我國褐煤的開發(fā)利用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

我國褐煤的開發(fā)利用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

棕櫚樹是土壤形成巖石的產(chǎn)物，是物理、生物和化學作用下的植物殘留物。褐煤是煤炭資源中煤化程度較小的煤,屬于軟質(zhì)煤,呈褐色,無光澤,與其他煤種相比,褐煤含氧量高,灰分及灰熔點變化大,密度小,易于自燃,煤粉容易爆炸。從我國主要褐煤礦區(qū)商品煤煤質(zhì)資料中可知,我國的褐煤是一種高揮發(fā)分(50%左右)、高水分(30%左右)、高灰分(30%左右)、低熱值(14MJ/kg左右)、低灰熔點的劣質(zhì)燃料。據(jù)國際地質(zhì)學家預測:全球褐煤地質(zhì)儲量約4萬億t,占煤炭儲量的40%弱。到1995年底,全球已探明的褐煤及次煙煤可采儲量5100億t。我國褐煤資源豐富,已探明的保有儲量達1303億t,占全國煤炭儲量的13%弱,主要分布在東北、西北、西南、華北等地,集中在內(nèi)蒙古、云南和黑龍江等省。因此,合理開發(fā)和充分利用褐煤資源是值得深入討論的課題。褐煤是由芳香烴環(huán)組成并由鹽橋、脂肪鏈等連接起來的大分子網(wǎng)狀結構化合物,其有機部分的化學族組成分析見圖1。褐煤的用途十分廣泛,工業(yè)利用的途徑主要有:燃燒、熱解、煉焦、液化、氣化、提取褐煤蠟及褐煤微生物的轉化與利用1電廠褐煤燃燒發(fā)電燃燒是褐煤直接利用最常見的方法。由于褐煤通常含有較高的水分,不便于遠距離運輸,所以世界各國生產(chǎn)的褐煤主要用于坑口電站燃燒發(fā)電。其燃燒過程可以分為干燥、干餾、揮發(fā)分燃燒和半焦燃燒四個階段。褐煤燃燒的最終產(chǎn)物是二氧化碳、水、少量硫和氮的氧化物及灰渣。褐煤燃燒不但浪費了大量能源、資金及設備,還嚴重污染了環(huán)境。燃燒產(chǎn)物中含有粉塵、硫氧化物、氮氧化物、烴和一氧化碳等有害氣體,這些物質(zhì)排放到大氣中會造成粉塵污染和氣體污染。2性氣體的干餾技術褐煤熱解(干餾)是指在隔絕空氣(惰性氣體或氫氣存在)的條件下將褐煤加熱,最終得到熱解煤氣、焦油、酚類產(chǎn)品、焦炭或半焦產(chǎn)品的加工過程。褐煤的低溫干餾是在惰性氣體中進行的,目的是減少二氧化硫的排放量,其產(chǎn)品有半焦、干餾煤氣和低溫煤焦油。低溫干餾的優(yōu)點如下:(1)操作條件溫和(常壓和中等溫度);(2)不需要氧氣、氫氣及昂貴的催化劑;(3)對原料煤無嚴格要求;(4)設備簡單;(5)技術簡單;(6)基建投資少。褐煤新法干餾是用625℃的半焦作熱載體,焦煤比為3∶8,原煤粒度在0.6～2.5mm,經(jīng)過干燥、脫水,并預熱到120～150℃,干餾溫度為500～590℃,產(chǎn)物為焦油、輕油和煤氣,優(yōu)點是褐煤不直接燃燒。3間接液化工藝褐煤液化是通過化學方法將固體煤轉變成液體產(chǎn)品,主要工藝有直接液化和間接液化。褐煤液化是高效、潔凈利用煤炭,增加液體燃料油來源,發(fā)展煤化工,解決煤炭直接燃燒污染的重要途徑。直接液化是在適當溫度、壓力等條件下,借催化劑作用,將褐煤加氫裂解成液體烴類,并生成少量氣體,同時脫除氧、氮和硫等雜原子的過程,又稱加氫液化。其工藝包括:原料煤干燥、破碎、制備煤漿、加氫液化、固液分離、凈化氣體、分離液態(tài)產(chǎn)物、分餾液態(tài)產(chǎn)物、精制加工以及將殘渣氣化制取氫氣等過程。褐煤直接液化的產(chǎn)品是優(yōu)質(zhì)汽油、噴氣柴油、柴油、芳烴和炭素化工原料,并副產(chǎn)燃料氣、液化石油氣、硫磺和氨等。間接液化是先將褐煤氣化為合成氣(CO+H2),再以合成氣為原料通過費托合成(F-T合成)生產(chǎn)出液體燃料和化學品的過程。間接液化工藝包括:造氣單元、F-T合成單元、分離單元、后加工提質(zhì)單元等,其核心是合成反應單元。煤炭高溫間接液化工藝的產(chǎn)品以汽油和輕烯烴為主,經(jīng)提質(zhì)加工后可得到高質(zhì)量的汽油;煤炭低溫間接液化工藝的產(chǎn)品以鏈狀烴為主,主要為煤油、柴油并含有一定量的石腦油和石蠟。褐煤直接液化與低溫間接液化法相比,從投資規(guī)?？?前者投資少,后者投資高;從柴油餾分產(chǎn)物的性質(zhì)看,前者直鏈烴少,環(huán)烷烴及芳烴含量高,十六烷值低,凝點較低,硫、氮等雜質(zhì)含量較高,后者則以鏈烷烴組分為主,十六烷值過剩,不含硫、氮等雜質(zhì),但凝點較高。兩者的柴油餾分均需經(jīng)過較苛刻的加氫提質(zhì)工藝,花費較大的代價才可生產(chǎn)出合格的柴油。4煤中碳的性質(zhì)褐煤氣化是指在某種氣化劑存在的條件下對煤炭進行加工的過程。其反應工藝以煤為原料,以氧氣(包括空氣、富氧和純氧)和水蒸氣(或二氧化碳、氫氣)為氣化介質(zhì),通過最低度的氧化(不同于燃燒),將煤中所含的碳、氫轉化為一氧化碳、氫氣和甲烷等有效成分。褐煤氣化工藝包括原料準備煤氣的生產(chǎn)凈化脫硫煤氣變換煤氣精制以及甲烷合成。褐煤氣化可生產(chǎn)城市煤氣、管道煤氣、氨、尿素、甲醇和烴類的中間產(chǎn)物等。煤炭氣化比直接燃燒具有更大的優(yōu)越性:燃燒穩(wěn)定,無環(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;簡化了生產(chǎn)工藝和設備。5原料的提取褐煤蠟是指褐煤經(jīng)有機溶劑抽提所得的抽提物———粗蠟煤油,即瀝青A。提取的蠟是制造涂料、油漆、橡膠添加劑、潤滑油和高級蠟紙的原料。利用褐煤生產(chǎn)的腐植酸類型很多,包括:硝基腐植酸、硝基腐植酸銨、硝基腐植酸鉀、腐植酸鈉、磺甲基腐植酸鈉、腐植酸鉀、黃腐酸、黃腐酸鐵、腐西酸復混肥等。6微生物及其產(chǎn)物用微生物降解褐煤,以生產(chǎn)各種燃料及一些化工原料(如甲烷、氫氣、丙酸、丁酸、乙酸)的研究近年來很受重視。煤在微生物參與下大分子會發(fā)生解聚。生物降解的機理一般認為有以下幾種:(1)微生物生長過程中培養(yǎng)基中的多肽或多胺產(chǎn)生的堿性物質(zhì)可溶解褐煤中的酸性成分。(2)微生物分泌的螯合劑和表面活性劑對褐煤具有部分液化作用。(3)微生物分泌的胞外酶對褐煤的降解。其中微生物通過向體外分泌胞外因子來解聚煤中大分子物質(zhì)是主要的降解機制。褐煤經(jīng)微生物降解后,黃腐酸含量有所提高,腐植酸化學活性有所增強,可改良土壤,促進農(nóng)作物生長,同時,它還可促進植物對氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收,是不可多得的植物生長調(diào)節(jié)劑。在各種深井鉆探中,褐煤的腐植酸可作為泥漿的調(diào)整劑,調(diào)節(jié)和維護泥漿的工藝性能,提高鉆探質(zhì)量。褐煤的微生物轉化與利用與傳統(tǒng)的工業(yè)轉化相比,具有能耗低、轉化條件溫和、轉化效率高、轉化產(chǎn)物的經(jīng)濟效益和應用價