工业中褐煤的水热提质加工

金沙亮

(中国矿业大学，北京 100000)



工业中褐煤的水热提质加工

金沙亮

(中国矿业大学，北京 100000)

为实现褐煤水热提质的工业化应用,本文主要分析了水热提质对煤质的影响,综述了水热提质改善水煤浆泵送特性,脱除煤中有害物质,实现废水治理等应用现状，加快实现褐煤水热提质的工业化步伐。水热提质褐煤可提高褐煤成浆性,有利于褐煤高浓度制浆后用于燃烧及气化;水热提质还能减少煤中碱金属和碱土金属,为新疆高钠煤的利用提供一条有效途径。

褐煤水热提质；工业化；有害物质；废水治理

1 褐煤水热提质加工的依据

我国褐煤资源丰富，已探明储量达1300多亿吨，褐煤必然是我国未来发展的重要能源。褐煤水分高，热值低，利用效率低，特别是储存过程中具有很高的自燃倾向，导致严重的储存和运输问题。褐煤自燃性与含氧量高有关，减少和抑制含氧官能团，实现褐煤有效利用非常重要。褐煤提质主要有蒸发脱水和非蒸发脱水，传统蒸发干燥过程能有效脱除褐煤中水分[1]，但不能脱除褐煤中氧，且蒸发干燥能耗较高。目前，一些蒸发干燥技术因其工艺和设备问题或经济性不佳处于停产阶段。非蒸发脱水即在高温、高压、有水存在条件下进行褐煤水热提质。水热提质过程中水以液态形式脱除，能耗较低，能有效脱除褐煤中部分含氧官能团，提高褐煤热值的同时可有效抑制其自燃[2]。

2 水热提质加工现状

2.1 水热提质可改善水煤浆泵送特性。褐煤因其多孔特性和高氧含量属于难制浆煤种。一般褐煤制浆浓度小50%，低于高变质程度煤的制浆浓度，影响褐煤水煤浆在燃烧及气化方面的应用。George Favas等研究了水热提质对褐煤制浆特性的影响。发现温度变化对煤粒内孔特性影响显著，孔隙率随温度升高而减少。增加处理温度、反应时间，减少入料水煤浆浓度导致废水中有机物显著增加，产物元素组成变化明显。煤特性研究显示，变质程度是水热提质煤的主要影响因素，另一个显著影响因素是煤岩类型。水热提质煤的经济性随煤变质程度的降低而增加，但低变质程度煤经水热提质后，其内孔隙率仍较高。

2.2 水热提质脱除煤中有害物质。煤中有害物质会影响甚至阻止煤的有效转化，在煤转化前有效脱除其有害成分意义重大。Timpe等采用超临界水作为溶剂、反应剂和能源传输介质用于脱除煤中硫和微量金属。研究显示，煤中砷、硒和汞在水热提质下可以脱除。一些煤中硫和特定的痕量金属在高于水的临界温度和低于水的临界压力下可脱除50%或更高。一些痕量元素与煤中特定无机物有关，不能完全脱除，但可被浓缩至残渣中。

2.3 水热提质实现废水治理。褐煤水热提质过程中，煤中少量有机物溶于水中，造成能源损失和废水处理困难。针对褐煤水热提质过程有机物溶出问题，研究发现，300摄氏度下水热提质煤实现脱水提质。但原煤中1.5%的碳溶于水中成为水溶性的有机化合物。在350摄氏度、20MPa、液时空速50h-1条件下，废水中有机物完全被催化转化为富氢气和甲烷的可燃气体。催化剂在水热提质过程中活性高，稳定性好。该气化方法不仅对废水处理有效，与水热提质工艺相结合时还可作为废水能源回收工艺[3]。

3 褐煤水热提质加工法研究发展趋向

褐煤水热提质脱水、脱氧效果好，可消除褐煤自燃问题，但褐煤水热提质仍停留在实验室研究或间歇式生产阶段，未来实现低成本、大规模、连续水热提质褐煤是研究重点以及发展趋向。

Parshetti等进行了褐煤加压-闪蒸循环水热提质研究，提出一种超临界水处理褐煤，使其转化为液体、固体和气体燃料的新技术。该方法包括水煤浆经循环泵打入管式反应器及煤粒子与转化后产物快速闪蒸2个过程。转化过程中的水蒸发阶段阻止了煤粒子的聚集。390摄氏度、29.0MPa时，冷凝产品获得最大产率。转化后可燃产物和固体残渣的高位热值比原煤高。挥发性可燃物和冷凝产物中的H/C比比残渣高。研究证明煤中有机物中的硫以硫化氢形式脱除，脱除率达77.2%，而氮则集中在固体残渣中(67.2%)。

主要内容

研究不同温度，压力下褐煤水热脱水的提质效果。

(1)煤样制备

原煤3kg，磨矿时间1h、1.5h。

测定煤样粒度(平均粒径在40-80μm之间)

(2)水热试验

温度：200℃、250℃

压力：饱和蒸汽压

煤/水：1/1、1/1.5

保压时间：1h

搅拌速度：500r/min

1)称干煤100g，总水100g，加入到反应釜中，充氮气2Mpa检漏2h；

2)加热反应釜；

3)到达指定温度后，停止加热，保压；

4)冷却反应釜至室温；

5)取出煤样，抽滤，105℃真空干燥8h，密封保存。

(3)煤样检测。水热作用对孔隙的改变(孔隙分布、比表面积、孔容)其中的因果关系(压力、温度的作用)；

水热作用脱除含氧官能团(压力、温度的作用)可以对比空气干燥的数据。

4 工业上的意义

褐煤水热提质可同时脱水、脱氧，改变煤质特性，提高煤炭转化效率，解决褐煤运输及自燃问题；水热提质还可脱除煤中潜在的有害元素，这对褐煤洁净利用意义重大；水热提质褐煤可提高褐煤成浆性，有利于褐煤高浓度制浆后用于燃烧及气化；水热提质还能减少煤中碱金属和碱土金属，为新疆高钠煤的利用提供一条有效途径。

[1] 田忠坤.管式气流干燥器提质低阶煤理论与技术的研究[D].中国矿业大学(北京),2009,22～27

[2] 徐振刚,刘随芹.型煤技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001.

[3] 苑卫军.“粉煤—酚水”水煤浆治理煤气发生站含酚污水[J].节能与环保,2004(6);33-35.

金沙亮(1995-)，男，满族，辽宁人，本科，研究方向：矿物加工。

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1671-1602(2016)20-0005-01