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1、褐煤提质技术现状及发展趋势褐煤提质生产半焦技术，可以解决褐煤直接燃烧时环境污染严重、热利用率低等问题，同时还可以得到煤焦油和干馏煤气等多种高价值煤基产品，是褐煤高效、低污染利用的有效途径。半焦适合大规模的粉煤气化或水煤浆气化技术，可生产合成气；合成气可用于合成甲醇以及MTP或MTO生产丙烯和乙烯。德国作为褐煤资源大国和工业强国， 是现代褐煤加工技术的发源地。20世纪70年代后，澳大利亚、美国等褐煤生产大国的褐煤提质技术研发也非常活跃。日本作为能源缺乏的国家对廉价褐煤的利用也非常重视。国内外褐煤提质加工技术归纳起来答题可分为非蒸发脱水提质技术、成型提质技术、热解提质技术三大类。1. 非蒸发脱水提
2、质技术：通过高温高压等条件来改变褐煤的物理和化学结构。水、蒸汽干燥和热油干燥。无需蒸发潜热,，在脱水过程中褐煤不会自燃，热效率高,安全性高。缺点是需要高压条件。1.1 K燃料工艺（热水）1.2 D-K工艺（热水）1.3 UBC工艺（热油）2. 成型提质技术褐煤在成型过程中，经过高压或剪切等物理作用，使其凝胶结构及孔隙系统收到了不可逆的破坏，因而从本质上改变了煤样的煤阶，煤化度也随之提高。2.1 冲压成型工艺2.2 辊压成型工艺（热压HPU，破碎至03 mm，气流干燥，热反应器中经轻度热解，成型机中辊压成型）2.3 其他物理提质技术“冷干”：打破煤炭结构，使其发生化学变化，实现煤水分离，煤炭得到
3、提质；挤压成蠕条状，自然断裂，冷却至10，蒸汽干燥48 h，将含水量约60 %的褐煤制成水分为8 %14 %的型煤。3. 热解提质技术褐煤热解是在隔绝空气（或在惰性气体中，或在氢气存在）条件下将褐煤加热，最终得到热解煤气、焦油或酚类产品、焦炭或半焦产品。国内外典型的褐煤热解工艺包括：美国TOSCOAL煤热解工艺、美国的流化床-固热载体低温快速热解工艺、德国的L-R工艺、澳大利亚的流化床快速热解工艺、中国的多段回转炉工艺、中国的固体热载体新法干馏工艺等。3.1 Lurqi-Spuelgas低温热解工艺内热式气体热载体工艺，主要用于低变质煤低温热解，热载体以气体为主，不适用于中等粘结性或高粘结性的
4、烟煤。褐煤或褐煤压制成的型煤（约25-60mm）由上至下移动，与燃烧器逆流直接接触受热。当炉顶进料水分约15%时，在干燥段可脱除至1%以下，逆流而上约250的热气体则冷至80-100，干燥后原料在干馏段被600-700不含氧的燃烧气加热至约500。发生热分解，热气体冷至约250，生成的半焦进入冷却段被冷气体冷却，半焦排出后再进一步用水和空气冷却，从干馏段逸出的挥发物经过冷凝、冷却等步骤，得到焦油和热解水。改良Lurgi-Spuelgas工艺后的三段式提质工艺煤先被压制成块，煤粉向下行走，气流逆向通入。气体配备了处理与循环系统，污染相对减小；三段式热解工艺布料、布气及加热均匀，被提质的煤粉占有的
5、容积较大，截面积煤粉的处理能力大，但烟气与干馏气混合排出炉外，无煤气回收系统。所以气体处理系统庞大且复杂，煤气热值低，获得单位焦油需处理气体量非常大，分离焦油的成本较高。3.2 Lurgi-Ruhurgas低温热解工艺固体热载体内热式传热工艺，原料可为褐煤、不粘煤、弱粘煤以及油页岩等。首先将初步预热的小块原料煤同来自分离器的热半焦在干馏器内混合，发生热分解反应，然后落入干馏器内，停留一定时间，完成热分解，从干馏器出来的半焦进入提升管底部，由热空气提送，同时在提升管中烧除其中的残炭，使温度升高，然后进入分离器内进行气固分离，半焦再返回干馏器，如此循环。从干馏器逸出的挥发物，经除尘、冷凝、回收焦油
6、后，得到热值较高的煤气。Lurgi-Ruhrgas工艺的优点: 产油率高；能耗较低；设备结构较简单。 3.3 LFC热解提质工艺LFC热解提质工艺是以低阶煤提质为目的，生产液体燃料和固体燃料。将煤筛分成3-50mm，在干燥炉和热解炉中，有一个细格子的转鼓，将上部落下来的煤与下部吹上来的循环加热气体形成对流并进行混合。对于干燥炉内的温度和停留时间进行调节，以仅脱出原料水分。干燥后的煤进入反应炉里，并在这里约540下热解。根据生成物的特性，对加热速度和时间进行控制。离开反应炉后在卧式回转窑里被急冷的半焦进到贮存容器里。这种半焦易产生粉尘，而且易吸附水分。为此，SMC公司开发MK添加剂，可以防止粉尘
7、飞扬和吸附水分。 该工艺固体产品PDF（即半焦）发热量比原煤提高50%，所得半焦燃烧稳定性好，且没有自然发火的问题。采用MK 粉尘抑制剂，有效地抑制了微粉尘的量，添加半焦质量的0.2%，可以使微粉尘的量降低到10%以下。该工艺还得到液态产品称为CDL（也就是煤焦油），只是产率并不高。3.4 Toscoal低温热解工艺粉碎好的干煤在提升管内用来自瓷球加热器的热烟道气预热，预热煤在热解转炉中和热瓷球接触，受热并发生分解，产生半焦和烃蒸汽，半焦在回转筛中与瓷球分离并排出，瓷球与半焦分离后进入提升管被提升、加热，加热器燃料为该工艺自产的煤气或燃料油，热瓷球加热后循环使用。 3.5 多段回转炉（MRF）
8、工艺（煤炭科学研究总院北京煤化工分院）多段回转炉工艺是中国煤炭科学研究总院北京煤化所开发的低变质煤热解工艺，该工艺分类特征是低(中)温热解中速加热外热式隔绝空气常压。多段回转炉工艺对原料煤的适宜粒度要求是6-30mm。热解加热炉既可使用固体燃料，又可使用气体燃料，或二者同时燃用。当使用低热值煤气加热时，发热量较高的热解煤气经净化后可外供作民用或工业燃气。由于煤在热解前干燥并脱除了大部分水分，大大减少了酚水量，少量的酚水与净水掺合后作为熄灭半焦用水，从而使耗资较大的废水处理系统大为简化。粒度6-30mm褐煤在回转干燥器中干燥后进入外热式回转热解炉中低温热解，所得半焦在冷却回转炉中用水冷却熄焦后得
9、到提质半焦产品，由热解炉排出的热解气进一步处理利用。多段回转窑工艺由于采用间接加热法，煤与气体介质不接触，所以系统酚水量也相应减少，环保效果较好。但间接加热使得工艺系统热效率大打折扣，回转设备使得系统的可靠性降低而能耗升高。3.6 流化床快速热解工艺（CSIRO）煤粉用氮气从加煤器通过管道喷入流化床热反应器，反应器床层由0.3-1mm大小的沙粒组成，预热的氮气通过反应器底部的分布板进入流化床，煤粉在热解反应器中国快速热解。流化床热解联产工艺将含酚废水用于焚烧供热，热效率较高，但返料管中半焦较容易结焦，且系统燃烧与气化温度较高，不易控制，系统稳定性差。流化床无法实现大型化，流态不易控制。3.7
10、固体热载体新法干馏工艺固体热载体提质工艺将提质后的高温焦粉作为热载体，热载体在输送过程中与原煤混合完成加热过程；固体热载体干馏工艺热载体与煤直接接触，热效率高，焦油的收得率高，煤气热值高，设备放大能力高。但是气体带出的固体较多，气固分离设备庞大，投资相应较大。单套装置处理能力大，生产不需纯氧，产生的废水量小。3.8 DG工艺固体热载体煤热解工艺DG 工艺是将煤通过与热的载体（热解后的热焦）快速混合加热使煤热解（干馏）得到低温焦油、煤气和半焦的技术。DG 工艺应用于褐煤的低温干馏过程称为大工法褐煤热解提质技术。 其特点有：几个新技术的组合；单元操作能力大（5000-8000t/d）；大气压下操作
11、，无需纯氧，无需氢气，操作灵活，适合于各种粉状原料（非块状）；可生产低成本高热值煤气（4000kcal/m3）；热效率高（大于80%），水消耗低，SOx和NOx排放少；过程可以作为“气-热-油-电”、“气-热-油-化”等多联供系统的基本技术；可用于提质低阶煤（褐煤）。高温气体除尘和固体料位的控制是存在的主要问题。（大连理工大学与中国化学工程集团和陕西煤业集团合作：陕西神木富油能源科技有限公司年加工60万吨固体热载体法煤热解工业化示范项目正在建设中）3.9 BT“煤拔头”工艺煤炭的BT 工艺（拔头工艺）是在煤炭发电燃烧之前经过快速热解、快速分离和快速冷却，提取出焦油和煤气，剩余固体产品（半焦）发
12、电。该工艺属于煤电化多联产工艺。工艺由下行床与循环流化床的耦合实现，煤粉从下行床的顶部加入，与来自提升管的循环热会强烈混合升温，在常压、较低温度（550-700）、无氢气、无催化剂的条件下，实现快速热解。生成的气相产品在下行管的底部通过快速分离器分离后，进入急冷器进行快速冷却，最终得到液体产品。 3.10 移动床三联产提质工艺将热灰与煤粉同时进入干馏反应器，在热解装置中完成提质后一起被送入锅炉进行燃烧，产生的热灰被再次送入提质系统完成低阶煤的热解。移动床三联产工艺装置连续生产的可靠性高，煤种适应性好。但热灰与煤粉的混合均匀性不易控制，回收焦油的冷却系统热损失较大。其他提质技术北京柯林斯达能源技
13、术开发公司的网带式褐煤低温干燥改性提质技术、鞍山热能研究院的褐煤低温干馏改质技术、西安热工研究院的褐煤流化床低温干馏改质技术、洛阳万山高新技术应用工程有限公司的褐煤干燥提质技术、沈阳航空工业学院的褐煤干燥提质一体化加工方法。 近年来国内褐煤热解提质工艺开发现状及发展趋势专门以优质气化原料为目标的褐煤提质工艺已经引起有关企业和地方的关注，正在进行相关新工艺研发。褐煤提质已有较充分的技术基础支持，新工艺开发的重点应是设计基础工艺路线，对关键装备实施重点研究和工业技术开发。褐煤热稳定性差、粉尘率高、重焦油黏度大，挥发物热态气固分离难度大，是工业放大的关键问题，也是国内外许多工艺开发的重要的遗留难题，
14、同时也是新工艺技术和装备开发的重点。以生产优质气化原料为主，构成褐煤提质-气化合成（燃料油或化工品）耦合新工艺将是今后推动褐煤提质工艺发展的重要需求，国内一些大型能源企业都在致力于推动实现中试和工业化示范，从而也将成为洁净煤技术专题的重要技术发展方向。近年来随着全球工业技术提高和大规模现代煤化工发展，加氢液化和合成油（间接液化）技术成为煤制油的主导发展路线，由于煤热解（干馏）焦油产率较低，所以一般不再将其作为大规模工业化获得液体燃料的技术途径。研究国内外现有的褐煤提质工艺及设备，发现他们都有其各自的缺点，或者提质炉炉体运动能耗高且能耗高，或者炉内的褐煤不能与热载体直接换热，或者热载体的流态难以
15、控制生产稳定性低，或者热载体与褐煤混合不均匀，或者工艺不能实现多联产，或者系统无高附加值产品回收系统，或者设备放大能力差，或者污染严重，因此对褐煤提质新工艺的研究已经迫在眉睫。我公司提出的褐煤全循环提质技术，开发内置气体均布器、立式干燥炉、流态化干馏炉和高效热风炉等关键设备，实现了褐煤提质的目的，该技术的优势在于：（1）工艺产品的附加价值高；（2）系统无额外的热载体制备装备且控制系统简单；（3）适用性广；（4）系统经济、安全且环保；（5）工艺系统热利用率高。 蒸发提质普通干燥提质：相对低温干燥常压下成本较低；能耗较高，尾气排放量较大，效率差，局部易过热使煤质变差。直接加热法流化床干燥：蒸汽不仅作为干燥介质而且还作为流化介质,干燥蒸发的蒸汽是不含空气和其他杂物。间接加热法蒸汽管式干燥：低压饱和蒸汽间接加热, 安全性高, 连续操作运行。微波真空组合干燥：微波干燥利用介质损耗原理，水的损耗因数比干物质大得多。高频率改变外加电场的方向，使极性的水分子急剧摆动、碰撞，产生显著的热效应，真空可加快水分蒸发速度；由于蒸发冷却，物体表面温度进一步低于内部温度，同时可以弥补微波干燥的缺点。脉冲微波真空干燥技术，能量利用率高，热质传递控制好旋转闪蒸干燥：利用气流干燥和闪蒸干燥原理，实质为旋转粉碎气流快速干燥设备冲击波干燥