专题-褐煤提质处理研究现状与关键技术.doc

1、褐煤提质处理研究现状与关键技术 摘要：简述了褐煤提质技术的基本原理和发展状况；介绍了褐煤提质的基本情况和相关的技术；对干燥、热解和成型技术做了详细阐述；同时对我国提质技术的发展远景进行了展望。关键词：褐煤、提质技术、展望Present Process and Research Situation for Quality Upgrading Technology of Lignite and Key Technologies Abstract：Author has briefly described the basic principle for quality upgrading techno

2、logy of lignite and its present development situation;has introduced the basic situation of quality upgrading of lignite and related technology;has introduced the drying,pyrolysis,molding technology carefully;at the same time has prospected the development of the key technology of lignite upgrading

3、in china.Keywords:lignite；upgrading technology；prospect1.前言 我国煤炭生产量大，消费量大。占我国能源结构的70%以上。伴随着我国经济的快速发展和对能源的需求与日俱增，优质煤炭资源已经不能满足市场需求，所以适时开发褐煤将有效缓解局面。我国褐煤主要分布在内蒙古东部和东北地区，已探明储量1303亿t1，约占全国探明煤炭保有资源量的13。由于褐煤价格低廉且反应活性较高，逐渐受到市场的青睐。但其煤化程度低，水分含量高、易挥发成分大、单位质量产生的热量低2等的特点，且容易在风吹日晒下氧化碎裂、自燃、很难找到好的洗选加工方法和存贮方式， 这会使褐煤运

4、输费用较大， 不能够运输到较远的地方， 这又会使褐煤的应用比较困难。所以为了降低褐煤水分，提高发热量，使其满足一般的用煤要求同时产生高附加值产品，褐煤提质将是实现褐煤高效清洁利用的有效途径。2.褐煤提质技术基本原理 褐煤提质是指通过物理的或化学的手段使褐煤质量获得提高的过程。在一定温度下，可使水分蒸发和含氧官能团消失。同时使其非可燃体降低，从而降低水汽带走的能量损耗。从而使褐煤单位质量释放更多的热量，使其具有类似烟煤性质3。所以经过提质后的褐煤能够应用的地方会很多。 褐煤中的水以四种状态存在。当大气压下加热到水的沸点时，大部分外在水分被蒸发掉；继续提高50 时，煤颗粒内部毛细管中的内在水分开始

5、蒸发出去，一些官能团中的化学键断裂，以CO2气体的方式释放出去，同时褐煤中的结合水也受热蒸发掉；进一步加热，将使越来越多的官能团分解，褐煤表面性质也将因此而发生显著改变4。当褐煤温度加热到200以上是，受热使其表面积大大降低。褐煤受热后，水分比原来降低了一大半，发热量也会提高，不但能一定程度上防止褐煤自燃，便于运输和贮存，而且有利于其在发电、造气和化工等行业的使用5。3.褐煤提质技术研究现状 随着国内外对能源的需求量急剧增加，开发和利用褐煤的项目不断地开展，目前褐煤提质加工技术主要包括干燥、热解提质和成型技术。另外，国内正在研究通过生物的方法使褐煤降解产生黄腐酸。3.1褐煤干燥提质技术 褐煤干

6、燥脱水技术有许多，大致可分为机械脱水、蒸发脱水、和非蒸发脱水三类6。大多数的选煤厂通过使用机械的方法脱除褐煤中的水，但是简单的机械脱水从效率和处理量上尚不能达到褐煤的脱水要求。3.1.1褐煤蒸发提质技术 褐煤蒸发提质是指在较低温度下，通过使用干燥介质如过热蒸汽、烟道气或热油对褐煤进行干燥的加工方法。蒸发提质能使褐煤中的水分减少，使其燃烧过程能产生更多的热量，关于褐煤自燃的问题还是不能够解决，所以只能用于热解前的水分降低。目前工业上对于褐煤干燥技术应用最普遍的有3种褐煤干燥技术，分别是转筒式、振动式和管式干燥工艺。转筒式的核心是一个略微倾斜并能回转的圆筒，圆筒的倾角可调。振动式干燥工艺就是使褐煤

7、颗粒在振动的情况下流动，使其与干燥介质对流从而实现降低水分的目的。管式干燥工艺的特点是在褐煤干燥的同时，利用无粘结剂冷压型煤技术将其压成型煤，从而使其热传导比较快而且稳定，此技术对于年轻煤种的应用效果较好。3.1.2褐煤非蒸发提质技术 褐煤非蒸发提质是指在一定的条件下，通过使褐煤与高温的气体或溶剂接触，从而使褐煤中的水分以液态的形式被脱除出去的加工方式。热效率高，且其无论是物理结构还是化学结构都发生了变化，亲水性减弱，转变为洁净而且高效的燃料。如日本的DK非蒸发脱水工艺能够实现不在蒸发状态下以使褐煤中的水分以液态形式脱除出褐煤、德国多特蒙德大学研究开发的热压脱水工艺从热法脱水和机械脱水上吸取优

8、点，在热和机械力的作用下使褐煤中的水以液态形式脱出。3.2褐煤热解提质技术 褐煤热解提质是指褐煤在无氧条件下,一系列物理和化学反应在较高温度下发生，最终得到热解煤气、焦油或酚类产品、焦炭或半焦产品的加工方法。使褐煤中水分在热解后大部分蒸发，热值升高，热解煤气可以作为化工原料和燃料气，焦油或酚类产品加工可以得到液体燃料，半焦可以用来作为吸附材料和还原剂，还可以作为燃料。3.2.1国外的褐煤热解提质技术 国外典型的褐煤热解提质工艺有美国的LFC褐煤提质技术、德国的Lurgi-Ruhrgas热解技术、澳大利亚联邦科学与工业研究所（CSIRO）研究开发的流化床快速热解工艺、日本的煤炭快速热解技术等。

9、美国的LFC工艺7是一种轻度热解工艺，原煤经过破碎、筛分后，再经过干燥使其水分降低，之后进入热解旋转炉，整个热解的过程条件必须进行严格控制。在这里，褐煤被高温的循环热气流加热到500左右，此过程产生的具有挥发性的气体被带入到循环气流中。半焦产品在经过热解反应后温度被迅速降低、反应结束。热解器排出的烟气经过分离器除去带出来的固体颗粒，之后回收到温度很低的焦油产品。对于组分很低的烟气可以为此过程提供一定的热量。3.2.2国内的褐煤热解提质技术在国内有不少的单位在研究褐煤热解，典型的有大连理工大学开发的褐煤固体热载体干馏多联产(DG)工艺、煤炭科学研究总院北京煤化工分院开发的多段回转炉(MRF)热解

10、工艺 。 大连理工大学开发的褐煤固体热载体法8快速热解技术是通过使用焦粉做为热的传载体，与褐煤接触后快速对其进行加热，热解反应产生高热值的干馏产品。此工艺能够获得产率很高的焦油，而且处理能力比较大，此过程废水的产生量也很少。煤炭科学研究总院北京煤化工分院开发的多段回转炉(MRF)热解工艺是将粒度为630mm的褐煤先在干燥器中脱水后进入外热式回转热解炉中低温热解，热解产生的半焦在冷却回转炉中用水冷却熄焦后得到提质半焦产品，对于热解炉排出的气体要进行处理从而进一步利用。3.3褐煤成型提质技术 褐煤成型提质是指褐煤凝胶结构和孔隙系统在剪切或高压等物理作用后受到不可逆的破坏，从而通过物理结构形式的改变

11、使其煤化程度提高的加工方法。具体的加工过程可分为两步：第一步是先在干燥器中对其进行干燥脱水，第二步是对干燥处理后的褐煤进行冷却、分离，从而得到成型褐煤。成型提质技术被普遍应用于褐煤提质。典型的工艺有：无粘结剂冲压成型工艺、澳大利亚怀特(WHITE)公司无粘结剂BCB辊压成型工艺。澳大利亚、印度等国的无粘结剂冲压成型工艺是由德国推广到的。加工工艺过程是在干燥器中将褐煤水分降到12%18%，再经过冷却、分离过程后并被破碎至06mm,然后将其送入带式型煤机，压力成型（无需添加任何粘结剂）。3.4生物降解褐煤生产黄腐酸技术 生物降解褐煤生产黄腐酸技术是利用组合菌进行阶段混合发酵，褐煤降解生成黄腐酸的加

12、工技术，目前正处在研究阶段，此项技术一旦成熟，将会为褐煤的高效清洁利用开拓出一条新的道路。4.我国褐煤提质技术前景 我国的褐煤资源丰富，在优质煤炭资源被大量开发利用的背景下，综合高效的开发利用褐煤资源保证能源供应已经成为当前煤炭领域的热点。随着国家“煤炭深加工示范项目规划”等政策的出台，褐煤的开发利用趋势大致有以下几点：1)褐煤提质技术以干馏为主，干燥为辅 当前动力煤价格偏低且不稳定，干馏提质能够获得许多有附加值的产品，其价值远远比干燥提质所得产品要大，这不仅有较强的市场竞争力，而且能够实现褐煤的高效洁净利用。2)褐煤提质产品的多功能应用 褐煤干馏提质，可得到热值高的动力煤，还可得到附加值高的

13、煤气、半焦、焦油等产品。煤气转化制氢，所得H2不仅可以作为焦油加氢原料，还可作为清洁的燃料。对于半焦产品可以直接用于发电，还可作为化工产品的合成原料。褐煤热解所得的焦油产品组成很复杂，目前已从中分离并认定的单种化合物约500 余种，9可以通过化学工艺得到燃料油。3)高效率高质量褐煤提质设备的研发 随着褐煤的不断开发，迫切需要处理能力大、具备耐磨损等优点的褐煤提质设备，所以设备大型化是发展的趋势。大型化设备不仅占地面积小、节省投资，而且生产效率高、可靠性强。4)实现褐煤绿色加工褐煤干燥脱水过程存在易扬尘、环境污染大的问题，干馏提质过程中由于褐煤含水量大，热解过程中产生大量的废水，且这些废水回收比

14、较困难且含有苯、酚等有害物质，所以高效的处理并利用废水，仍然是一个难题。随着国家越来越重视环境保护，褐煤的绿色加工必将成为趋势，这也依赖于新的绿色加工技术的出现。5.结语 1)基于我国能源的分布和需求特点，褐煤的高效开发、洁净利用必将成为一种趋势。 2)我国的褐煤提质取得一定的成就，但在技术路线、系统流程和工程应用上,仍存在许多问题。所以我国的褐煤提质技术的完善仍有很长的一段路要走。 3)褐煤提质产品的综合利用，延伸产业链，必将促进褐煤的可持续发展。 4)国家政策的支持、国外先进技术的引进以及自主开发能力的提升，将使我国褐煤提质技术取得长足的进步。参考文献1 章卫星，夏吴褐煤综合利用探讨J化工

15、设计，2011，21(1)：42442 MTHo，G W Allinson，D E Wiley Factors affecting the cost of capture for Australian lignite coal fired power plantsJ Energy Procedia， 2009，l( 1) : 7637703 杨新华利用饱和蒸汽进行褐煤提质的方法P中国102002412 A2011一O4 064 吴植仁褐煤提质炉P中国102102021 A，201106225 屈进州，陶秀祥，刘金艳，等褐煤提质技术研究进展J煤炭科学技术，2011，39(11)：1211256 夏浩，刘全润，马名杰褐煤提质技术现状J洁净煤技术，2010，16(4)：56587 The U.S.Department of Energy & ENCOAL Corporation & Rosebud SynCoal Partnership.Upgrading of Low-Rank Coals. Topical Report， 1997.8 郭树才. 年轻煤固体热载体低温干馏J