我国褐煤利用现状及经济性分析

2012-08-15陈芃娜关卫龙

河南化工 2012年5期

申静，陈芃娜，李明，关卫龙

(1.山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司，山西运城044000;2.运城市安运安全技术评价有限公司，山西运城044000)

1 我国褐煤资源分布情况

自2005年以来，我国能源消费中煤炭比例一直在65%左右，“十二五”时期我国经济预计将持续保持9%左右增长，煤炭在能源中的消费比例仍将保持在65%左右;而国内烟煤和无烟煤由于长时间开采，储量在逐年减少;褐煤的综合利用及发展成为我国今后能源研究的重要方向。

据20世纪末的统计，中国已探明褐煤保有储量1311.24亿t，占全国煤炭总储备量的13%左右。我国褐煤资源主要分布在华北地区，约占全国褐煤资源量的3/4以上，其中以内蒙古东部地区赋存最多，煤种以中生代侏罗纪硬褐煤为主;西南地区是我国仅次于华北地区的第二大褐煤基地，其储量约占全国褐煤总储量的l/8，其中大部分分布在云南省境内，主要是新生代第三纪软褐煤。东北、中南、西北和华东各区褐煤资源量均不到全国资源褐煤资源总量的3%。

2 褐煤提质深加工必要性

褐煤是煤化程度最低的煤种，煤化程度介于泥炭和烟煤之间，其水分、灰分高，硫较低，含碳量低，氧含量高，氢含量变化大，挥发分一般在45% ～55%。由于褐煤水分高、热值低、易风化和自燃，单位能量运输成本高，不利于长距离输送和储存。

褐煤直接燃烧热效率较低，且温室气体排放量很大，难以大规模开发利用。此外，褐煤作为原料转化利用也受到限制，褐煤液化、干馏和气化都需要把煤中水分降至10%以下。褐煤若不经过提质加工，将难以满足多种用户的质量要求。在缺油、少气、富煤(褐煤)的地区，以高挥发分低阶褐煤为原料，采用先进低温干馏技术制取半焦用于发电不但热值提高发电效率提高，而且减少了10%的二氧化碳排放。回收的煤焦油(石油替代品)加氢裂解制取柴油和汽油，又可缓解我国原油55%的进口依赖度，具有较强的竞争力、较好的经济效益及战略意义。节能减排降耗、油价高涨和煤炭、石油供应的不稳定性已把褐煤转化推向了一个“战略转折点”。

3 国内外褐煤提质技术概况

世界各国使用褐煤已有悠久的历史，德国作为褐煤资源大国和工业强国，是最早进行褐煤的工业化加工利用的国家;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。

近年来，随着国内煤炭价格大幅上涨，价格相对低廉的褐煤资源又重新引起能源化工行业的重视，一批新建煤化工项目纷纷改用褐煤作为原料，开发出了多种褐煤提质加工技术。国内外褐煤提质加工技术归纳起来大体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。

3.1 非蒸发脱水提质技术

以高温、高压蒸汽(或高温热油)干燥技术为代表的褐煤非蒸发脱水提质技术，是通过高温、高压等条件来改变褐煤的物理和化学结构，使其转变成为洁净、高效的烟煤的一种提质方法。该新型提质技术是将褐煤与高温高压蒸汽(或高温热油)直接接触，使褐煤水分呈液态脱出，不需蒸发潜热，热效率高，在脱水过程中褐煤不会自燃，安全性高;通过此方法使褐煤收缩变得更加致密，疏水性增强，该方法热效率及其安全性都比较高。

3.2 成型提质技术

成型提质技术是指褐煤在成型过程中，经过高压或挤压等物理作用，使其凝胶结构和孔隙系统受到不可逆的破坏，因而在本质上改变了煤种的物理结构，使其煤化度得到提高。国内比较成熟的成型提质技术是神华集团的HPU－06工艺技术。该技术是将含水量大的原煤经过快速加热脱水、干燥、在无黏结剂条件下压制成型，2009年10月，神华宝日希勒褐煤提质项目已完成试车。

3.3 热解提质技术

褐煤热解(干馏)提质是指在隔绝空气(或在惰性气体)条件下将褐煤加热，使其发生一系列物理和化学变化，使煤中水分蒸发、氧含量减少、热值提高，最终得到焦油、煤气和半焦产品的提质方法。热解产生的煤气可直接作为生活燃料用气或化工用合成气;半焦具有低灰、低硫、固定碳高的特点，可用于合成气、电石等行业生产，也是生产活性炭等化工产品的原料。

4 国内某褐煤提质项目建设情况

国内某褐煤提质项目建设地点位于内蒙古锡林郭勒盟白音华煤田境内，其所产褐煤属于高水分、低硫、高挥发性煤种。该项目建设规模为处理褐煤1000万t/a，装置年运行时间为8000 h，使用目前国内技术成熟的“新型褐煤低温干馏工艺”。该项目共有20台新型提质干馏炉，单炉处理能力为1500 t/d，两台炉共用一套煤气后处理及焦油回收系统。其主要产品为:半焦400万t、焦油50万t。

4.1 新型褐煤低温干馏工艺阐述

“新型褐煤低温干馏工艺”核心设备为低温提质干馏炉，采用外燃内热式多段方炉结构，外部结构为立式方炉，炉体分为5段，由煤斗、预热段、干燥段、干馏段和冷却段组成。

该设备有以下特点:①采用独特的燃气进气和加热方式，有效降低气体阻力，换热效果好。②设置预热段，充分利用烟气余热，使系统热能实现综合利用。③加热系统采用独特外燃内热式供气，避免系统超温，降低固定碳损耗。④冷却段使用干燥段冷烟气冷却半焦，大大降低了装置水消耗。⑤使用装置产生的煤气作为供热源，可实现热量自平衡，装置能耗低。

生产工艺流程如下:褐煤通过筛分、破碎系统，褐煤达到低温提质干馏炉要求的粒径，经传送系统至煤斗内存储。煤斗内设有布气和集气装置，利用从冷却段来的热烟气对煤斗内原煤进行初步预热，使煤的温度提高到一定温度。原煤从煤斗进入干燥段，该段设有4个燃烧器，燃烧所需煤气来自干馏段产生的煤气，在该段煤中约95%的水分被脱除，同时煤的温度被提高到150℃左右。

干燥段出口烟气进入冷却段对半焦进行冷却，干燥后的煤继续下行进入干馏段，在该段煤被继续加热升温到560℃左右，热源由2个燃烧器提供，燃烧用煤气来自干馏段产生的煤气。在干馏段褐煤大部分挥发分被转换为煤气和焦油气从出口排出，经除尘后进入煤气冷却净化系统进行冷却净化回收焦油和煤气。

荒煤气经水冷、间冷、电捕焦油器、煤气温度从300℃降低到30℃左右，荒煤气中大部分重质焦油和轻质焦油分别在间冷中冷凝析出和被电捕焦捕捉，净化后的煤气返回干馏段和干燥段燃烧提供热量。褐煤经干馏段低温提质后变为半焦，半焦随后进入冷却段，使用干燥段的冷烟气进行冷却，半焦温度降到70℃左右，由推焦机推入埋刮板机内，使用传送带输送至储焦仓。

每生产吨半焦可产生450 Nm3左右煤气，能基本满足干馏段的热量需求。在生产开车阶段和煤质发生变化自产煤气量不足时，可由启动炉所产煤气进行临时补充。