劉 佳，張 興

(山西省化工設(shè)計院，山西 太原 030024)

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低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的工業(yè)化進程

劉 佳，張 興

(山西省化工設(shè)計院，山西 太原 030024)

介紹了低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)勢、基本路線，分析了我國低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)的工業(yè)化進展現(xiàn)狀及存在問題，指出分質(zhì)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)是今后國家煤炭清潔高效利用的戰(zhàn)略之一。

低階煤；分質(zhì)轉(zhuǎn)化；多聯(lián)產(chǎn)

我國“富煤、貧油、少氣”的能源特點決定了我國能源結(jié)構(gòu)以煤為主的局面將會持續(xù)很長時間。然而，隨著社會公眾對環(huán)保關(guān)注度的提高，煤炭帶來的環(huán)境問題也日益引發(fā)關(guān)注。因此，研究煤的清潔高效利用是國家的發(fā)展戰(zhàn)略之一。

我國低階煤資源豐富，已探明儲量中低階煤占煤炭儲量的55%以上，主要分布在內(nèi)蒙古、新疆、陜西、寧夏、云南等地。其中，新疆哈密的長焰煤煤焦油質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%以上，陜北榆林的不粘煤煤焦油質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%～8%[1]。近10年， 我國優(yōu)質(zhì)煤炭資源不斷減少，“劣質(zhì)”低階煤因其儲量豐富，資源優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。對儲量豐富的低階煤資源進行提質(zhì)、加工、綜合利用，實現(xiàn)油、氣、化、電、熱的多聯(lián)產(chǎn)，達到對煤炭資源的清潔高效利用，成為我國煤化工發(fā)展的熱點。

1 低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)的路線

低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)是以低階煤為原料，針對各組分具有不同反應(yīng)活性的特點，通過耦合煤熱解、燃燒和合成等工藝過程，在熱解爐中將煤中反應(yīng)活性高的有機組分提取轉(zhuǎn)化為煤氣和焦油。煤氣可用作燃氣、合成液體燃料或生產(chǎn)化學(xué)品；所產(chǎn)生的焦油可用于燃燒、提取化學(xué)品或加氫提質(zhì)制取燃料油；反應(yīng)活性差的富碳半焦可用于煉鋼廠、制取活性炭或燃燒供熱發(fā)電。煤熱解與熱解產(chǎn)品利用工藝的有機結(jié)合，提高了系統(tǒng)的能量和物質(zhì)集成度，降低了單位投資運行成本。多聯(lián)產(chǎn)能夠進一步實現(xiàn)煤炭資源的高效轉(zhuǎn)化和清潔利用，更好地發(fā)揮低階煤分質(zhì)利用的優(yōu)勢。低階煤分質(zhì)利用典型加工路線如圖1所示[2]。

圖1 低階煤分質(zhì)利用多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)典型加工路線

2 低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的工業(yè)化進展

一直以來，國內(nèi)外對以褐煤為代表的低階煤熱解提質(zhì)工業(yè)化技術(shù)進行了大量的實踐研究。目前，我國已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化運行的項目主要有：采用GF型直立方爐工藝的錫林浩特國能能源50萬t/a褐煤提質(zhì)項目，采用LCC工藝的大唐30萬t/a褐煤提質(zhì)項目，采用帶式爐提質(zhì)工藝的蒙元30萬t/a褐煤提質(zhì)項目，采用浙江大學(xué)循環(huán)流化床熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的云南小龍?zhí)?×30萬kW熱-電聯(lián)產(chǎn)項目，采用大連理工大學(xué)固體熱載體工藝的陜西神木60萬t/a低階煤熱解項目，采用河南龍成集團自主研發(fā)的低階煤旋轉(zhuǎn)床熱解技術(shù)的1 000萬t/a規(guī)模的旋轉(zhuǎn)床干餾裝置等。

2.1 GF型低階煤熱解工藝技術(shù)[3]

GF型低階煤熱解及產(chǎn)品綜合利用技術(shù)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，同時輔以分段分層處理、干法熄焦、煙氣循環(huán)等手段，進一步實現(xiàn)了低階煤的規(guī)?；咝豳|(zhì)工業(yè)化。GF型低階煤熱解褐煤提質(zhì)工藝流程見圖2。

圖2 GF型低階煤熱解褐煤提質(zhì)工藝流程圖

將原料煤置于煤斗內(nèi)，利用冷卻段返回的熱煙氣進行預(yù)熱后進入干燥段脫水，原料煤中僅存留不高于5%的水分， 同時煤溫提高到150 ℃， 干燥段煙氣送去冷卻段冷卻半焦，干煤繼續(xù)向下運行至熱解段熱解， 熱解溫度約為560 ℃。熱解段產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)除塵凈化后進入冷鼓回收焦油和煤氣，煤氣再由加壓機送回提質(zhì)爐供干燥和熱解段燃燒使用。熱解半焦向下運行進入冷卻段冷卻至80 ℃以下， 由推焦機推入埋刮板機后匯集輸送至儲焦倉。

該工藝運行相對安全，生產(chǎn)工藝簡單，路線易操作。但產(chǎn)品質(zhì)量較差，只能作為電廠動力煤使用；干燥段產(chǎn)生水蒸氣直接排放，無法回收利用；濕法熄焦耗水量大，且產(chǎn)生的煤泥水難以處理，能源利用效率低。

2.2 LCC工藝[4]

低階煤轉(zhuǎn)化技術(shù)(LCC)是由中國五環(huán)工程有限公司與大唐華銀合作開發(fā)的，是在美國伊煤公司低溫煤液化技術(shù)基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)完善的新型提質(zhì)技術(shù)。LCC技術(shù)是一種氣體熱載體技術(shù)，由干燥模塊、熱解模塊、激冷模塊、精制鈍化模塊等組成。原料煤經(jīng)干燥爐干燥、熱解爐熱解(熱解溫度約為550 ℃)后，半焦經(jīng)精制鈍化后成為最終產(chǎn)品，熱解氣經(jīng)過激冷回收其中的煤焦油后循環(huán)使用。其工藝流程如圖3所示。

圖3 LCC工藝流程圖

該技術(shù)適應(yīng)煤種能力強，原料煤粒度在6 mm～50 mm。同時，該技術(shù)可以通過靈活調(diào)節(jié)工藝參數(shù)來獲得不同的半焦、焦油產(chǎn)率和品質(zhì)。LCC工藝采用氣載體薄層干燥技術(shù)，有利于煤中揮發(fā)分的析出，再加上利用其專有煤焦油收集技術(shù)的應(yīng)用，可獲得較高收油率[5]。但是，該技術(shù)褐煤破碎率高，全系統(tǒng)出塵量10%，導(dǎo)致焦油產(chǎn)品中固性物含量高；濕法熄焦耗水量大，且產(chǎn)生的煤泥水難以處理，粉煤回收后干燥成型難度大。

2.3 帶式爐改性提質(zhì)工藝[6]

帶式爐低溫干餾技術(shù)是由北京柯林斯達科技發(fā)展有限公司在改性提質(zhì)帶式干燥爐基礎(chǔ)上進行的研發(fā)。此技術(shù)將原單一溫度的爐體分為干燥、熱解提質(zhì)、冷卻3部分。其中，干燥溫度300 ℃，熱解溫度500 ℃～600 ℃。原料煤由入爐端均勻分布在輸送帶上，在中性氣氛下依次經(jīng)過干燥段、熱解提質(zhì)段，與熱煙氣換熱完成干燥脫水和熱解提質(zhì)過程后進入冷卻段，被冷煙氣冷卻成為提質(zhì)煤。改性提質(zhì)熱源來自熱風(fēng)爐，炭化提質(zhì)熱源來自自產(chǎn)煤氣。該工藝同時副產(chǎn)焦油。其工藝流程如第55頁圖4所示。

圖4 帶式爐改性提質(zhì)工藝流程圖

該技術(shù)的反應(yīng)器采用變溫帶式爐，加熱方式為氣體熱載體，提質(zhì)效率高，熱煙氣含氧量低，煙氣達標(biāo)排放；半焦采用干法熄焦，不產(chǎn)生工業(yè)廢水；熱風(fēng)爐采用流化床石灰石脫硫技術(shù)，煙氣達標(biāo)排放。但原料煤只能采用15 mm～30 mm塊煤，同時有一定的熱量損失。

2.4 循環(huán)流化床熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)[7]

循環(huán)流化床為基礎(chǔ)的煤炭熱解燃燒分級轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是由浙江大學(xué)開發(fā)的。該多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)將流化床熱解爐與循環(huán)流化床鍋爐緊密結(jié)合，通過合適的技術(shù)路線獲得液體燃料、電力、化學(xué)品等產(chǎn)品的聯(lián)產(chǎn)。具體工藝如圖5所示。

圖5 循環(huán)流化床熱電氣多聯(lián)產(chǎn)工藝流程

原料煤經(jīng)給料機進入流化床熱解爐內(nèi)，與高溫循環(huán)灰混合受熱后，快速升溫并發(fā)生熱解，析出高熱值揮發(fā)分。揮發(fā)分進入旋風(fēng)分離器，在其中大部分半焦與循環(huán)物料被分離下來。粗煤氣進入洗滌塔、電捕焦油器后，部分粗凈化后的煤氣通過循環(huán)風(fēng)機加壓作為熱解爐流化介質(zhì)送回?zé)峤鉅t底部，其余煤氣則經(jīng)脫硫等凈化設(shè)備凈化后供民用或經(jīng)變換后合成其他化工產(chǎn)品。電捕焦油器收集下來的焦油可用于提取化學(xué)品或改性合成高品位合成油。熱解爐分離器分離下來的半焦與循環(huán)物料被送入循環(huán)流化床鍋爐中燃燒。循環(huán)物料在爐膛內(nèi)部被重新加熱后送入流化床熱解爐進行新的循環(huán)。循環(huán)流化床鍋爐和尾部受熱面中生成的水蒸氣用于蒸汽輪機發(fā)電或供熱及制冷等。

浙江大學(xué)開發(fā)的熱解燃燒分級轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)工藝簡單先進，工藝參數(shù)要求低，設(shè)備投資低，原料適應(yīng)性廣，高溫半焦可直接燃燒利用。在產(chǎn)生蒸汽發(fā)電的同時，還可生產(chǎn)高品質(zhì)煤氣和焦油。但是，該技術(shù)循環(huán)熱灰量較大，且在提升過程中循環(huán)氣用量較大，能耗較高。

2.5 固體熱載體熱解技術(shù)[8]

褐煤固體熱載體新法干餾工藝(簡稱DG 工藝)由大連理工大學(xué)開發(fā)。原料煤破碎至6 mm以下，經(jīng)550 ℃左右熱煙氣加熱后提升至干煤倉，再與800 ℃左右熱半焦混合進入熱解反應(yīng)器快速發(fā)生熱解反應(yīng)，得到半焦、煤氣和煤焦油產(chǎn)品。主要流程如圖6所示。

圖6 固體熱載體熱解技術(shù)工藝流程

該工藝僅用于熱解褐煤、油頁巖和年輕煤種，具有煤氣熱值高、焦油產(chǎn)率高、單套裝置處理量高、廢水量小等優(yōu)點，但存在氣固分離設(shè)備較多、混合不均且耗時較長、 排渣受溫度影響較大以及粉塵帶出量過大等問題。

2.6 低階煤旋轉(zhuǎn)床熱解技術(shù)

由河南龍成集團有限公司自主研發(fā)的低階煤旋轉(zhuǎn)床熱解技術(shù)于2010年初完成工業(yè)試驗，2011年實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。其主要工藝流程如圖7所示。

圖7 低階煤旋轉(zhuǎn)床熱解技術(shù)工藝流程

首先，通入氮氣將爐窯中的空氣進行置換，低階原料煤從落煤塔通過皮帶輸送到受料緩沖倉，再經(jīng)給料裝置送入提質(zhì)窯。氣柜來的煤氣經(jīng)配風(fēng)后進入提質(zhì)窯內(nèi)輻射管，經(jīng)輻射傳熱間接與原料煤進行換熱。原料煤在提質(zhì)窯被加熱到550 ℃提質(zhì)后進入換能室冷卻到約200 ℃，經(jīng)噴水加濕降溫后通過皮帶輸送到提質(zhì)煤儲倉。氣體從提質(zhì)窯中出來后經(jīng)除塵進入冷鼓工段，回收其中的焦油。

建成的基于低階煤旋轉(zhuǎn)床熱解的1 000萬t/a工業(yè)生產(chǎn)裝置，具有單套裝置規(guī)模大、水資源消耗低、能源轉(zhuǎn)換效率高等特點。特別是粉煤的利用，提高了原料的適用性，提質(zhì)煤可作為高質(zhì)量的噴吹煤原料，配合自主研發(fā)的酚氨回收技術(shù)，提取廢水中的有效成分，項目經(jīng)濟效益顯著、環(huán)保效果好[9]。

3 低階煤轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的意義

煤熱解技術(shù)具有極強的延展性和耦合性，能夠?qū)崿F(xiàn)煤、油、氣、電、化多聯(lián)產(chǎn)一體化。以煤熱解為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，利用較少的能量將煤熱解，得到氣、液、固3種產(chǎn)品，耦合煤炭發(fā)電和多種煤化學(xué)品加工工藝[10]，實現(xiàn)煤炭的高效轉(zhuǎn)化、分級分質(zhì)、清潔利用，形成了資源—能源—環(huán)境一體化的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，對我國能源利用意義重大。

3.1 提升油氣自給能力，降低油氣成本

低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)原料適應(yīng)性強，油氣產(chǎn)率高、質(zhì)量好。若按平均每噸低階煤產(chǎn)甲烷氣率4.2%和產(chǎn)油率7.1%估算，每年可從全國消費的19.2億t低階煤中提取液化天然氣(LNG)0.81億t、燃料油1.37億t、發(fā)電3.22×104億kWh，實現(xiàn)低階煤的最大化利用，有效提升我國油氣自給能力，降低我國油氣對外依存度，提高國家油氣安全保障。

使用低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)可有效降低油氣成本，項目的水耗僅為傳統(tǒng)煤化工的1/7，而投資只占傳統(tǒng)煤化工的1/3。低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)的大規(guī)模推廣，將大幅降低現(xiàn)有油氣成本，進而有效提升我國出口產(chǎn)品的國際競爭力。

3.2 促進節(jié)能減排，實現(xiàn)煤炭清潔利用

低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)可通過熱解進行脫硫、脫氮、脫除熱解水，避免了散煤以及干煤運輸?shù)奈廴疚锱欧牛瑴p少溫室氣體排放，減少無效能耗，實現(xiàn)煤炭高效轉(zhuǎn)換、清潔利用。

4 結(jié)語

國家能源局發(fā)布的《煤炭清潔高效利用行動計劃(2015-2020年)》明確，將以中低溫干餾制氣、制油為主要產(chǎn)品路線的煤炭分質(zhì)分級多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)列入國家煤炭清潔高效利用戰(zhàn)略中。為此，低階煤低溫干餾制油、制氣分質(zhì)利用技術(shù)的研發(fā)應(yīng)將結(jié)合產(chǎn)品路線、工藝技術(shù)和工業(yè)化應(yīng)用作為發(fā)展重點，解決低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在工業(yè)示范裝置工程實踐中出現(xiàn)的問題，繼續(xù)完善生產(chǎn)工藝，并配套建設(shè)油、氣回收系統(tǒng)，形成最佳產(chǎn)品方案， 提高原料的整體利用效率，促進我國煤炭轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級。

[1] 張國昀.低階煤分質(zhì)利用的前景展望及建議[J].當(dāng)代石油石化,2014,22(9):20.

[2] 白太寬.煤炭低溫?zé)峤舛嗦?lián)產(chǎn)技術(shù)——實現(xiàn)煤炭清潔高效利用的最佳途徑[J].煤炭加工與綜合利用,2014(12):8-9.

[3] 馬忠云，劉振強，苗文華.新型褐煤低溫干餾工藝的設(shè)計與應(yīng)用研究[J].煤質(zhì)技術(shù),2011,17(3):54-56.

[4] 方夢祥，曾偉強，岑建孟，等.循環(huán)流化床煤分級轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用[J].廣東電力,2011,24(9):1-7.

[5] 張宗飛.試論低階煤的綜合利用途徑及其技術(shù)經(jīng)濟分析[J].化肥設(shè)計,2014,52(1):2-3.

[6] 董金澤，馬嫚.芒來煤礦褐煤改性提質(zhì)試驗研究[J].煤質(zhì)技術(shù),2010,16(4):70-72.

[7] 岑建孟，方夢祥，王勤輝，等.煤分級利用多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)及其發(fā)展前景[J].化工進展,2011,30(1):91-92.

[8] 周琦.低階煤提質(zhì)技術(shù)現(xiàn)狀及完善途徑[J].潔凈煤技術(shù),2016,22(2):28.

[9] 林火燦.爭議“煤制氣”[N].經(jīng)濟日報,2014-04-14(013).

[10]尚建選，王立杰，甘建平.陜北低變質(zhì)煤分質(zhì)綜合利用前景展望[J].煤炭轉(zhuǎn)化,2011(1):93.

Industrialization progress for poly-generation technology of low rank coal conversion utilization

LIU Jia, ZHANG Xing

(Shanxi Provincial Chemical Design Institute, Taiyuan Shanxi 030024, China)

This paper introduces the advantages and the basic line of poly-generation technology of low rank coal conversion utilization, and analyzes industrialization status and existing problems of poly-generation technology of low rank coal conversion utilization, and points out poly-generation technology of the low rank coal conversion is one of effective utilization strategy of coal cleaning in China in the future.

low rank coal; conversion utilization; poly-generation

2016-05-19

劉佳：女，1983年出生，2009年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，研究生，碩士學(xué)位，主要從事化工工藝設(shè)計工作。

綜述與論壇

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.15

TQ52

A

1004-7050(2016)05-0053-04