褐煤提質技術及綜合利用研究

王君君　王金山

摘 要 褐煤脫水提質可有效提高褐煤煤質，擴大褐煤用途，便于長距離運輸。本文對褐煤提質技術及存在問題進行研究，并介紹了褐煤提質產物的綜合利用。

關鍵詞 褐煤 提質 綜合利用

一、概述

褐煤提質是指褐煤在一定溫度下經脫水和熱分解作用后轉化成具有無煙煤性質的提質煤。褐煤脫水過程除脫去部分水分外，也伴隨著一些煤的組成和結構的變化，它主要是由脫水作用和過程引起的。所以，褐煤的提質過程主要是褐煤的脫水和分解過程。經過脫水的褐煤，水分及氧化速度降低，發熱量提高，燃燒后溫室氣體的排放減小。提質后的褐煤將更有利于利用、運輸和貯存。若是將褐煤中的50%的水分除去，則褐煤燃燒后產生的溫室氣體的排放量降低15%。實際測試得知，一種水分42.52%、發熱量11.93 MJ /kg的褐煤，經提質干燥后，水分降14.43%。發熱量增至18.08 MJ/kg，相當于提高了熱值51.6%。這對于褐煤電廠的影響無疑是十分巨大的。

二、褐煤提質的主要工藝

1.國內外褐煤提質技術。（1）美國K-Fuel高壓釜蒸汽干燥工藝。美國KFx公司在上世紀80年代中期開發了K燃料工藝（K-Fuel Process）技術，經過20年的完善已進入工業應用階段。其工藝是煤經過粉碎之后，通過傳送裝置送入高壓釜。高壓釜內壓力和溫度分別維持在3.7 MPa和238℃。在高壓釜中，煤塊發生破裂，將硫化物從煤中分離出來，煤中的水分也隨之蒸發掉。經過高溫高壓處理的煤粉和蒸發出來的水蒸氣可以直接送入鍋爐進行發電或供熱。（2）德國ZEMAG蒸汽管式干燥輥壓成型工藝。德國澤瑪格（ZEMAG）公司開發了采用蒸汽管式干燥機進行干燥再輥壓成型工藝，用于低階煤的無黏結劑成型。其工藝是將褐煤在蒸汽管式干燥器中不完全干燥，然后將其輸入一個輥壓成型機壓制成型煤。（3）中國煤科總院MRF多段回轉低溫熱解工藝。多段回轉爐工藝是中國煤炭科學研究總院北京煤化工分院開發的低變質煤熱解工藝。粒度為6 mm～30 mm的褐煤在回轉干燥器中進行干燥后進入外熱式回轉熱解爐中低溫熱解，所得半焦在冷卻回轉爐中用水冷卻熄焦后得到提質半焦產品。（4）中國褐煤固體熱載體法干餾技術。大連理工大學開發的褐煤固體熱載體法干餾技術是將褐煤通過干燥提升管干燥后，與半焦加熱提升管加熱的熱半焦快速混合熱解而得到焦油、煤氣和半焦。此技術研究開始于1981年，并于1992年在平莊建成了一套處理量150 t/d的褐煤固體熱載體干餾工業性試驗裝。（5）中國HPU熱壓成型工藝。2006年，神華集團與中國礦業大學聯合開發了熱壓成型HPU（hot press upgrading）工藝。將褐煤破碎至0～3mm，再經過氣流提升干燥，在熱反應器中經輕度熱解后，再進入成型機中輥壓成型。50萬噸/年工業示范正在調試。

2.褐煤提質工藝簡介。國內常用的褐煤生產工藝，包括褐煤改性、尾氣凈化、焦油深加工、焦爐尾氣處理四部分。（1）褐煤改性。①備煤工段。根據生產用煤情況，備煤部分采用機械化封閉運煤、篩分、布料，以減少操作人員數量，改善操作條件。整個工段由卸煤倉、電子秤給料機、膠帶輸送機、膠帶輸送機棧橋等組成，每套生產裝置線設置一套上煤系統、集中上煤。②干餾工段。塊煤經皮帶機運送至爐頂上部的煤倉內，再經進料口和輔助煤箱裝入爐內。加入爐內的塊煤向下移動，與布氣花墻送入爐內的加熱氣體逆向接觸，并逐漸加熱升溫，煤氣經上升管從爐頂導出，爐頂溫度應控制在80 ℃～100 ℃。爐子上部為干燥段，塊煤逐步向下移動進入下部的干餾段，此段被加熱到530℃～580℃，完成低溫干餾。

（2）尾氣凈化。爐內出來的荒煤氣，由上升管進入冷凝回收系統，噴灑熱循環水初步冷卻，然后煤氣與冷循環水逆向運行完成最終冷卻。冷卻后氣液分離，冷卻下來的液體經管道流入循環水池，通過靜置沉淀油水分離，焦油泵打到焦油貯槽，循環水經管殼式換熱器冷卻后循環使用，循環水池封閉運行。煤氣經管道進入電捕焦油器，把煤氣攜帶的焦油、粉塵吸附回收，回收率達98%。通過電捕處理后的煤氣純凈度很高，熱值1600 kcal/Nm3～1700 kcal/Nm3。煤氣通過羅茨鼓風機加壓后，一部分返回爐內加熱燃燒，多余煤氣輸出。

（3）焦油深加工。焦油在焦油貯槽中靜置脫水后，經預熱器加熱后，進入一段蒸發器進行脫水。頂部溢出輕油和水的混合蒸汽冷卻后，油水分離，輕油進入焦油貯槽準備重蒸。脫水后的焦油經焦油加熱爐加熱，送往二段蒸發器，煤瀝青自二段蒸發器底部排出，作為瀝青成型的原料。二段蒸發器頂部溢出的餾分蒸汽進入混合油餾分塔，在塔內進行分餾，塔頂溢出的輕油蒸汽，冷卻后，油水分離，部分輕油返回塔頂打回流，其余輕油送往輕油槽。

焦油蒸餾工段來的未洗混合餾分，在餾分連洗泵前用稀堿液（13%NaOH）進行酸堿洗滌，自分離器底部分溢出的中性酚鈉由泵送入酚鈉蒸吹塔脫油、脫水，得到的凈酚鈉冷卻后作為酚鈉分解的原料。蒸吹塔底用間接蒸汽加熱并輔以直接蒸汽蒸吹。在分解器內，緩慢加入硫酸，用加酸速度來控制器內反應溫度。靜置分離后，硫酸鈉廢水送生化處理，粗酚送油庫。已洗混合餾分經預熱送入初餾塔，塔頂酚油蒸汽經冷凝冷卻、油水分離后，酚油流入貯槽，一部分送往初餾塔作回流，剩余部分入貯槽。塔底中性油送往精餾塔，最后餾出產品燃料油。來自焦油蒸餾的瀝青，進入瀝青高置槽，在高置槽中自然冷卻后送至油品配制裝置配置油品，或經瀝青冷卻運輸機冷卻成型。

（4）尾氣利用。荒煤氣經凈化后，產生焦爐尾氣，其中30%的煤氣通過羅茨鼓風機加壓后，回爐加熱燃燒；7%的煤氣進行物料干燥，剩下63%的煤氣（熱值約為1600 kcal/Nm3～1700 kcal/Nm3）輸出，供其他裝置用氣或者用來發電，有很高的利用價值。

三、褐煤提質技術的主要難點

從技術原理來看，現有各種褐煤提質技術，應該說都不是很復雜。但是，應用于工業生產，問題很多，國外雖然已經研究多年，仍然沒有一個理想的技術解決這些問題。其中重要的原因有以下方面：

1.褐煤提質技術進行工業應用，需要處理的褐煤量大，相應的產品產量、衍生物的產量很大。但由此需要配套的設備尺寸龐大、數量眾多，使許多在實驗室甚至中試階段認為可行的技術方案，在實際工程中則遇到難以逾越的技術障礙。

2.褐煤極其產品與衍生物的特性復雜多變。褐煤極易著火，因此各種工藝過程均須嚴格控制著火發生條件，對裝置的防火措施也要做到位。其副產物荒煤氣由于量很大，需要配套更多的裝置，甚至是電網的配合，這對資金不是很雄厚的業主來說，有一定的挑戰性。

四、結束語

總之，目前國內外褐煤提質技術大多數處于試驗研究和工程化初始應用階段，各種不同的褐煤提質技術在具有自身優勢的同時，也存在明顯的缺陷。大部分技術工業系統復雜，系統運行可靠性低，對環境有著比較大的污染。因此，開發系統簡單可靠、高效低污染、成本低廉的褐煤提質技術的產生并盡快工業化，是褐煤提質技術的整體發展趨勢。

參考文獻

[1]周穎，郭樹才，羅長齊.褐煤固體熱載體干餾技術.大連理工大學煤化工研究所.

[2]肖平，李強，呂海生.西安熱工研究院有限公司.陜西西安.

[3]陳啟文等.煤化工工藝[M].北京：化工工業出版社，2008.