低阶煤分质转化多联产技术的工业化进程

刘 佳，张 兴

(山西省化工设计院，山西 太原 030024)



低阶煤分质转化多联产技术的工业化进程

刘 佳，张 兴

(山西省化工设计院，山西 太原 030024)

介绍了低阶煤分质转化多联产技术的优势、基本路线，分析了我国低阶煤分质转化多联产的工业化进展现状及存在问题，指出分质转化多联产是今后国家煤炭清洁高效利用的战略之一。

低阶煤；分质转化；多联产

我国“富煤、贫油、少气”的能源特点决定了我国能源结构以煤为主的局面将会持续很长时间。然而，随着社会公众对环保关注度的提高，煤炭带来的环境问题也日益引发关注。因此，研究煤的清洁高效利用是国家的发展战略之一。

我国低阶煤资源丰富，已探明储量中低阶煤占煤炭储量的55%以上，主要分布在内蒙古、新疆、陕西、宁夏、云南等地。其中，新疆哈密的长焰煤煤焦油质量分数12%以上，陕北榆林的不粘煤煤焦油质量分数7%～8%[1]。近10年， 我国优质煤炭资源不断减少，“劣质”低阶煤因其储量丰富，资源优势逐渐显现。对储量丰富的低阶煤资源进行提质、加工、综合利用，实现油、气、化、电、热的多联产，达到对煤炭资源的清洁高效利用，成为我国煤化工发展的热点。

1 低阶煤分质转化多联产的路线

低阶煤分质转化多联产是以低阶煤为原料，针对各组分具有不同反应活性的特点，通过耦合煤热解、燃烧和合成等工艺过程，在热解炉中将煤中反应活性高的有机组分提取转化为煤气和焦油。煤气可用作燃气、合成液体燃料或生产化学品；所产生的焦油可用于燃烧、提取化学品或加氢提质制取燃料油；反应活性差的富碳半焦可用于炼钢厂、制取活性炭或燃烧供热发电。煤热解与热解产品利用工艺的有机结合，提高了系统的能量和物质集成度，降低了单位投资运行成本。多联产能够进一步实现煤炭资源的高效转化和清洁利用，更好地发挥低阶煤分质利用的优势。低阶煤分质利用典型加工路线如图1所示[2]。

图1 低阶煤分质利用多联产技术典型加工路线

2 低阶煤分质转化多联产技术的工业化进展

一直以来，国内外对以褐煤为代表的低阶煤热解提质工业化技术进行了大量的实践研究。目前，我国已经实现工业化运行的项目主要有：采用GF型直立方炉工艺的锡林浩特国能能源50万t/a褐煤提质项目，采用LCC工艺的大唐30万t/a褐煤提质项目，采用带式炉提质工艺的蒙元30万t/a褐煤提质项目，采用浙江大学循环流化床热电气多联产技术的云南小龙潭2×30万kW热-电联产项目，采用大连理工大学固体热载体工艺的陕西神木60万t/a低阶煤热解项目，采用河南龙成集团自主研发的低阶煤旋转床热解技术的1 000万t/a规模的旋转床干馏装置等。

2.1 GF型低阶煤热解工艺技术[3]

GF型低阶煤热解及产品综合利用技术由北京国电富通科技发展有限责任公司开发。该工艺核心设备是采用外燃内热式的低温热解方炉，同时辅以分段分层处理、干法熄焦、烟气循环等手段，进一步实现了低阶煤的规模化高效提质工业化。GF型低阶煤热解褐煤提质工艺流程见图2。

图2 GF型低阶煤热解褐煤提质工艺流程图

将原料煤置于煤斗内，利用冷却段返回的热烟气进行预热后进入干燥段脱水，原料煤中仅存留不高于5%的水分， 同时煤温提高到150 ℃， 干燥段烟气送去冷却段冷却半焦，干煤继续向下运行至热解段热解， 热解温度约为560 ℃。热解段产生的荒煤气经除尘净化后进入冷鼓回收焦油和煤气，煤气再由加压机送回提质炉供干燥和热解段燃烧使用。热解半焦向下运行进入冷却段冷却至80 ℃以下， 由推焦机推入埋刮板机后汇集输送至储焦仓。

该工艺运行相对安全，生产工艺简单，路线易操作。但产品质量较差，只能作为电厂动力煤使用；干燥段产生水蒸气直接排放，无法回收利用；湿法熄焦耗水量大，且产生的煤泥水难以处理，能源利用效率低。

2.2 LCC工艺[4]

低阶煤转化技术(LCC)是由中国五环工程有限公司与大唐华银合作开发的，是在美国伊煤公司低温煤液化技术基础上进行二次开发完善的新型提质技术。LCC技术是一种气体热载体技术，由干燥模块、热解模块、激冷模块、精制钝化模块等组成。原料煤经干燥炉干燥、热解炉热解(热解温度约为550 ℃)后，半焦经精制钝化后成为最终产品，热解气经过激冷回收其中的煤焦油后循环使用。其工艺流程如图3所示。

图3 LCC工艺流程图

该技术适应煤种能力强，原料煤粒度在6 mm～50 mm。同时，该技术可以通过灵活调节工艺参数来获得不同的半焦、焦油产率和品质。LCC工艺采用气载体薄层干燥技术，有利于煤中挥发分的析出，再加上利用其专有煤焦油收集技术的应用，可获得较高收油率[5]。但是，该技术褐煤破碎率高，全系统出尘量10%，导致焦油产品中固性物含量高；湿法熄焦耗水量大，且产生的煤泥水难以处理，粉煤回收后干燥成型难度大。

2.3 带式炉改性提质工艺[6]

带式炉低温干馏技术是由北京柯林斯达科技发展有限公司在改性提质带式干燥炉基础上进行的研发。此技术将原单一温度的炉体分为干燥、热解提质、冷却3部分。其中，干燥温度300 ℃，热解温度500 ℃～600 ℃。原料煤由入炉端均匀分布在输送带上，在中性气氛下依次经过干燥段、热解提质段，与热烟气换热完成干燥脱水和热解提质过程后进入冷却段，被冷烟气冷却成为提质煤。改性提质热源来自热风炉，炭化提质热源来自自产煤气。该工艺同时副产焦油。其工艺流程如第55页图4所示。

图4 带式炉改性提质工艺流程图

该技术的反应器采用变温带式炉，加热方式为气体热载体，提质效率高，热烟气含氧量低，烟气达标排放；半焦采用干法熄焦，不产生工业废水；热风炉采用流化床石灰石脱硫技术，烟气达标排放。但原料煤只能采用15 mm～30 mm块煤，同时有一定的热量损失。

2.4 循环流化床热电气多联产技术[7]

循环流化床为基础的煤炭热解燃烧分级转化多联产技术是由浙江大学开发的。该多联产技术将流化床热解炉与循环流化床锅炉紧密结合，通过合适的技术路线获得液体燃料、电力、化学品等产品的联产。具体工艺如图5所示。

图5 循环流化床热电气多联产工艺流程

原料煤经给料机进入流化床热解炉内，与高温循环灰混合受热后，快速升温并发生热解，析出高热值挥发分。挥发分进入旋风分离器，在其中大部分半焦与循环物料被分离下来。粗煤气进入洗涤塔、电捕焦油器后，部分粗净化后的煤气通过循环风机加压作为热解炉流化介质送回热解炉底部，其余煤气则经脱硫等净化设备净化后供民用或经变换后合成其他化工产品。电捕焦油器收集下来的焦油可用于提取化学品或改性合成高品位合成油。热解炉分离器分离下来的半焦与循环物料被送入循环流化床锅炉中燃烧。循环物料在炉膛内部被重新加热后送入流化床热解炉进行新的循环。循环流化床锅炉和尾部受热面中生成的水蒸气用于蒸汽轮机发电或供热及制冷等。

浙江大学开发的热解燃烧分级转化多联产技术工艺简单先进，工艺参数要求低，设备投资低，原料适应性广，高温半焦可直接燃烧利用。在产生蒸汽发电的同时，还可生产高品质煤气和焦油。但是，该技术循环热灰量较大，且在提升过程中循环气用量较大，能耗较高。

2.5 固体热载体热解技术[8]

褐煤固体热载体新法干馏工艺(简称DG 工艺)由大连理工大学开发。原料煤破碎至6 mm以下，经550 ℃左右热烟气加热后提升至干煤仓，再与800 ℃左右热半焦混合进入热解反应器快速发生热解反应，得到半焦、煤气和煤焦油产品。主要流程如图6所示。

图6 固体热载体热解技术工艺流程

该工艺仅用于热解褐煤、油页岩和年轻煤种，具有煤气热值高、焦油产率高、单套装置处理量高、废水量小等优点，但存在气固分离设备较多、混合不均且耗时较长、 排渣受温度影响较大以及粉尘带出量过大等问题。

2.6 低阶煤旋转床热解技术

由河南龙成集团有限公司自主研发的低阶煤旋转床热解技术于2010年初完成工业试验，2011年实现工业化生产。其主要工艺流程如图7所示。

图7 低阶煤旋转床热解技术工艺流程

首先，通入氮气将炉窑中的空气进行置换，低阶原料煤从落煤塔通过皮带输送到受料缓冲仓，再经给料装置送入提质窑。气柜来的煤气经配风后进入提质窑内辐射管，经辐射传热间接与原料煤进行换热。原料煤在提质窑被加热到550 ℃提质后进入换能室冷却到约200 ℃，经喷水加湿降温后通过皮带输送到提质煤储仓。气体从提质窑中出来后经除尘进入冷鼓工段，回收其中的焦油。

建成的基于低阶煤旋转床热解的1 000万t/a工业生产装置，具有单套装置规模大、水资源消耗低、能源转换效率高等特点。特别是粉煤的利用，提高了原料的适用性，提质煤可作为高质量的喷吹煤原料，配合自主研发的酚氨回收技术，提取废水中的有效成分，项目经济效益显著、环保效果好[9]。

3 低阶煤转化多联产技术的意义

煤热解技术具有极强的延展性和耦合性，能够实现煤、油、气、电、化多联产一体化。以煤热解为龙头的多联产技术，利用较少的能量将煤热解，得到气、液、固3种产品，耦合煤炭发电和多种煤化学品加工工艺[10]，实现煤炭的高效转化、分级分质、清洁利用，形成了资源—能源—环境一体化的多联产系统，对我国能源利用意义重大。

3.1 提升油气自给能力，降低油气成本

低阶煤分质转化多联产技术原料适应性强，油气产率高、质量好。若按平均每吨低阶煤产甲烷气率4.2%和产油率7.1%估算，每年可从全国消费的19.2亿t低阶煤中提取液化天然气(LNG)0.81亿t、燃料油1.37亿t、发电3.22×104亿kWh，实现低阶煤的最大化利用，有效提升我国油气自给能力，降低我国油气对外依存度，提高国家油气安全保障。

使用低阶煤分质转化多联产技术可有效降低油气成本，项目的水耗仅为传统煤化工的1/7，而投资只占传统煤化工的1/3。低阶煤分质转化技术的大规模推广，将大幅降低现有油气成本，进而有效提升我国出口产品的国际竞争力。

3.2 促进节能减排，实现煤炭清洁利用

低阶煤分质转化多联产技术可通过热解进行脱硫、脱氮、脱除热解水，避免了散煤以及干煤运输的污染物排放，减少温室气体排放，减少无效能耗，实现煤炭高效转换、清洁利用。

4 结语

国家能源局发布的《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020年)》明确，将以中低温干馏制气、制油为主要产品路线的煤炭分质分级多联产技术列入国家煤炭清洁高效利用战略中。为此，低阶煤低温干馏制油、制气分质利用技术的研发应将结合产品路线、工艺技术和工业化应用作为发展重点，解决低阶煤分质转化多联产技术在工业示范装置工程实践中出现的问题，继续完善生产工艺，并配套建设油、气回收系统，形成最佳产品方案， 提高原料的整体利用效率，促进我国煤炭转化产业结构调整和优化升级。

[1] 张国昀.低阶煤分质利用的前景展望及建议[J].当代石油石化,2014,22(9):20.

[2] 白太宽.煤炭低温热解多联产技术——实现煤炭清洁高效利用的最佳途径[J].煤炭加工与综合利用,2014(12):8-9.

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[10]尚建选，王立杰，甘建平.陕北低变质煤分质综合利用前景展望[J].煤炭转化,2011(1):93.

Industrialization progress for poly-generation technology of low rank coal conversion utilization

LIU Jia, ZHANG Xing

(Shanxi Provincial Chemical Design Institute, Taiyuan Shanxi 030024, China)

This paper introduces the advantages and the basic line of poly-generation technology of low rank coal conversion utilization, and analyzes industrialization status and existing problems of poly-generation technology of low rank coal conversion utilization, and points out poly-generation technology of the low rank coal conversion is one of effective utilization strategy of coal cleaning in China in the future.

low rank coal; conversion utilization; poly-generation

2016-05-19

刘佳：女，1983年出生，2009年毕业于太原理工大学，研究生，硕士学位，主要从事化工工艺设计工作。

综述与论坛

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2016.05.15

TQ52

A

1004-7050(2016)05-0053-04