(zhuǎn)動態(tài)密封兩大煤干餾技術(shù)難題，并在世界范圍內(nèi)率先實現(xiàn)了規(guī)?；?、工業(yè)化穩(wěn)定運行，為低階煤分質(zhì)梯級利用開辟出一條新路子。

2011年10月，30萬噸/年裝置正式運營；2014年3月，1000萬噸/年試生產(chǎn)，其單套裝置處理能力達100噸/小時，潔凈煤、煤焦油、煤氣產(chǎn)率分別為71.53%、11.05%、9.87%。能源轉(zhuǎn)換效率達90.7%，技術(shù)原料適應(yīng)性很強（褐煤、長焰煤，碎煤、粉煤）；污水零排放，脫硫率達98%以上；可脫除原煤中20%的水，使?jié)崈裘簾嶂堤岣?%-10%；制油成本1724元每噸，制氣成本1.57元每立方米，經(jīng)濟效益明顯。

2.2 氣化-低階煤熱解一體化技術(shù)（CGPS）

該技術(shù)由陜煤化集團開發(fā)并建成處理煤量為1萬噸/年工業(yè)化試驗裝置。該技術(shù)的工藝特點主要有：利用熱解半焦為氣化原料，熱解煤氣作為熱載體為熱解爐提供熱量，在熱量上實現(xiàn)自平衡；產(chǎn)生的熱解氣主要成分為CO、CH4和H2，含有少量的N2，熱值高、品質(zhì)較好；焦油產(chǎn)率高，且焦油中高附加值輕質(zhì)組分多，油品品質(zhì)高，同時熱解煤氣合成氣成分高，可直接提取LNG和H2；熱解焦油輕質(zhì)組分含量高，可最大限度的獲得石腦油和汽油柴油等；單位產(chǎn)品CO2排放量明顯降低，基本實現(xiàn)污水零排放，節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢明顯；實現(xiàn)了能量、物料、產(chǎn)品、工藝和裝置的多重耦合。該技術(shù)推進了低階煤定向熱解制高品質(zhì)焦油與煤氣技術(shù)研發(fā)進程，居世界一流水平。

2.3 內(nèi)構(gòu)件移動床熱解技術(shù)

該技術(shù)由中科院過程工程研究所開發(fā)，西南化工研究設(shè)計院完成40萬噸/年示范項目工程設(shè)計。該技術(shù)的核心在于使用內(nèi)構(gòu)件移動床反應(yīng)器，通過傳熱強化板、熱解產(chǎn)物通道等內(nèi)構(gòu)件調(diào)控傳熱、傳質(zhì)，優(yōu)化傳遞與熱解反應(yīng)間的匹配關(guān)系，實現(xiàn)重質(zhì)組分在反應(yīng)器內(nèi)的選擇性吸附截留，再分解重質(zhì)組分，增加輕質(zhì)組分，并通過反應(yīng)器內(nèi)部的顆粒床層的過濾減少熱解產(chǎn)物的粉塵夾帶。同時，通過短途徑快速導(dǎo)出熱解產(chǎn)物，避免熱解產(chǎn)物在高溫區(qū)的過度二次反應(yīng)而降低焦油產(chǎn)率。

以氣體熱載體工藝開展1000噸級中試，在加熱溫度達到1200℃時，油收率可能達到理論收率的85%以上，所收集的油輕質(zhì)組分含量高達70%以上，塵含量僅0.2%。我國目前每年生產(chǎn)消耗褐煤、次煙煤達到20億噸，若將本項目示范的熱解技術(shù)應(yīng)用這些低階煤，產(chǎn)生熱解油的潛力可達到1.5億噸/年，剩余熱值4500 kcal/Nm3以上的熱解氣超過2000億Nm3，大幅帶動煤低溫?zé)峤庵朴蜌猱a(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.4 中-低溫分段熱解提烴技術(shù)

該技術(shù)由山西暢翔科技有限公司研發(fā)。外熱式中低溫分段熱解裝置設(shè)計采用型塊物料下行速度<0.5mm/s的相對靜態(tài)加熱，避免了焦油受粉塵污染；設(shè)易控梯級溫度加熱區(qū)使餾出物分多段導(dǎo)出，有效克制二次裂解，大幅度降低焦油重質(zhì)化。

以2000萬噸/年長焰煤為例，每噸干長焰煤直接轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)品產(chǎn)率為潔凈炭600～650kg，輕質(zhì)焦油90～110kg，重質(zhì)焦油10～20kg，輕烴油～25kg，富烴煤氣200～250m3。能耗大大降低，比常規(guī)干熄焦降低電耗80%以上，降低熱耗16%以上，余熱回收綜合利用；連續(xù)冷態(tài)密封加煤和排料，杜絕煙塵污染；烴二次熱解率控制在20%以下，有效控制輕質(zhì)焦油的重質(zhì)化。若以每年10億噸低階煤先提取油氣資源再發(fā)電，可提取油1億噸左右（相當(dāng)于原油1.5億噸），提取烷烴氣產(chǎn)品1000多億m3，其余利用余熱生產(chǎn)的合成氣合成甲烷接近甚至超過提取烷烴氣的量。

3 結(jié)論

低階煤經(jīng)過提質(zhì)后，可作為優(yōu)質(zhì)水煤漿原料和優(yōu)質(zhì)動力燃料，實現(xiàn)了低階煤資源利用價值最大化。開展低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化項目重點就是要開發(fā)出煤種適應(yīng)性強、技術(shù)指標(biāo)先進的核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備。項目建設(shè)應(yīng)綜合考量水資源、煤資源、交通運輸、環(huán)境容量等條件，科學(xué)布局，推動熱解工藝向規(guī)?；l(fā)展；建立健全低階煤分質(zhì)利用排放標(biāo)準(zhǔn)，通過先進凈化、硫回收等技術(shù)，有效降低污染物排放，實現(xiàn)能源高效轉(zhuǎn)化和經(jīng)濟綠色發(fā)展。

參考文獻：

[1]馬國君，戴和武，杜銘華.神木煤回轉(zhuǎn)爐熱解實驗研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，1994，32（11）：37-39.

[2]郭樹才，羅長齊，張代佳等.褐煤固體熱載體干餾新技術(shù)工業(yè)性試驗[J].大連理工大學(xué)學(xué)報，1995，35（01）：46-50.

[3]方夢祥，岑建孟，王勤輝等.25MW循環(huán)流化床熱、電、煤氣多聯(lián)產(chǎn)裝置[J].動力工程，2007，27（04）：635-639.

[4]郭慕孫.煤拔頭工藝[C].中國科學(xué)院第九次院士大會報告匯編.北京：科學(xué)出版社，1998：202-204.

[5]魏遠，賓文錦，何曙光等.一種低階煤的分步提質(zhì)加工工藝和加工系統(tǒng)[P].中國：200810188298.8，2012（03）：28.