國內低階煤最新熱解提質梯級利用技術發展概述

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梯級利用技術，并總結了各自的技術特點，同時提出開展和建設低階煤分質轉化項目建議。

關鍵詞：低階煤；熱解提質；梯級利用；概述

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

1 低階煤提質利用背景

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，主要特征為揮發分高、含水量高、發熱量低、易燃易碎、不適宜長距離運輸，褐煤在這方面尤其突出，應用受到很大限制。國家“十三五”規劃綱要中，將“煤炭清潔高效利用”列為九項重大工程之一，特別是將“低階煤中低溫熱解分質轉化”列為國家“十三五”時期“能源發展重大工程”和“能源關鍵技術裝備”。低階煤分質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，實現煤炭的分質，得到氣（煤氣）、液（焦油）、固（半焦）三相物質，這是目前能耗、物耗最低的煤炭轉化方式。

目前，我國已開發了很多熱解工藝，如煤炭科學研究總院的多段回轉爐（MRF）熱解技術[1]，大連理工大學研究開發的DG工藝[2]，浙江大學的多聯產技術[3]，中國科學院過程工程研究所“煤拔頭”工藝[4]，大唐華銀電力股份有限公司低階煤低溫熱解改質利用技術（LCC）[5]等。筆者現將近年來新開發研制的幾種低溫熱解技術作一簡要概括并總結其技術特點，為盡早實現低階煤綜合利用的工業化，促進能源結構合理調整和產業結構升級轉型，產生積極的促進作用。

2 近年低階煤主要熱解提質技術概況

2.1 低階煤旋轉床低溫干餾制油、制氣分質利用技術

該技術由河南龍成集團有限公司開發，解決了梯級供熱智能控溫、高溫旋轉動態密封兩大煤干餾技術難題，并在世界范圍內率先實現了規模化、工業化穩定運行，為低階煤分質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，其單套裝置處理能力達100噸/小時，潔凈煤、煤焦油、煤氣產率分別為71.53%、11.05%、9.87%。能源轉換效率達90.7%，技術原料適應性很強（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，使潔凈煤熱值提高5%-10%；制油成本1724元每噸，制氣成本1.57元每立方米，經濟效益明顯。

2.2 氣化-低階煤熱解一體化技術（CGPS）

該技術由陜煤化集團開發并建成處理煤量為1萬噸/年工業化試驗裝置。該技術的工藝特點主要有：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，在熱量上實現自平衡；產生的熱解氣主要成分為CO、CH4和H2，含有少量的N2，熱值高、品質較好；焦油產率高，且焦油中高附加值輕質組分多，油品品質高，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；單位產品CO2排放量明顯降低，基本實現污水零排放，節能環保優勢明顯；實現了能量、物料、產品、工藝和裝置的多重耦合。該技術推進了低階煤定向熱解制高品質焦油與煤氣技術研發進程，居世界一流水平。

2.3 內構件移動床熱解技術

該技術由中科院過程工程研究所開發，西南化工研究設計院完成40萬噸/年示范項目工程設計。該技術的核心在于使用內構件移動床反應器，通過傳熱強化板、熱解產物通道等內構件調控傳熱、傳質，優化傳遞與熱解反應間的匹配關系，實現重質組分在反應器內的選擇性吸附截留，再分解重質組分，增加輕質組分，并通過反應器內部的顆粒床層的過濾減少熱解產物的粉塵夾帶。同時，通過短途徑快速導出熱解產物，避免熱解產物在高溫區的過度二次反應而降低焦油產率。

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，所收集的油輕質組分含量高達70%以上，塵含量僅0.2%。我國目前每年生產消耗褐煤、次煙煤達到20億噸，若將本項目示范的熱解技術應用這些低階煤，產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，大幅帶動煤低溫熱解制油氣產業的發展。

2.4 中-低溫分段熱解提烴技術

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

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

3 結論

低階煤經過提質后，可作為優質水煤漿原料和優質動力燃料，實現了低階煤資源利用價值最大化。開展低階煤分質轉化項目重點就是要開發出煤種適應性強、技術指標先進的核心技術和關鍵設備。項目建設應綜合考量水資源、煤資源、交通運輸、環境容量等條件，科學布局，推動熱解工藝向規模化發展；建立健全低階煤分質利用排放標準，通過先進凈化、硫回收等技術，有效降低污染物排放，實現能源高效轉化和經濟綠色發展。

參考文獻：

[1]馬國君，戴和武，杜銘華.神木煤回轉爐熱解實驗研究[J].煤炭科學技術，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工業性試驗[J].大連理工大學學報，1995，35（01）：46-50.

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

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

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