我國煤熱解多聯(lián)產技術的發(fā)展概況

摘要：

目前煤熱解多聯(lián)產已成為一項提高煤炭資源綜合利用率的高新技術，是未來潔凈煤主要的發(fā)展方向.以煤熱解為核心的多聯(lián)產工藝已成為我國煤炭利用的主要途徑，通過煤熱解多聯(lián)產技術可有效地將煤炭化工和電力工業(yè)結合起來，不僅解決了煤炭利用率低下、化工產品制造成本高等問題，而且對我國的環(huán)境保護有著重要影響.介紹了國內外煤熱解多聯(lián)產工藝的研究狀況，并對國內幾種典型的煤熱解多聯(lián)產工藝進行了評述，總結了當前煤熱解多聯(lián)產工藝的優(yōu)缺點和主要發(fā)展方向.

關鍵詞：

煤熱解； 多聯(lián)產； 潔凈煤

中圖分類號：TQ 523.2 文獻標志碼

：A

Development of the poly-generation technology based on

coal pyrolysis in China

HU Yuan， FENG Li-bin

（Faculty of Energy and Metallurgical Engineering， Kunming University of Science

and Technology， Kunming 650093， China）

Abstract：

The poly-generation based on coal pyrolysis has become an innovative technology which helps to utilize coal in a clean and highly efficient way and is also the main direction of future development of clean coal utilization.This technology has also become one of the main ways for coal utilization in China.By the poly-generation technology based on coal pyrolysis，the coal chemical industry and the electric power industry can jointly solve the problems in current coal utilization，such as low utilization rate of coal，high production costs of chemical products，and emissions of pollutants.In this paper，the state of the research efforts on the poly-generation technology based on coal pyrolysis at home and abroad was introduced，and typical domestic technologies were compared and discussed.A summing up of the advantages and disadvantages of the poly-generation technology based on coal pyrolysis was made and the main development direction of the technology was discussed.

Key words：

coal pyrolysis； coal poly-generation； clean coal technology

目前，我國面臨著非常艱巨的節(jié)能減排任務，其中煤炭產業(yè)的責任尤為艱巨，煤直接燃燒帶來的環(huán)境問題至今無有效根治的方法^[1].因此，如何大力發(fā)展煤炭的潔凈利用是需要面對的重要問題.以煤熱解為基礎的多聯(lián)產技術則可通過煤炭氣化，產生工業(yè)燃料、民用煤氣、化工產品、氫氣等產品，這種高效潔凈的煤炭轉化方式既可降低煤直接燃燒產生的環(huán)境污染，又可充分利用煤炭中具有經濟價值的元素成分^[2-4].這樣既能滿足環(huán)境要求、市場的需求以及應對我國能源供應緊張問題，又符合國家提出的節(jié)能減排方針和可持續(xù)發(fā)展的政策^[5].

根據反應氣化爐裝置和采用的熱載體性質不同，煤熱解多聯(lián)產工藝技術可分為流化床、移動床、熔融床、氣化床等工藝^[6].國內外學者對此進行了大量的研究，而且大部分已進行了工業(yè)性試驗.國外具有代表性的工藝有美國的Garrett工藝^[7]、Toscoal工藝^[8-9]、德國的魯奇和魯爾公司開發(fā)的LR工藝^[10].本文就國內幾種典型的以煤熱解為基礎的多聯(lián)產工藝進行介紹和評述.

1 國內典型的煤熱解多聯(lián)產工藝

1.1 大連理工大學DG工藝

我國起步較早的煤熱解工藝是大連理工大學開發(fā)的新法干餾DG工藝^[11]，其流程示意圖如圖1所示.該工藝主要裝置有煤處理系統(tǒng)、干餾系統(tǒng)、固體熱載體提升和回收系統(tǒng).它以熱解產生的半焦作為熱載體，將熱載體與原料煤在混合器里混合，發(fā)生低溫快速干餾反應；產生的氣體經分離后作為煤氣；一部分半焦進入半焦提升管下部燃燒，一部分回收繼續(xù)作為熱載體^[12].利用該工藝對國內許多褐煤進行了試驗，得到的半焦活性好、焦油量和煤氣產量較高.該工藝已在煤處理量為10 kg·h^-1的連續(xù)裝置上對20種褐煤和油頁巖進行了熱解試驗，并建立了可處理褐煤能力為150 t·d^-1的工業(yè)試驗裝置^[13].

1.2 濟南鍋爐廠熱電煤氣多聯(lián)產工藝（BJY工藝）

循環(huán)流化床可適應多種煤的燃燒，可利用爐內的循環(huán)高溫熱灰作為熱載體，不需要額外提供加熱熱載體所需的熱量^[14]，因此目前基于循環(huán)流化床的固體熱載體煤熱解工藝逐漸受到重視.濟南鍋爐廠開發(fā)的以循環(huán)流化床高溫熱灰為固體熱載體的煤熱解多聯(lián)產工藝^[15]如圖2所示.該工藝將兩個循環(huán)流化床有機結合，利用高溫熱灰作為固體熱載體氣化煤粉得到煤氣等產品.主要階段為流化床熱解和半焦氣化階段、半焦燃燒階段、氣體冷卻階段和氣體收集凈化階段.在煤處理量為150 kg·h^-1的熱態(tài)試驗裝置上利用該工藝對5種煤種進行試驗，并以此為基礎，在1995年通過和北京水利電力經濟研究所等單位合作在遼源市建立了處理煤量為6.5 t·h^-1的工業(yè)試驗裝置，并進行了多項工業(yè)性試驗^[16].

1.3 中科院過程工程研究所“煤拔頭”工藝（BT工藝）

“煤拔頭”是中國科學院郭慕孫院士提出的新型煤炭轉化技術.該技術通過與循環(huán)流化床的有機結合，在低溫情況下不添加任何催化劑，采用溫和的熱解方式提取煤炭中氣體和化工產品，實現油、熱、煤氣和電的多聯(lián)產^[17].“煤拔頭”工藝^[18]流程如圖3所示.該工藝也是利用循環(huán)流化床中的高溫熱灰作為熱載體，通過和煤粉原料的混合，進入下行管.煤粉在向下流動時，利用高溫熱灰實現對煤的快速熱解，使其析出揮發(fā)分.然后熱解產物進入氣固分離器，分離后氣體通過冷凝器冷卻，得到焦油和煤氣.而產生的半焦和熱灰被送回循環(huán)流化床鍋爐內進行燃燒，產生的水蒸氣用于供熱和發(fā)電^[19].目前基于該工藝已建立了煤處理量為8 kg·h^-1的裝置^[20]，并與哈爾濱工業(yè)大學能源科學與工程學院合作進行了中試.

1.4 浙江大學循環(huán)流化床熱解聯(lián)產工藝（ZDL工藝）

浙江大學循環(huán)流化床熱解多聯(lián)產技術工藝^[21]是將循環(huán)流化床鍋爐和氣化爐相結合，在一套系統(tǒng)中實現電、氣、熱和焦油的聯(lián)合生產^[22].圖4為其工藝流程圖.先將煤粉送入氣化爐內熱解，產生的高溫煤氣一部分送入循環(huán)流化床鍋爐作為流化介質，一部分經過冷卻、凈化、提純后變?yōu)閮裘簹庾鳛楣I(yè)用氣.在提純過程中又可回收優(yōu)質的焦油、苯的化學產品^[23].其中，氣化爐內熱解所需的熱量是由循環(huán)流化床鍋爐內的高溫熱灰提供.此外，在氣化爐中熱解產生的半焦和高溫熱灰被送入流化床鍋爐燃燒，產生的蒸汽用于供熱和發(fā)電.在此基礎上，浙江大學已和淮南礦業(yè)集團合作開發(fā)了12 MW煤熱解多聯(lián)產裝置，并于2007年投入運行.

2 國內幾種工藝的比較

本文從煤炭熱解的原料產品、煤炭熱解技術原理以及煤熱解多聯(lián)產技術優(yōu)缺點等方面對國內幾種煤熱解多聯(lián)產工藝進行了比較^[24-27]，結果如表1～3所示.

3 結論

（1） 目前國內以煤熱解為基礎的多聯(lián)產工藝所用的煤種大多為不黏結煤或弱黏結煤，基本采用煤粉進料的方式.從環(huán)境保護、國際能源現狀和社會經濟效益等方面考慮，煤粉熱解技術是今后潔凈煤技術最有前景的發(fā)展方向.

（2） 以熱解為基礎的多聯(lián)產工藝的發(fā)展趨勢是采用連續(xù)式、大規(guī)模、內熱式循環(huán)流化裝置.考慮到資源的綜合利用，熱載體因傳熱速度、熱量利用等原因，大多為固體熱載體半焦或循環(huán)熱灰.考慮到焦油等產品的收率，各種工藝的最優(yōu)操作溫度大多為500～600℃.在快速熱解方面，快速熱解可在短時間獲得產品，并抑制焦油的二次裂解，加氫熱解將成為進一步研究開發(fā)的重要方向.

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