褐煤加工利用及低温热解提质现状

魏江红

（神华准能资源综合开发有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 010300）

能源是推动国家社会经济发展的战略物质资源，具有重要的战略地位。我国能源结构的特点是多煤、少油气，煤炭提供75%的电力、75%的燃料和60%的化工原料[1-2]。褐煤占我国已探明煤炭储量的13%左右，开发利用空间广阔。由于褐煤含水高、易自燃、长距离运输不经济等特点，褐煤利用受到了制约。世界上主要褐煤生产国，主要通过建立坑口电站消耗褐煤。因此，对褐煤进行提质加工就显得尤为重要，这样可以改善褐煤不利因素，发挥褐煤在煤炭利用中的重要作用。低温热解作为洁净煤技术的一种，具有生产工艺简单、投资少等优势，褐煤提质生产半焦技术不仅可以解决褐煤直接燃烧时环境污染严重、热利用率低的问题，同时还可得到煤焦油和煤气等多种煤基产品，是褐煤高效清洁利用的重要途径。

1 褐煤资源的利用

1.1 褐煤直接燃烧

世界上主要褐煤生产国，主要是在煤矿附近建立坑口电站，直接运往电站燃烧发电，只有少部分经干燥或成型后供民用或工业锅炉使用。褐煤发电的优势是易着火、易燃尽、燃烧成本低等，但与其他煤种相比，褐煤含氧量高、热值低，燃烧释放粉尘多，燃烧效率低，同时还污染环境。

1.2 褐煤热解

褐煤热解是指在隔绝空气或在氢气存在的条件下将褐煤加热，得到煤气、焦油或酚类产品、半焦产品的加工方法。褐煤热解产生的煤气产品热值较高，是优质洁净燃料，可作为燃料气和化工合成气。焦油或酚类是多环芳的来源，还可提炼液体燃料，也可作化工原料。褐煤热解技术将资源利用率放在首位，对褐煤的提质和综合加工利用意义重大。

1.3 褐煤气化

煤气化是煤炭间接液化、IGCC等煤化工利用的基础，是煤炭转化的主要途径之一。褐煤的化学反应性高，很容易气化。褐煤气化可生产城市煤气、管道煤气，同时也可用作氨、尿素、甲醇等的原料气。褐煤气化比直接燃烧具有更大的优越性，燃烧稳定，无环境污染；便于输送、净化，原料的组成和投料量都容易调节控制；有利于简化生产工艺和设备，国内多家企业开展了褐煤气化的工业化应用。

1.4 褐煤液化

褐煤含有大量的羧基、羰基和亚甲基，具有较好的液化活性，属于易液化煤种。褐煤直接液化时，由于氧含量高，需要消耗较多H2，如何降低液化时H2的消耗，决定着液化成本的高低。研究结果表明，云南先锋褐煤和沈阳褐煤是较为理想的液化原料煤，山东红旗矿、梁家矿以及内蒙古鄂尔多斯等地褐煤也是较适宜直接液化的煤种。

1.5 褐煤腐植酸制品

褐煤含有大量的腐植酸和褐煤蜡，褐煤制取的腐植酸肥料，可改善土壤，有利于作物生长。另外，在各种钻探活动中，褐煤制取的腐植酸可作为调整剂，调节和改善泥浆的工艺性能，提高钻探质量。

1.6 褐煤的其他用途

随着对褐煤利用研究的深入，学者在吸附材料、炭质还原材料和高炉喷吹等方面进行了相应研究。通过褐煤处理含酚废水的试验研究，人们发现，稀酸处理后的褐煤有更强的吸附能力，对汞的吸附率高达99.0%，同时褐煤仍可作燃料使用。有学者对高炉喷吹烟煤掺烧褐煤的可行性进行了研究，发现添加一定比例的褐煤不仅可以满足喷吹烟煤的指标要求，还可降低喷吹烟煤成本。对于灰分硫分适中、可磨性及成浆性能好的褐煤，通过改性提质可生产高浓度水煤浆。

2 褐煤低温热解研究进展

2.1 国外褐煤热解技术

国外褐煤提质利用技术主要有：德国的Lurgi Ruhrgas（L-R）热解技术和Lurgi-Spuelgas（L-S）低温热解工艺，流化床快速热解工艺以及美国开发的Toscoal煤低温热解技术等。

2.1.1 L-R低温热解工艺

L-R低温热解为典型的内热式固体热载体工艺技术，原料以褐煤、不粘煤以及弱粘煤等为主。1961年，德国建成处理煤量为260 t/d的低温热解工厂，连续运转7 d，后续的开发工作因油价下跌而被迫中止。工艺流程为：干燥后的原料煤通过与循环的半焦进行换热，热解产生的干馏气再对原料煤进行干燥，其热效率较高。该工艺不足之处是大量焦砟等颗粒物进入煤焦油中，给焦油的净化、分馏等加工工艺带来不便。此外，L-R工艺也可将砂子作为热载体对重油进行热解，中国、日本、德国等地因此建起砂子炉。

2.1.2 L-S温热解工艺

L-S低温热解工艺，是工业上已采用的典型的气体热载体内热式工艺技术。工艺流程为：将褐煤或褐煤型煤破碎到25～60 mm，破碎后的原料煤与热烟气逆流接触进行热交换。当进料水分为15%左右时，在干燥段可将水分控制在10%以内，逆流而上的热烟气被降温至80～100℃。在热解段，通过不含氧的燃烧气（600～700℃）对褐煤进行加热，发生热分解反应，生成热解半焦和热解气。热解半焦进入冷却段冷却，热解气经除杂、冷却工艺处理得到轻质焦油和热解水。

2.1.3 Toscoal低温热解工艺

基于油页岩热解技术，美国油页岩公司和Rocky Flats研究中心共同开发了Toscoal煤低温热解工艺技术，在1970-1976年，先后对次烟煤、粘结性烟煤进行了相关中试试验。工艺流程为：首先用瓷球加热器的热烟道气对原料煤进行干燥，干燥后的原料煤与加热的瓷球在热解反应器中快速换热并发生热解反应，生成热解半焦和热解气，在回转筛中将半焦和瓷球进行分离，瓷球经提升管提升、加热后循环使用，加热燃料为热解气或燃料油。

2.1.4 流化床快速热解工艺

20世纪70年代，澳大利亚联邦科学与工业研究院联合开发了流化床快速热解工艺技术，并对烟煤、褐煤等煤种进行热解试验研究。工艺流程为：反应器为流化床，床层由0.3～1.0 mm的砂粒组成，热气体通过反应器底部布风板进入床层，加热烟气主要为电加热器预热的氮气和液化石油气和空气燃烧形成的烟气；通过氮气将煤粉喷入反应器，在反应器中煤粉快速热解，热解半焦和热解气通过旋风分离器分离，对热解气进行冷却及初步除杂后，通过电捕焦油器分离并收集焦油。

2.2 国内褐煤热解提质加工技术

国内比较典型的煤炭热解技术有多段回转炉（MRF）热解工艺，大连理工大学研发的褐煤固体热载体干馏（DG）工艺，大唐华银电力公司与中国五环工程有限公司在美国LFC的基础上开发的LCC技术等。

2.2.1 MRF热解工艺

多段回转炉工艺由中国煤科院北京煤化工分院开发，属于低阶煤热解工艺技术。其流程是：先将褐煤破碎到6～30 mm，在干燥器内对破碎后的原料煤进行干燥；在回转热解炉中，干燥后的褐煤完成热解反应，用水冷却法对热解半焦进行冷却得到提质产品，干馏气经过除尘除杂后进行利用。

2.2.2 固体热载体干馏工艺

褐煤固体热载体低温热解技术由大连理工大学开发，褐煤与热载体（热半焦）均匀混合并进行换热，热解产生轻质焦油、热解气和半焦。该工艺已完成了5万t/a褐煤干馏试验，并进行了相应的工艺过程优化工作。目前，年处理85万t褐煤的工艺技术已经具备工业化示范工厂的技术条件。该工艺具有焦油产率高、煤气热值高、工艺产生废水量小等优点。

2.2.3 中国的LCC技术

LCC低阶煤转化提质技术是在美国LFC技术的基础上，由大唐华银电力公司与中国五环工程有限公司联合开发的技术，该技术是一种煤炭轻度热解工艺。工艺流程为：在干燥炉内，对破碎筛分后的褐煤进行干燥；干燥后的固体被送入热解炉进行热解反应，在激冷盘中热解半焦被工艺水冷却；热解产生的气体经除尘、冷却及电除雾器处理后利用。

3 结语

为了实现褐煤低温热解，国内外已开发或正在开发的低温干馏技术种类颇多，装置效能、产品性能以及技术指标各不相同，不可能有某一种技术能适应所有煤种，满足各项指标的要求。但是，褐煤低温干馏技术应向装备大型化、高效环保、多联产的方向发展，从而充分利用粉煤资源，提高油收率、改善油品，以提高能源转化效率。

1 申 毅.陕北低变质煤干馏特性及应用研究[D].西安：西安建筑科技大学，2006.

2 Strauss S，Berger CB，Bielfeldt FB，etal.Mechanical/thermal dewatering as a pre-drying stage for brown coal fired power plants[J].VDI Berichte，1996，（165）：1280.