低階煤最大特點(diǎn)：水分大、發(fā)熱量低、揮發(fā)分高，褐煤尤其是年輕褐煤當(dāng)中往往含有褐煤蠟、腐植酸、鍺等稀有資源。所謂的分級(jí)分質(zhì)利用，就是依據(jù)煤自身的特點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品或清潔能源，使其資源、效益最大化。通常所說的分級(jí)分質(zhì)利用是指以煤熱解為先導(dǎo)，把煤當(dāng)中的有機(jī)質(zhì)分成兩部分，揮發(fā)分（油和氣）和固定碳（半焦），然后分別加以開發(fā)與利用。在獲得清潔能源同時(shí)，可有效緩解我國對(duì)石油、天然氣對(duì)外依存度，為保障國家能源安全起到良好補(bǔ)充作用。煤的分級(jí)分質(zhì)利用是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用，切實(shí)推動(dòng)我國能源生產(chǎn)革命、煤炭供給側(cè)改革、煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要有效途徑，完全符合《國家“十三五”規(guī)劃綱要》，將在“十三五”期間獲得有力政策傾斜，迎來難得的發(fā)展機(jī)遇。
據(jù)筆者多年研究和生產(chǎn)實(shí)踐，淺談一下體會(huì)，供業(yè)內(nèi)人士參考。
熱解工藝技術(shù)的選擇
如何選擇和設(shè)計(jì)熱解工藝技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)煤炭分級(jí)分質(zhì)利用核心所在，要結(jié)合自身煤質(zhì)特性和目標(biāo)產(chǎn)品來選擇或設(shè)計(jì)熱解工藝技術(shù)，尤其是干餾爐設(shè)計(jì)、選型及與其相對(duì)應(yīng)的油氣回收工藝技術(shù)。
1、按煤的粒度等級(jí)選擇相適應(yīng)的干餾技術(shù)
如按20-80mm、8-20mm、<>
2、入干餾爐前的煤必須干燥
干餾產(chǎn)生的廢水為難降解的高濃度有機(jī)廢水。入爐煤干燥主要目的就是降低工藝廢水量，在干燥脫水過程中還可回收水資源。同時(shí)，也相對(duì)提高了廢水回收酚、氨的經(jīng)濟(jì)性（工藝廢水量，只是熱解水在5%左右，所以酚、氨的濃度相對(duì)較高）。此外，也大大降低了干餾供熱（若煤以15%水分入爐，熱解溫度為550℃。干燥脫水與熱解供熱大體相當(dāng)，也就是說，煤的熱解很大一部分熱量消耗脫水上）。
3、干餾爐最好選擇移動(dòng)床漸溫?zé)峤庑问?/span>
移動(dòng)床干餾爐，除出焦系統(tǒng)外，均為靜體設(shè)備，設(shè)備磨損少、動(dòng)力消耗低。熱解又為漸溫?zé)峤膺^程，熱解產(chǎn)生的油氣逐漸上升，遇冷煤重質(zhì)焦油便凝析，隨煤的下行又進(jìn)入高溫區(qū)，重質(zhì)焦油會(huì)二次熱解，產(chǎn)生輕質(zhì)油；移動(dòng)床，煤層之間有很好的過濾作用。漸溫?zé)峤?，煤的熱崩碎幾率小。所以油氣?dāng)中的粉塵少，易于除去，確保油品質(zhì)量。
4、油品按溫度梯度進(jìn)行回收
煤的熱解，猶如焦油的常壓蒸餾過程，所以油品的回收最好按溫度梯度進(jìn)行。如在油氣除塵之后，水露點(diǎn)之前，采用直冷（油洗油）和電捕聯(lián)合方式回收重油，該油為無水、無塵重油，無需進(jìn)行油水分離（重油密度與水相當(dāng)，油水分離效果差。也為后面的油水分離奠定了基礎(chǔ)，因后面的油與水密度差大。如果重、中、輕油混在一起，進(jìn)行油水分離，其效果遠(yuǎn)不如此，所以這樣有利于油品質(zhì)量提高）；在水露點(diǎn)之后，采用間冷和終冷方式回收中油，該油與水的密度差較大，油水分離相對(duì)容易；煤氣當(dāng)中的氣體汽油回收，采用吸附和電捕方式回收輕油。該輕油可以用來洗滌干餾爐出口含塵油，稀釋后的含塵油黏度低，便于液固（油塵）分離，以便回收含塵中的重油。輕油再通過蒸餾形式加以回收，或往復(fù)使用。
這種油氣回收方式，把油分成重、中、輕三種油，有利于油品質(zhì)量提高（含水少），也有利于企業(yè)經(jīng)濟(jì)價(jià)值提高，也有利于后續(xù)油品加工。如重油提蠟后，加氫形成重柴油組分，或直接作為工業(yè)燃料油，或直接作為炭黑原料油等；中油提取化學(xué)品（酚、吡啶等）后，加氫形成石腦油、輕柴油等；輕油為經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的油品，為汽油餾分，通過簡(jiǎn)單精餾或加氫，可獲得溶劑油和優(yōu)質(zhì)汽油。
油水分離效果直接關(guān)系到油品質(zhì)量，對(duì)焦油后續(xù)加工十分重要。
焦油脫水的程度和處理同量焦油的蒸餾時(shí)間關(guān)系：
含水量 蒸餾時(shí)間
0.5—1.0% 16—20小時(shí)
2.0—3.0% 22—26小時(shí)
5.0—12% 36—48小時(shí)
5、熱解應(yīng)在富氫環(huán)境下進(jìn)行
煤在熱解過程中，是其本身的有機(jī)分子先受熱分解生成不穩(wěn)定的裂解自由基“碎片”，此時(shí)若有足夠的氫（活性氫）存在與其發(fā)生反應(yīng)，則自由基碎片就能飽和而穩(wěn)定下來，生成液體產(chǎn)物；如果氫不夠或沒有，則自由基碎片之間相互結(jié)合轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄缘慕?。富氫環(huán)境下熱解，就是通過外加氫來飽和煤熱解產(chǎn)生的自由基，避免自由基間相互聚合發(fā)生二次反應(yīng)，使自由基與氫結(jié)合生成輕質(zhì)焦油，從而提高產(chǎn)油率；富氫環(huán)境下熱解，另一大特點(diǎn)在于能明顯提高油品質(zhì)量，在臨氫、催化及一定溫度壓力作用下，煤焦油發(fā)生加氫脫硫、加氫脫氮、加氫脫氧、加氫脫金屬、烯烴和芳香烴加氫飽和以及加氫裂化（使沒轉(zhuǎn)化油進(jìn)一步裂化成輕組分，提高輕油收率）等反應(yīng)，達(dá)到除掉油品中的硫、氮、氧等雜質(zhì)及金屬雜質(zhì)并使烯烴飽和的目的，大大提高油品質(zhì)量和使用性能；此外，氫分子小，傳熱系數(shù)、效率高，有利于干餾過程供熱。
一般的加氫熱解需要純氫作為熱解反應(yīng)氣，昂貴的氫氣原料以及制氫所必需的氣體分離、凈化與循環(huán)等復(fù)雜的工藝過程，增加了加氫熱解工藝的成本與投資費(fèi)用。所以，尋找廉價(jià)的富氫氣氛代替純氫進(jìn)行煤加氫熱解以降低其成本已成為加氫熱解工藝發(fā)展方向，如熱解自產(chǎn)的煤氣、氣化產(chǎn)生的煤氣、焦?fàn)t煤氣、熱解炭黑尾氣等。在高壓下熱解，油氣在富氫環(huán)境下停留時(shí)間長，也有利于輕質(zhì)油產(chǎn)生。所以，高壓富氫環(huán)境下熱解，有利于產(chǎn)油率和油品質(zhì)量提高。在熱解過程中，還可添加適當(dāng)催化劑，實(shí)現(xiàn)催化加氫熱解，會(huì)使其更加完美。煤加氫熱解成了介于氣化和液化之間的第三條具有吸引力的煤轉(zhuǎn)化途徑。
目前煤的熱解技術(shù)主要存在問題：
1、塊煤氣體熱載體熱解技術(shù)相對(duì)比較成熟，如魯奇三段爐、三江爐等，主要問題，熱解煤氣被惰性氣體沖稀，熱解煤氣熱值低，不好利用。若以自產(chǎn)熱解煤氣作為熱載體，需要解決循環(huán)煤氣帶油問題，否則加熱爐積碳、結(jié)焦很難保證裝置正常連續(xù)進(jìn)行。
2、小顆粒熱解大部分采用固體熱載體或氣固熱載體方式，如大連理工的半焦熱載體、浙江大學(xué)的循環(huán)流化床熱灰熱載體等，最大技術(shù)瓶頸就是油氣除塵問題。該熱解為等溫?zé)峤?，熱解速度快，煤中的水分、揮發(fā)分瞬間逸出，煤的熱崩碎現(xiàn)象十分嚴(yán)重，無形當(dāng)中又給油氣除塵增加了難度。此外，該熱解技術(shù)設(shè)備磨損、動(dòng)力消耗也比較大。
如何解決小顆粒熱解油氣除塵問題？筆者認(rèn)為采用“預(yù)防、控制、把關(guān)”三原則，便可有效解決。預(yù)防，也就是說，設(shè)計(jì)干餾爐時(shí)要把所有問題要考慮清楚，在設(shè)計(jì)當(dāng)中得以解決。如采用間接加熱漸溫?zé)峤夥绞?，以防熱崩碎。多層加熱、集氣、?dǎo)出、布料，集氣具有除塵功能，設(shè)計(jì)油氣導(dǎo)出行走路線等等；控制，<><>
細(xì)煤粉可作為氣化原料，或動(dòng)力燃料。最好，作為腐植酸、土壤改良劑原料，可省去破碎環(huán)節(jié)。因低階煤尤其是褐煤，活性好，腐植酸含量較高，通過氧化、催化水解形成小分子有機(jī)肥。我國農(nóng)業(yè)土壤問題到了一個(gè)非治不可的關(guān)頭，同時(shí)全面構(gòu)建土壤環(huán)境治理體系也具備了“社會(huì)有共識(shí)，中央有決心，轉(zhuǎn)型有要求，糧食有保障，食品有安全”的絕佳條件，煤制有機(jī)肥（腐植酸、土壤改良劑等）是一個(gè)非常有朝陽產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)前景廣闊。同時(shí)，也有利于項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)性的提高。
煤的干餾與半焦氣化相結(jié)合形成煤制油、煤制氣產(chǎn)業(yè)鏈
工藝技術(shù)：半焦氣化獲得氣化煤氣，再以氣化煤氣作為干餾熱源，對(duì)煤進(jìn)行熱解獲得油和氣。從熱解煤氣、氣化煤氣分離出甲烷等輕烴物質(zhì)，形成LNG（或CNG）、LPG等產(chǎn)品。熱解煤氣當(dāng)中甲烷等輕烴物質(zhì)含量較多，非常適合煤制氣。解析氣，再通過變換、變壓吸附等獲取氫，對(duì)提取化學(xué)品后的煤焦油進(jìn)行加氫，便形成了煤制油。也就是說，通過煤熱解、半焦氣化便可形成煤制油、煤制氣的產(chǎn)業(yè)鏈。
技術(shù)主要特點(diǎn)：
充分利用了半焦氣化煤氣顯熱及富氫特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)煤的富氫環(huán)境下熱解。氣化煤氣不含有油，所以很容易在高溫下進(jìn)行氣固分離（除塵），可為熱解提供良好的熱載體。
半焦氣化，采用多元料漿氣化。改變了低階煤，尤其是褐煤成漿性差先天不足問題。關(guān)鍵是有效解決煤化工廢水、廢料老大難問題，使產(chǎn)業(yè)鏈廢水、廢渣處理簡(jiǎn)單化。不但節(jié)省大量投資，而且也大幅度降低成本。
與現(xiàn)代單獨(dú)煤制油或煤制氣相比優(yōu)勢(shì)明顯：充分體現(xiàn)低階煤特點(diǎn)，資源實(shí)現(xiàn)了階梯利用，褐煤本身熱解就可得到油和氣（揮發(fā)分）?，F(xiàn)代煤化工以煤氣化為龍頭，再合成油或合成氣，豈不是走了彎路。熱解與氣化相結(jié)合、氣化與環(huán)保相結(jié)合，便可形成煤制油、煤制氣完整產(chǎn)業(yè)鏈。并且解決了煤化工廢水、廢渣處理難技術(shù)問題；節(jié)省大量投資及降低了成本。若以年處理1000萬噸干煤為例，煤先干餾，半焦后氣化，則氣化裝置只需650萬噸便可，也就是說氣化裝置減少了35%的規(guī)模。而同等規(guī)模的干餾裝置投資，只是氣化裝置的20%左右。其過程僅是一個(gè)熱加工過程，常壓生產(chǎn)，不用加氫，不用氧氣，既可制得煤氣和焦油，所以成本低；煤的熱解不需要水，而且還可以回收水資源，有效緩解煤化工水容量大矛盾。
總結(jié)與建議
低階煤分級(jí)分質(zhì)利用首先要根據(jù)自家煤特點(diǎn)，制定總的開發(fā)工藝路線，尤其是要考慮褐煤（特別是年輕褐煤）富含蠟、腐植酸、鍺等稀有資源特點(diǎn)。要把這些有機(jī)結(jié)合起來，如褐煤蠟、腐植酸、提完蠟煤低溫干餾、半焦氣化（詳見筆者的《年輕褐煤商業(yè)開發(fā)價(jià)值》一文）相結(jié)合，煤低溫干餾、鍺提取、半焦氣化相結(jié)合，煤熱解、半焦氣化、腐植酸相結(jié)合等等，形成一個(gè)以煤熱解、半焦氣化為主線的煤制油、煤制氣現(xiàn)代煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，完全可以規(guī)避目前現(xiàn)代煤化工低油價(jià)、效益差、環(huán)境壓力大、水資源容量大等諸多不利因素影響，為煤炭行業(yè)目前轉(zhuǎn)型升級(jí)、去產(chǎn)能化提供了新的思路，也充分體現(xiàn)了國家“煤炭分級(jí)分質(zhì)利用”真正含義。
低階煤分級(jí)分質(zhì)利用首先要根據(jù)自家煤特點(diǎn)，制定總的開發(fā)工藝路線，尤其是要考慮褐煤（特別是年輕褐煤）富含蠟、腐植酸、鍺等稀有資源特點(diǎn)。要把這些有機(jī)結(jié)合起來，如褐煤蠟、腐植酸、提完蠟煤低溫干餾、半焦氣化（詳見筆者的《年輕褐煤商業(yè)開發(fā)價(jià)值》一文）相結(jié)合，煤低溫干餾、鍺提取、半焦氣化相結(jié)合，煤熱解、半焦氣化、腐植酸相結(jié)合等等，形成一個(gè)以煤熱解、半焦氣化為主線的煤制油、煤制氣現(xiàn)代煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，完全可以規(guī)避目前現(xiàn)代煤化工低油價(jià)、效益差、環(huán)境壓力大、水資源容量大等諸多不利因素影響，為煤炭行業(yè)目前轉(zhuǎn)型升級(jí)、去產(chǎn)能化提供了新的思路，也充分體現(xiàn)了國家“煤炭分級(jí)分質(zhì)利用”真正含義。作者：劉長勝 《來源：煤炭清潔高效利用中心》
聯(lián)系客服
