我國低階煤熱解提質(zhì)技術(shù)進(jìn)展

我國低階煤熱解提質(zhì)技術(shù)進(jìn)展低階煤是指煤化程度比較低的煤(一般干燥無灰基揮發(fā)分＞20%)，主要分為褐煤和低煤化程度的煙煤。褐煤包括褐煤一號(年輕褐煤)和褐煤二號(年老褐煤)2類，約占我國煤炭探明保有資源量的13%，主要分布于內(nèi)蒙古東部和云南，少量分布于黑龍江遼寧山東吉林和廣西等地區(qū)，近年發(fā)現(xiàn)新疆等區(qū)域亦賦存褐煤。低煤化程度的煙煤包括長焰煤、不黏煤和弱黏煤，約占我國煤炭探明保有資源量的33%，主要分布于陜西、內(nèi)蒙古西部和新疆，其次為山西、寧夏、甘肅、遼寧、黑龍江等地區(qū)，吉林、山東和廣西等地區(qū)少量賦存。褐煤全水分高達(dá)20%～60%，收到基低位發(fā)熱量一般為11．71～16．73MJ/kg。由于高水分，高含氧量，低發(fā)熱量，再加上褐煤易風(fēng)化和自燃的特性，其不適合遠(yuǎn)距離輸送，應(yīng)用受到很大限制。低煤化程度的煙煤原煤灰分一般低于15%，含硫量低于1%鄂爾多斯盆地不黏煤和弱黏煤為特低硫-低硫特低灰-低灰煤。國家能源科技十二五規(guī)劃將褐煤/低階煤提質(zhì)改性技術(shù)和中低溫煤焦油制清潔燃料及化學(xué)品關(guān)鍵技術(shù)列為重大技術(shù)研究計(jì)劃，研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、適應(yīng)性廣的褐煤/低階煤提質(zhì)改性技術(shù)與工藝，針對中低溫干餾焦油開發(fā)提取化學(xué)品及加氫制清潔燃料先進(jìn)技術(shù)，低階煤熱解提質(zhì)迎來了一次良好的發(fā)展機(jī)遇。1熱解提質(zhì)技術(shù)發(fā)展歷程(1)我國煤熱解技術(shù)的自主研究和開發(fā)始于20世紀(jì)50年代，北京石油學(xué)院(現(xiàn)為中國石油大學(xué))、上海電業(yè)局研究人員開發(fā)了流化床快速熱解工藝并進(jìn)行10t/d規(guī)模的中試;大連工學(xué)院(現(xiàn)為大連工工大學(xué))聶恒銳等人研究開發(fā)了輻射爐快速熱解工藝并于1979年建立了15t/d規(guī)模的工業(yè)示范廠;大連理工大學(xué)郭樹才等人研究開發(fā)了煤固體熱載體快速熱解技術(shù)，并于1990年在平莊建設(shè)了5．5萬t/a工業(yè)性試驗(yàn)裝置，1992年8月初投煤產(chǎn)氣成功;煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所(現(xiàn)為煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院)研究開發(fā)了多段回轉(zhuǎn)爐溫和氣化工藝，并于上世紀(jì)90年代建立了60t/d工業(yè)示范裝置，完成了工業(yè)性試驗(yàn)后續(xù)國內(nèi)又涌現(xiàn)出的代表性工藝有浙江大學(xué)循環(huán)流化床煤分級轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)、北京柯林斯達(dá)科技發(fā)展有限公司帶式爐改性提質(zhì)技術(shù)、北京國電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司國富爐工藝。(2)近年來，我國在進(jìn)行自主研發(fā)的同時(shí)引進(jìn)了美國的CCTI工藝，計(jì)劃用于內(nèi)蒙褐煤的熱解提質(zhì)。(3)在引進(jìn)LFC工藝的基礎(chǔ)上，大唐華銀電力股份有限公司和中國五環(huán)工程有限公司組建技術(shù)聯(lián)合體對其進(jìn)行創(chuàng)新性研究開發(fā)，重新申請專利和商標(biāo)，更名為LCC工藝。2典型的熱解提質(zhì)工藝技術(shù)以下為國內(nèi)正在規(guī)劃建設(shè)或運(yùn)行的典型熱解提質(zhì)工藝技術(shù)。2.1DG工藝DG工藝(也稱煤固體熱載體法快速熱解技術(shù))由大連理工大學(xué)開發(fā)。平莊150t/d工業(yè)試驗(yàn)裝置流程由備煤煤干燥流化提升加熱焦粉冷粉煤與熱粉焦混合換熱煤熱解流化燃燒煤氣冷卻輸送和凈化等部分組成平莊工業(yè)性試驗(yàn)新法干餾流程見圖1圖1平莊工業(yè)性試驗(yàn)新法干餾流程1煤槽;2干燥提升;3干煤槽;4混合器;5反應(yīng)器;6加熱提升管;7熱焦粉槽;8流化燃燒爐;9旋風(fēng)分離器;10洗氣管;11氣液分離器;12分離槽;13間冷器;14除焦油器;15脫硫箱;16空氣鼓風(fēng)機(jī);17引風(fēng)機(jī);18煤氣鼓風(fēng)機(jī)原煤粉碎后進(jìn)入干燥預(yù)熱系統(tǒng)，用熱煙氣(約550℃)進(jìn)行氣流干燥預(yù)熱并提升至干煤貯槽，煙氣除塵后經(jīng)引風(fēng)機(jī)排入大氣。干煤(約120℃)經(jīng)給料機(jī)加入到混合器，在此與來自熱焦粉槽的粉焦(約800℃)混合，然后進(jìn)入反應(yīng)器完成快速熱解反應(yīng)(550～650℃)，析出熱解氣態(tài)產(chǎn)物?；拿簹饨?jīng)除塵去洗氣管，在氣液分離器分離出水和焦油，經(jīng)間冷器分離出輕汽油，煤氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓除焦油和脫硫后入煤氣柜。由反應(yīng)器出來的半焦部分經(jīng)冷卻后作為產(chǎn)品，剩余半焦(約600℃)在加熱提升管底部與來自流化燃燒爐的含氧煙氣發(fā)生部分燃燒，半焦被加熱至800～850℃后提升到熱焦粉槽作為熱載體循環(huán)。由熱粉焦槽出來的熱煙氣去干燥提升管，原煤在干燥提升管完成干燥過程。2.2MRF工藝MRF工藝(多段回轉(zhuǎn)爐溫和氣化工藝)由煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院開發(fā)該工藝主體設(shè)備是3臺串聯(lián)的臥式回轉(zhuǎn)爐，MRF工藝流程見圖2圖2MRF工藝流程1干燥爐;2熱解爐;3熄焦?fàn)t;4加熱爐;5除塵器;6引風(fēng)機(jī);7排料閥原料煤在干燥爐經(jīng)直接干燥脫出70%的水分;原料煤熱解在外熱式熱解爐內(nèi)進(jìn)行，避免荒煤氣被其他氣體稀釋，熱解溫度550～750℃，熱解得到的荒煤氣經(jīng)除塵冷卻后回收煤氣和焦油;熱半焦經(jīng)水力熄焦后排出。輔助工藝包括原料煤儲備焦油分離儲存煤氣凈化半焦篩分及儲存鍋爐房和質(zhì)量檢驗(yàn)等單元。熱解加熱爐可以單獨(dú)或同時(shí)使用氣體燃料和固體燃料。2.3循環(huán)流化床煤分級轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)75t/h循環(huán)流化床煤分級轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)工業(yè)示范裝置由浙江大學(xué)與淮南礦業(yè)集團(tuán)合作建立。示范裝置主要由2部分組成:流化床氣化(熱解)爐和循環(huán)流化床鍋爐半焦燃燒發(fā)電系統(tǒng)，75t/h循環(huán)流化床多聯(lián)產(chǎn)裝置工藝流程見圖3圖375t/h循環(huán)流化床多聯(lián)產(chǎn)裝置工藝流程1鍋爐;2分離器;3熱解爐;4激冷塔;5電捕焦油器;6間冷器;7二次電捕;8緩沖罐;9煤斗;10點(diǎn)火器;11汽包;12水封槽;13焦油池;14循環(huán)水池;15輕油池;16除塵器;17煙囪原料煤進(jìn)入氣化爐后與來自鍋爐旋風(fēng)分離器的高溫循環(huán)灰混合，在600℃左右的溫度下進(jìn)行熱解，產(chǎn)生的粗煤氣焦油霧及細(xì)灰渣經(jīng)氣化爐旋風(fēng)分離器除塵進(jìn)入急冷塔和電捕焦油器，冷卻捕集焦油和輕油后由煤氣排送機(jī)送入緩沖罐，部分煤氣送回氣化爐作為流化介質(zhì)，其余進(jìn)入脫硫等設(shè)備凈化后再利用。熱解半焦和循環(huán)灰經(jīng)返料機(jī)構(gòu)進(jìn)入鍋爐燃燒，高溫物料隨高溫?zé)煔庖黄鹜ㄟ^爐膛出口進(jìn)入旋風(fēng)分離器，分離后的煙氣進(jìn)入鍋爐尾部煙道，先后經(jīng)過熱器再熱器省煤器及空氣預(yù)熱器等受熱面產(chǎn)生蒸汽用于供熱和發(fā)電。分離下來的高溫灰進(jìn)入返料機(jī)構(gòu)，部分高溫灰進(jìn)入氣化爐，其余則直接送回鍋爐爐膛。2.4帶式爐改性提質(zhì)技術(shù)帶式爐改性提質(zhì)技術(shù)是北京柯林斯達(dá)科技發(fā)展有限公司開發(fā)的褐煤提質(zhì)工藝。帶式爐由爐體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸送系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)4部分組成，配套系統(tǒng)為燃煤熱風(fēng)爐和產(chǎn)品冷卻系統(tǒng)，帶式爐改性提質(zhì)工藝見圖4。圖4帶式爐改性提質(zhì)工藝1干燥段;2改性炭化段;3冷卻段;4熱風(fēng)爐;5煙冷器原料煤由入爐端均勻分布在耐熱金屬材質(zhì)的輸送帶上，在中性氣氛下依次經(jīng)過干燥段改性(炭化)段，與熱煙氣(含氧量＜3%)穿層換熱完成干燥脫水和改性(炭化)提質(zhì)過程，最后進(jìn)入冷卻段被冷煙氣(含氧量＜3%)冷卻成為提質(zhì)煤改性提質(zhì)時(shí)所用熱量來自燃煤熱風(fēng)爐，炭化提質(zhì)熱源來自自產(chǎn)煤氣，并副產(chǎn)焦油輸送帶速度可調(diào)，溫度能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制。2.5GF-I型褐煤提質(zhì)工藝GF－I型褐煤提質(zhì)工藝由北京國電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司開發(fā)。該工藝核心設(shè)備是采用外燃內(nèi)熱式的低溫?zé)峤夥綘t，GF－I型褐煤提質(zhì)工藝流程見圖5。圖5GF－I型褐煤提質(zhì)工藝流程1煤斗;2預(yù)熱段;3干燥段;4干餾段;5冷卻段;6半焦;7除塵器;8雙豎管;9間冷器;10電捕;11酚水槽;12初焦油分離器;13焦油槽;14油分離器;15輕油槽;16最終油分離器;17煤氣加壓機(jī);18燃燒器;19冷水塔煤斗內(nèi)的原料煤利用冷卻段出來的熱煙氣進(jìn)行初步預(yù)熱后經(jīng)插板門進(jìn)入干燥段。干燥段設(shè)有4個(gè)燃燒器，燃燒所需煤氣來自熱解煤氣，在該段煤中95%以上的水分被脫除，同時(shí)煤的溫度被提高到150℃左右，干燥段煙氣送入冷卻段用于半焦冷卻，干煤繼續(xù)下行進(jìn)入干餾(熱解)段熱解段設(shè)有4個(gè)燃燒器，燃燒所需煤氣同樣來自熱解煤氣，熱解反應(yīng)溫度約560℃。熱解段產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)除塵后進(jìn)入冷卻凈化系統(tǒng)回收焦油和煤氣，最后煤氣經(jīng)由加壓機(jī)抽出返送回提質(zhì)爐供干燥段和熱解段燃燒用。熱解半焦下行進(jìn)入冷卻段，經(jīng)來自干燥段的冷煙氣冷卻降至80℃以下，由推焦機(jī)推入埋刮板機(jī)內(nèi)匯集到輸焦膠帶運(yùn)往儲焦倉。2.6神華模塊化固體熱載體熱解工藝神華模塊化固體熱載體熱解工藝由神華煤制油化工研究院開發(fā)神華模塊化固體熱載體熱解工藝流程見圖6。圖6神華模塊化固體熱載體熱解工藝流程1煤回轉(zhuǎn)干燥器;2混料器;3熱解器;4除塵器;5洗滌冷卻器;6油水分離器;7提升機(jī);8分料器;9半焦加熱回轉(zhuǎn)窯;10篩分;11鼓風(fēng)機(jī);12燃燒器;13引風(fēng)機(jī)原料煤經(jīng)回轉(zhuǎn)干燥器干燥后與來自半焦加熱回轉(zhuǎn)爐的高溫半焦混合，在移動(dòng)床熱解反應(yīng)器內(nèi)完成熱解反應(yīng)。2.7固體載熱褐煤熱解技術(shù)基于固體載熱褐煤熱解技術(shù)由清華大學(xué)-天素投資節(jié)能減排聯(lián)合研發(fā)中心開發(fā)，120萬t/a褐煤深加工項(xiàng)目熱解系統(tǒng)工藝流程見圖7。圖7120萬t/a褐煤深加工項(xiàng)目熱解系統(tǒng)工藝流程1干燥段;2存料槽;3一級干餾;4二級干餾;5半焦槽;6冷卻器;7提升管;8燃燒床;9熱焦槽;10混合;11荒煤氣凈化;12補(bǔ)燃室;13熱風(fēng)爐;14鼓風(fēng)機(jī);15除塵器該系統(tǒng)采用固體熱載體流化床快速干餾(熱解)工藝，利用自產(chǎn)煤氣作為流化介質(zhì)，燃燒床內(nèi)高溫含灰半焦作為熱載體。燃燒床內(nèi)為貧氧狀態(tài)，部分半焦燃燒提供系統(tǒng)運(yùn)行所需要的熱量，其余半焦升溫后作為熱載體。燃燒床生成的煙氣(含可燃成分)進(jìn)入補(bǔ)燃裝置燃燼并副產(chǎn)蒸汽供園區(qū)使用，降溫后的煙氣作為干燥裝置的熱源。2.8褐煤熱溶催化新工藝自1998年起，順鑫煤化工科技有限公司開始研究褐煤熱溶催化新工藝120kg/d小型連續(xù)試驗(yàn)裝置工藝流程見圖8。圖8120kg/d小型連續(xù)試驗(yàn)裝置工藝流程1備煤制漿;2一段預(yù)熱器;3脫氧預(yù)處理反應(yīng)器;4二段預(yù)熱器;5催化熱熔反應(yīng)器;6常壓塔;7外循環(huán)減壓塔;8減壓焦化器;9溶劑加氫反應(yīng)器在熱溶催化轉(zhuǎn)化過程中，采用加氫蒽油作為反應(yīng)的初始溶劑通過一定次數(shù)的循環(huán)，溶劑達(dá)到穩(wěn)定平衡，自身產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化油可以作為循環(huán)溶劑，并滿足工藝要求。2.9煤拔頭煤炭綜合利用新工藝20世紀(jì)80年代中國科學(xué)院郭慕孫院士提出了煤拔頭工藝，中國科學(xué)院過程工程研究所對煤拔頭。煤炭綜合利用新工藝進(jìn)行了開發(fā)，該項(xiàng)技術(shù)也稱BT工藝，屬于多聯(lián)產(chǎn)范疇煤拔頭中試工藝系統(tǒng)由5部分組成:鍋爐主機(jī)系統(tǒng)快速加熱快速分離系統(tǒng)快速冷卻系統(tǒng)物料輸配系統(tǒng)和控制與測量系統(tǒng)。煤拔頭中試工藝系統(tǒng)見圖9。圖9煤拔頭中試工藝系統(tǒng)1循環(huán)流化床;2空氣預(yù)熱器;3快速熱解下行床;4慣性分離裝置;5急冷器;6沉降池;7空氣冷卻器;8輕質(zhì)油槽;9羅茨鼓風(fēng)機(jī);10快速分離器;11熱回料旋風(fēng)分離器;12貯煤斗;13旋轉(zhuǎn)卸料器;14煤氣風(fēng)機(jī);15接灰器該工藝通過下行床與循環(huán)流化床的耦合實(shí)現(xiàn)煤粉從下行床的頂部加入，與來自提升管的循環(huán)熱強(qiáng)烈混合并升溫，在常壓較低溫度(550～700℃)無氫氣無催化劑的條件下實(shí)現(xiàn)快速熱解。生成的氣相產(chǎn)品在下行管的底部通過快速分離器分離后，進(jìn)入急冷器進(jìn)行快速冷卻，最終得到液體產(chǎn)品。2.10優(yōu)質(zhì)煤產(chǎn)品生產(chǎn)裝置及生產(chǎn)系統(tǒng)李柏榮公開了一種優(yōu)質(zhì)煤產(chǎn)品生產(chǎn)裝置及生產(chǎn)系統(tǒng)，該生產(chǎn)裝置包括外殼進(jìn)料斗出料斗導(dǎo)熱機(jī)構(gòu)和排氣機(jī)構(gòu)國邦清能采用連續(xù)干餾熱解定位提質(zhì)技術(shù)及成套設(shè)備(LCP)建成了100萬t/a褐煤熱解提質(zhì)工程優(yōu)質(zhì)煤產(chǎn)品生產(chǎn)裝置見圖10。圖10優(yōu)質(zhì)煤產(chǎn)品生產(chǎn)裝置1上部進(jìn)料段;2中部進(jìn)料段;3下部進(jìn)料段;4上出料段;5下出料段;6多個(gè)導(dǎo)熱介質(zhì)導(dǎo)出部;7多個(gè)導(dǎo)熱介質(zhì)導(dǎo)入部;8多個(gè)導(dǎo)熱管;9翅片;10中心排氣通道;11環(huán)形排氣通道;12排氣端;13排氣口;14上端排氣口;15調(diào)節(jié)閥該裝置在導(dǎo)熱管之間的落料空間中設(shè)置翅片，起到翻料排氣的作用，使氣體能夠及時(shí)排出，熱量的傳遞效率得到一定程度的提高李柏榮對優(yōu)質(zhì)煤生產(chǎn)系統(tǒng)年處理100萬t褐煤的過程進(jìn)行了熱量衡算，通過回收導(dǎo)熱介質(zhì)的熱量以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氣體等物質(zhì)，整個(gè)過程的能耗得到一定程度的降低。2.11蓄熱式無熱載體旋轉(zhuǎn)床干餾新技術(shù)北京神霧環(huán)境能源科技集團(tuán)股份有限公司通過集成已工業(yè)化的蓄熱式旋轉(zhuǎn)床和蓄熱式輻射管燃燒器等多項(xiàng)專利技術(shù)，開發(fā)出蓄熱式無熱載體旋轉(zhuǎn)床干餾新技術(shù)煤料經(jīng)干燥器干燥后進(jìn)入煤倉，通過裝料裝置在干餾爐內(nèi)完成布料。在干餾爐的旋轉(zhuǎn)作用下煤料依次經(jīng)過預(yù)熱區(qū)加熱區(qū)均熱區(qū)和冷卻區(qū)。低溫干餾所得半焦在氣封條件下出爐，進(jìn)入干熄焦器進(jìn)行余熱回收，回收的熱量用于煤料的預(yù)干燥，冷卻后的半焦輸入焦倉;干餾氣進(jìn)入煤氣凈化系統(tǒng)，分離出煤氣焦油等。2.12CCTI工藝技術(shù)發(fā)明人LarryHunt(美國)美國清潔煤技術(shù)公司(CCTI)已與國內(nèi)數(shù)家單位接觸并推進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用多段熱解室見圖11。圖11多段熱解室示意圖12345熱解室;6多段熱解室間開閉裝置干燥后的原料煤在惰性氣氛下經(jīng)一段熱解室(溫度204～399℃)二段熱解室(溫度482～593℃)三段熱解室(溫度704～843℃)和四段熱解室(溫度1093～1316℃)得到提質(zhì)煤，提質(zhì)煤在五段熱解室的低溫干燥惰性氣體環(huán)境中降溫至120℃。熱解爐裝置通常與水平面呈5～15°夾角，借助原料煤自身重力在熱解室內(nèi)移動(dòng)。2.13LCC工藝LCC工藝由大唐華銀電力股份有限公司和中國五環(huán)工程有限公司聯(lián)合開發(fā)，主要過程分為3步:干燥輕度熱解和精制LCC技術(shù)工藝流程見圖12。圖12LCC技術(shù)工藝流程1熱解熱風(fēng)爐;2干燥熱風(fēng)爐;3煙氣脫硫;4干燥循環(huán)風(fēng)機(jī);5干燥旋風(fēng)除塵器;6熱解循環(huán)風(fēng)機(jī);7干燥爐;8熱解爐;9激冷盤;10PCT靜電捕集器;11熱解旋風(fēng)除塵器;12激冷塔;13精制塔;14PCT冷卻器;15激冷塔循環(huán)泵原料煤在干燥爐內(nèi)被來自干燥熱風(fēng)爐的熱氣流加熱脫除水分在熱解爐內(nèi)，來自熱解熱風(fēng)爐的熱循環(huán)氣流將干燥煤加熱，煤發(fā)生輕度熱解反應(yīng)析出熱解氣態(tài)產(chǎn)物。在激冷盤中引入工藝水迅速終止熱解反應(yīng)，固體物料輸送至精制塔，預(yù)冷卻后與增濕空氣發(fā)生氧化反應(yīng)和水合反應(yīng)得到固體產(chǎn)品PMC(ProcessMiddleCoke)從熱解爐出來的氣態(tài)產(chǎn)物經(jīng)旋風(fēng)除塵后進(jìn)入激冷塔，塔頂出來的不凝氣體進(jìn)入電除霧器，氣體中夾帶的PCT(ProcessCoalTar)被捕集下來，并回流至激冷塔。冷凝下來的PCT經(jīng)換熱器冷卻后，大部分返回激冷塔，剩余部分為初步的PCT產(chǎn)品。從PCT靜電捕集器出來的不凝氣一部分作為熱解爐的循環(huán)氣體，剩余部分作為一次燃料。干燥爐出來的煙氣經(jīng)旋風(fēng)除塵后大部分循環(huán)，小部分經(jīng)脫硫后排放。3熱解提質(zhì)技術(shù)工業(yè)化現(xiàn)狀截至目前，國內(nèi)的高?？蒲性核笮推髽I(yè)集團(tuán)和工程公司一直致力于推進(jìn)低階煤熱解提質(zhì)技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程，低階煤熱解提質(zhì)技術(shù)工業(yè)化現(xiàn)狀見表1，熱解技術(shù)分類見表2，熱解單元傳熱原理見表3在熱解過程中，煤受熱到100～120℃時(shí)，水分基本脫除，一般加熱到300℃左右煤發(fā)生熱解，高于300℃時(shí)，開始大量析出揮發(fā)分;溫度繼續(xù)升高，煤轉(zhuǎn)化率提高，焦油二次反應(yīng)發(fā)生，二次反應(yīng)使部分一次