低阶煤热解气分质利用技术与展望

低阶煤热解气分质利用技术与展望
摘要：由于我国低阶煤储存大，煤炭资源高效利用有利于保障我国能源安全，低阶煤热解可以有效获取高值化焦油、半焦及煤气。

可以将低阶煤分为三个过程
来阐述热解原理。

通过分析煤阶、升温速率、气氛、温度、粒径等热解条件及处
理方法对低阶煤热解反应特性的影响。

催化热解通过获取高品质热解产物，根据
催化的特性和催化行为不同，了解低阶煤对催化热解的影响。

通过在对热解的现
状和进展的基础上，对低阶煤的工艺极速进行总结，了解未来的研究方向，促进
我国低阶煤热解技术的发展方向。

关键词:低阶煤;热解;下游产品;综合利用
引言
上世纪七十年代，世界出现能源危机促进了窝火低阶美热解技术的发展，同
时研发出多种低阶煤热解技术和工艺。

我国低阶煤储量高于油气储量，因此国家
加快低阶煤热解技术的研发，同时开发出许多新的热解工艺并且创立了许多示范
项目。

中低温热解作为低阶煤的重要制作方法，受到越来越多的关注和重视。

前
期主要以半焦生产为主，对半焦生产得到的焦油和煤气很少再进行加工利用，对
热解产生的煤气直接排放或着燃烧。

不但造成了污染而且还造成了能源浪费，并
未达到能源的高效利用。

本文通过分析热解气技术及特点，研究大量的国内热解
气体应用及合成技术，了解未来大型煤炭分质的应用方向，进而解决低阶煤的利
用价值，增加能源的有效利用。

1热解煤气性质
不同的热解方法采取的工艺和热载体不同，中低温的热解煤气热值约为
1200～1800 kcal/m 3，热解气由CO、H
2、CH
4
、CO
2
、N
2
、C
2
～C
5
、和少量的H
2
S等组成。

当使用烟气加热时，煤气中的 N
2和CO
2
含量较高。

当采用间接加热或
纯煤加热时，热解得到的荒煤气中有效气体含量较高。

当热解气热值较低时，可
以作为热解热源气、城市燃气，或者用于发电站。

当有效气体较高时，热解气可以用于生产如甲醇、二甲醚等其他类别的化工产品［1］。

2低阶煤热解影响因素
2.1煤阶
煤阶，是对低阶煤热解行为产生影响的重要因素，通过对热重红外联用技术可以探究不黏煤、褐煤和不同地区长焰煤的特性，不同低阶煤中羧基基团和脂肪
链的含量直接影响热解过程中CO
2和CH
4
释放。

煤阶直接影响热解过程中多环芳烃
的生成，而多环芳烃在热解过程中根据生成顺序可分为中变质煤＞低变质煤＞高变质煤。

根据不同低阶煤中的H、C、O等元素及含氧量的差异将直接影响热解产物的分布及产率产生。

2.2粒径粒径会影响
煤在热解过程中传热速率，决定了热解发挥在煤内部的停留时间，从而影响热解产物的特性。

粒径越大，热解过程中煤中心与尾部的温差便会越大，导致煤中心部位没能及时受热分界。

热解的时间延长，挥发分的再次反应将会加剧。

研究发现随着粒径减小，焦油产率也先升后降，粒径越大，半焦的差率越大。

适当减小粒径有利于煤在热解过程中的传热和降低挥发分的二次反应的概率。

2.3温度
不同温度段煤的热解行为不同，不同温度下热解所得产物的分布与成分也有所不同，热解温度升高，由于羧基的不稳定先发生断裂，随后其他键开始断裂，挥发分也会跟着加速，过高的热解温度也将会导致挥发分发生二次反应，降低焦油的产率，也影响焦油的成分。

温度越高，煤的热解程度便会越深，煤气的产率也会升高，焦油中脂肪族和芳香族含量也会根据热解的温度增加，如果适当的温度导致二次反应加速，那么焦油产率也会下降，适合的温度更有利于缩聚反应的发生，加速半焦的生成［2］。

2.4升温速率
煤在不同温度停留的时间由升温的速率决定，由此可得升温速率在某种程度上决定了热解产物二次反应发生的概率，影响分布。

升温速率较快能够加速煤中有机质的分解，同时缩短挥发时间，降低二次反应的概率，但如果升温速率过快可能会导致热滞后现象的出现，不利于热解反应。

提高升温速率可以抑制挥发分的二次反应，焦油产率的提高影响热解气和半焦产率随温度升高而下降，升温速率加快降低了半焦表面含氧官能团含量，表面脂肪侧链含量减少且芳香环含量增加，结构更为规整。

2.5热解气氛
煤热解的基础试验多是在惰性气氛下进行的，但不同的热解气氛会对热解品
质和产物产生影响，富氢气氛如H
2、CH
4
能产生自由基碎片参与自由基的稳定，抑
制二次反应的发生，有利于焦油的产生，CO
2
气氛可引起气化反应，增加气体产物产率，水气氛可参与焦油的重整，提升焦油中轻质组分的含量，改善品质，气氛
对焦油的影响H
2＞CH
4
＞H
2
+CO＞H
2
O＞N
2。

2.6预处理方式
根据煤的特性和内部成分决定了热解的特性和产物的性质，根据不同的预处
理方法对煤的理化性质进行改变后在进行热解，处理方式如水热、离子液体、酸洗、溶胀等预处理方式［3］。

3煤气下游产品路线分析
3.1制取 LNG 技术
天然气主要成分是CH4，无味、无毒、无色、无腐蚀，被称为最干净的能源，存储运输相对方便安全，用专用的船或者油罐车运输，使用时重新气化。

由于天
然其使用量较大，目前我国进口依存度达到40%。

热解气中含有高含量甲烷等烃
类气体，热解气体可以通过深冷分离获取LNG，也可以通过合成获取LNG，合成
的含量会更高。

如要合成，流程要包括热解气脱硫净化、压缩、变换脱硫、脱碳、合成液化等。

3.2制氢联产焦油加氢
热解过程中产生的焦油通过高温催化裂化将其转化为轻质油。

但是热解气中
的氢含量较低，CO
2、N
2
、CO等废气含量大，如果直接通过变压吸附的方法进行提
氢，其产生的解析气中仍有6%左右的氢气无法提取出来，经济性比较差，所以可
以通过烃类蒸汽转化的方法将甲烷等烃类气体与水蒸气反应来提高氢气的产。

所以，热解气除了部分用于自身加热外，还可用作焦油加氢工艺氢的来源。

焦油加
氢工艺包括煤气脱硫、煤气净化、蒸汽转化、废热锅炉、中温变化、压缩及 PSA 提氢。

烃类蒸汽转化法灵活，能耗物耗相对较低，是目前常用的制氢方法。

3.3 其他应用途径
一步法合成制备二甲醚。

二甲醚是绿色工业产品，主要用于有机合成原料、
清洁燃料、气雾剂、制冷剂、发泡剂等，用于甲醇转化成烯烃的中间体。

合成气
一步合成二甲醚，分为气相法和三相法，是目前正在研究和开发的工艺。

气相法
是在固体催化剂表面上进行的反应，三相法也就是淤浆法，是合成气扩散到悬浮
于惰性溶剂中的催化剂表面进行反应，反应器成为浆态床。

目前，国内的中石化
集团立项支持的“一床双返三塔”、大连物化所固相新工艺、清华大学的一步
法工艺等都对一步法合成工艺进行了深入的研究，但大多停留在工业中间试验以
及工艺包编制阶段。

美国的空气产品化学公司建成示范装置，日本的钢管公司也
建成了中试装置。

对于 CO 和 H
2
组分较高的合成气，可通过费托合成工艺制备
烃类产品。

通过催化剂的作用发生聚合反应，生成柴油、石脑油等产品。

费托合
成工艺流程主要包括: 脱碳、费托合成、馏分油气提和催化剂再生4个单元［4］。

4结束语
低煤阶热解主要以生产兰炭为主，由于热解规模相对较小，煤气很难得到有
效利用。

随着热解产业的不断发展，热解煤气的再利用也受到越来越多的关注，
企业应根据煤气的品质对下游产品进行有效规划，从而达到低阶煤分质的多利用。

实现能源的有效可持续发展。

参考文献：
［1］甘建平，马宝岐，尚建选，等.煤炭分质转化理念与路线的形成和发展［J］．煤化工，2013(1):3－6.
［2］赵鹏，李文博，梁江朋，等.低阶煤分质利用的前景展望及建议［J］．当代石油石化，2014(9):3－6.
［3］刘振宇．重质有机资源热解过程中的自由基化学［J］．北京化工大学学报(自然科学版)，2018，45(5):8－24．
［4］王秀林，王成硕，浦晖，等 . 焦炉煤气制 LNG 技术和经济性分析［J］．中国石油和化工标准与质量，2020( 2) : 37，50.。