分级分质热解要素选择及低温热解存在的问题

分级分质热解要素选择及低温热解存在的问题

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2016-07-05zmxmhg煤炭深加工现代煤化工

主要发布：现代煤化工产业政策；煤炭清洁利用及深加工行业发展热点难点；国内外煤转化技术研发与应用；低阶煤提质及深加工技术的研发与运用；煤化工产品市场及分析预测；煤炭深加工领域中有关环保、节能、安全等方面的技术与方案。

致歉信

尊敬的各位读者，由于小编疏忽在昨日所发“低阶煤分级分质利用全产业链发展路径探析”文章插图时不小心漏发了部分核心内容，造成了所发文章不完整，影响了大家阅读。在此小编深表歉意。感谢大家的理解与支持

低阶煤分级分质利用全产业链发展路径探析

国家发布的《能源发展战略行动计划(2014-2020 年) 》确立了2020年中国的战略方针与目标：一次能源消费总量将控制在48 亿吨标准煤，煤炭消费总量控制在42 亿吨;非化石能源占一次能源消费比重达到15%，天然气比重达到10%以上，煤炭消费比重控制在62%以内。具统计资料表明：2015 年我国煤炭消费量占能源消费总量的64.0%，水电、风电、核电、天然气等清洁能源消费量占能源消费总量的 17.9%。

据中国煤炭工业协会的数据资料：截至2014年，我国已探明适于分级分质利用的煤炭储量8758.32亿吨，其中蕴藏着约657亿吨油品和51万亿方天然气。分别相当于已探明石油可采储量的20倍、已探明天然气可采储量的11倍。

我国每年消费近40亿吨煤炭中的55％左右含有丰富的油气组分。假设全部实现分级利用相当于增加1.43亿吨燃料油、0.84亿吨液化天然气供应，仅燃料油就相当于我国每年石油进口量的一半。发展煤炭分级分质利用，可在一定程度上缓解我国油气资源偏紧的局面，对于提升我国能源安全保障程度意义重大。

低阶煤热解基本机理

低阶煤的主要特征：煤化程度低、挥发分高、水分高、发热量低，褐煤在这方面尤其突出。

主要热解机理：煤在隔绝空气条件下被加热到一定温度时发生的一系列物理反应和化学反应，混杂在一起的反应是一个复杂过程，导致碳结构中的交联键发生断裂，产物重组和二次反应，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程。

按加热终温的不同,大致可分为三种热解温度：900～1100℃为高温干馏，即焦化；700～900℃为中温干馏；500～600℃为低温干馏。

主要热解过程：当煤料的温度高于100℃时：煤中的水分蒸发出；温度升高到200℃以上时：煤中结合水释出；高达350℃以上时：粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体，其中泥煤、褐煤等热解时不发生此现象；至400～500℃时：大部分煤气和焦油析出，称为一次热分解产物。在450～550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦。高于550℃时：半焦继续分解,析出余下的挥发物，主要成分是氢气。半焦失重同时进行收缩，形成裂纹；高于800℃时：半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。

当热解在室式热解炉内进行时：一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触，发生二次热分解，形成二次热分解产物，焦炉煤气和其他炼焦化学产品，煤干馏的主要产物是半焦、煤焦油和热解煤气。

煤热解工艺参数按照加热终温、加热速度、加热方式、热载体类型、气氛和压力等工艺条件分为不同类型。

按加热终温可分为低温热解（500-600℃）、中温热解（700-800℃）、高温热解（950-1050℃）和超高温热解（>1200℃）煤热解工艺；

按加热速度可分为慢速（3-5℃/min）、中速（5-100℃/s）、快速（500-10000℃/s）、闪裂解（>10000℃/s）煤热解工艺；

按加热方式和热载体可分为外热式、内热式、内外并热式煤热解，其热载体类型可分为固体热载体、气体热载体、固气混合热载体煤热解工艺；

按气氛可分为氢气、氮气、水蒸气、隔绝空气煤热解工艺；

按压力可分为常压、加压煤热解工艺。

分级分质热解要素选择

热解温度的选择

热解热源：热解过程所需要的热量是由外部提供的，供给的热量对热解反应有很大的影响。选择不同的热解温度对热解获得的产品需求也是完全不同的。低温热解温度通常控制在500-600℃，中温热解温度通常控制在700-800℃，高温热解温度通常控制在850-1000℃。

选择合适的热解温度非常重要。即要考虑低阶煤的组分、煤质以及含油率等重要参数，也与考虑确定热解产品的需求及全产业链的关联度，同时还要考虑初级原料的深加工和三废的处理等关联度。

在不同热解状态下的产出物类型：在低温条件下：更易获得较多的液体产品，即焦油。在高温条件下：更易获得较多的气体产品，即热解煤气。在中温条件下：即可获得一定的液体产品，同时也获得一定的气体产品。

热解温度高低对半焦产出物内部结构影响较大：热解温度越高，固体原料的焦化程度也越高，碳内部结构发生一定的质的变化，为后续固体燃料的加工造成一定的影响。

原料粒度及炉型选择

原料粒度与传热传质有关：显然不同的加热速度，如慢速（3-5℃/min）、中速（5-100℃/s）、快速（500-10000℃/s）等对原料煤的粒度大小、热解反应器的结构要求均是不同的，粒度必须与这些炉型结构和工艺参数相匹配，才能获得较高的热解目标产物。

一般情况下，粒度范围，如粉煤、6－8mm、10-20mm、8-60mm、块煤10-100mm等。不同的粒度对应不同的热解反应器类型结构，不同的热解反应器结构要选择最佳的原料粒度。我们既可以由粒度来对应不同类型的热解炉结构，也可以根据确定的炉型来匹配相应的最佳原料粒度。

流化床热解炉选择粒度：通常适用于小颗粒的原料煤粒度，一般以<>物料在床层内呈流化状态，传热过程比较快，比较容易实现热解

的过程。在热解过程中若与高温的炉灰混合加热，容易与热解的油气混合在一起，对后续的油气灰分离造成影响。由于低温流化床热解，本身粒度较小，不怕煤加热粉化，与其它低温热解相比，这种热解工艺能多产焦油，而且焦油中含有脂肪烃、芳烃和酚类物质，经加工能得化学品和燃料油。

移动床热解炉选择粒度：通常比较适合小颗粒的热解原料煤，一般以6-8 mm粒度为宜。这种粒度也比较容易实现热解的过程，在热解过程中也会产生少量的粉尘，油气粉尘的混合分离相对流化床要容易些。该炉型除出焦系统外，均为静设备，动力消耗低，热解为渐温加热过程，热解产生的油气逐渐上升，遇冷煤重质焦油便凝析，随煤下行进入高温区，重质焦油会二次热解，产生轻质油，煤层之间有较好的过滤作用，煤的热崩碎几率较小，粉尘较易于除去，确保油品质量。

回转（旋转），热解炉选择粒度：通常适合较大颗粒的热解原料煤，一般以8-30 mm粒度为宜。这种粒度在热解过程中较少形成粉尘，油气粉尘的混合分离相对要容易些。炉内物料受热也比较均匀，升温速度较快，温度控制比较精准，易于实现最佳热解温度，避免温度过高导致焦油二次裂解，产生的荒煤气体积小，含焦油浓度高，便于回收。

粉煤回转热解炉选择粒度：适于粉煤热解，以粒径0.2～30毫米的粉煤为原料，热烟气在干燥粉煤的同时，去除粒径小于0.2毫米的煤尘。采用回转炉干燥与回转炉热解串联，加热介质采用逆、并流结合的方式供热，炉内温度分布较合理，煤焦油收率高、煤气组分优、固体产品活性好、耗水少、原煤中水的回用率高。适宜在低阶煤资源丰富、水资源缺乏地区推广应用，经回转干燥、除尘、干馏、冷却、增湿、钝化等环节，产出热值较高的煤气、煤焦油和半焦无烟煤。热解过程用自产的煤焦油洗涤热解气中携带的煤焦油(传统工艺为水洗)，并将粉煤干燥析出废水与热解水分别处理、梯级利用。因受细煤粉与煤焦油混合物难以分离、易堵塞设备管道等问题制约，还有待完善。

热解产品选择