褐煤低温干馏(热解)加工的生产工艺介绍

一、
褐煤低温干馏（热解）加工的生产工艺介绍
3.1
低温煤干馏（热解）加工的主要工艺
煤热解工艺按照不同的工艺特征有多种分类方法。

按气氛分为惰性气氛热解(不加催化剂)，加氢热解和催化加氢热解。

按热解温度分为低温热解即温和热解(500～650℃)、中温热解(650～800℃)、高温热解(900一l000℃)和超高温热解(>1200℃)。

按加热速度分为慢速(3～5℃／min)、中速(5～100℃／s)、快速(500～105℃／s)热解和闪裂僻(>106℃／s)。

按加热方式分为外热式、内热式和内外并热式热解。

根据热载体的类型分为固体热载体、气体热载体和固一气热载体热解。

根据煤料在反应器内的密集程度分为密相床和稀相床两类。

依固体物料的运行状态分为固定床、流化床、气流床，滚动床。

依反应器内压强分为常压和加压两类。

而且煤热解工艺的选择取决于对目标产品的要求，并综合考虑煤质特点、设备制造、工艺控制技术水平以及最终的经济效益。

慢速热解如煤的炼焦过程，其热解目的是获得最大产率的
固体产品――焦炭；而中速、快速和闪速热解包括加氢热解的主要目的是获得最大产率的挥发产品――焦油或煤气等化工原料，从而达到通过煤的热解将煤定向转化的目的。

表3—1 目标产品与相应的工艺条件
上表列出了目标产品与一般所相应采用的热解温度、加热速度、加热方式和挥发物的导出及冷却速率等工艺条件。

到目前为止，国内外研究开发出了多种各具特色的煤热解工艺方法，有的处于试验室研究阶段，有的进入中试实验阶段，也有的达到了工业化生产阶段如鲁奇～鲁尔煤气公司法、COED 法、Toscoal法等。

下面将其中的典型热解方法加以介绍。

3.1.1国外低温煤干馏的加工工艺
(一)鲁奇～鲁尔煤气公司法(Lurgi Ruhrgas)
1．工艺简介
该法是由Lurgi
GmbH公司(联邦德国)和Ruhrgas AG公司(美国)开发研究的。

其工艺流程为粒度小于5mm的煤粉与焦炭热载体混合之后，在重力移动床直立反应器中进行干馏。

产生的煤气和焦油蒸气引至气体净化和焦油回收系统，循环的焦炭部分离开直立炉用风动输送机提升加热，并与废气分离后作为热载体再返回到直立炉。

在常压下进行热解得到热值为26～32MJ／m3的煤气、半焦以及煤基原油，后者是焦油产品经过加氢制得。

2．开发应用状况
此工艺过程在日处理能力12t煤的装置上已经掌握，并建立了日处理250t煤的试验装置以及日处理800t煤的工业装置。

(二)COED法
1．工艺简介
该工艺由美国FMC和OCR联合开发，采用低压、多段、流化床煤干馏工艺流程。

平均粒度为0.2mm的原料，顺序通过四个串联的反应器，其中第一级反应器起煤的干燥和预热的作用，在最后一级反应器中，用水蒸气和氧的混合物对中间反应器中产生的半焦进行部分气化。

气化产生的煤气作为热解反应器和干燥器的热载体和流化介质。

借助于固相和气相逆流流动，使反应区根据煤脱气程度的要求提高温度，有力地控制热解过程的进行。

热解在压力35～70kPa下进行。

最终产品为半焦、中热值(15－18MJ／m3)煤气以及煤基原油，后者是用热解液体产品在压力17－21MPa下催化(Ni-Mo)加氢制得的。

2．开发应用状况
该工艺已有日处理能力36t煤的中间装置，并附有油加工设备。

(三)CSIRO工艺
1．工艺简介
澳大利亚的CSIRO于20世纪70年代中期开始研究用快速热解煤的方法以获取液体燃料，先后建立了lg／h，100g／h，20kg／h三种不同规模的试验装置，对多种烟煤、次烟煤、褐煤进行了热解试验。

该工艺采用氮气流化的沙子床为反应器，将细粉碎的煤粒（<0.2mm）用氮气喷入反应器的沙子床中，加热速度约为104℃／s，热解反应的主要过程约在ls内完成。

另外对热解焦油也进行了结构分析，并用几种不同类型的反应器进行了焦油加氢处理的研究。

2．开发应用状况
近期在试验室开发具有最大液体产率的工艺方法，并建成23kg／h处理煤、用空气或本工艺的循环气作为流化介质进行干馏的中试厂。

（四）Garrentt法（西方研究公司热解法）
1、工艺简介
Garrett法是美国西方研究公司研究开发的。

粉碎至0.1mm的煤粉，在常压气流床反应器中进行热解。

该工艺是为生产液体和气体燃料以及适于作动力锅炉的燃料设计的，其依据是短停留时间快速干馏能获得较高的焦油产率。

热载体是用经空气加热的自产循环半焦。

热解在几分之一秒内发生，停留时间小于2s，因而挥发物二次裂解最小，液体产率高。

在577℃，焦油产率高达35％（质量）。

在气流床反应器中，流化介质是利用炭化后的煤气，经分离出热解半焦和液体产品之后返回到循环系统中。

液体产品加氢制成煤基原油。

此外还得到半焦和发热量22～24MJ/m3的中热值煤气。

2、开发应用状况
此工艺已建成日处理3.6t煤的中间装置并在宽范围条件下进行条件实验。

（五）Toscoal法
1、工艺介绍
Toscoal方法是美国油页岩公司（Oil shale corp）和Rocky Flasts研究中心开发的。

预先制备并预热的煤送入回转炉中，在此与赤热的瓷球热载体接触而发生热解。

热解产品引至气体净化和碳氢化合物回收系统。

瓷球与半焦在机械分离器中分离后，用一部分自产干馏煤气燃烧的热量直接加热，然后作为循环固体热载体再回到回转炉中。

加热瓷球之后的废气用于煤的预热。

工艺的产品为半焦、油和热值为22MJ/m3的煤气。

2、开发应用情况
此工艺已在1976年建成的日处理25t煤的中间装置上实验成功，1982年兴建日处理能力
6.6万吨煤的工业装置。

(六)日本的煤炭快速热解法
1．工艺简介
该方法是将煤的气化和热解结合在一起的独具特色的热解技术。

它可以从高挥发分原料煤中
最大限度地获得气态(煤气)和液态(焦油和苯类)产品。

原料煤经干燥，并被磨细到有80％小于0.074mm，用氮气或热解产生的气体密相输送，经加料器喷入反应器的热解段。

然后被来自下段半焦化产生的高温气体快速加热，在600～950℃和0.3MPa下，于几秒内快速热解，产生气态和液态产物以及固体半焦。

在热解段内，气态与固态产物同时向上流动。

固体半焦经高温旋风分离器从气体中分离出来后，一部分返回反应器的气化段与氧气和水蒸气在1500～1650℃和0.3 MPa下发生气化反应，而为上段的热解反应提供热源；其余半焦经换热器回收余热后，作为固体半焦产品。

从高温旋风分离器出来的高温气体中含有气态和液态产物，经过一个间接式换热器回收余热，然后再经过脱苯、脱硫、脱氨以及其它净化处理后，作为气态产品。

间接式换热器采用油作为换热介质，从煤气中回收的余热用来产生蒸汽。

煤气冷却过程中产生的焦油和净化过程中产生的苯类作为主要液态产品。

2、开发应用情况
先建了7t/d的工艺开发实验装置，后于1996年设计了原料煤处理能力为100t/d的中试装置，1999年～2000年建成并投入试运转和实验运行。

3.1.2国内低温煤干馏的加工工艺
(一)大连理工大学固体热载体干馏新技术
1．工艺简介
大连理工大学郭树才等人开发的固体热载体干馏新技术主要实验装置有混合器、反应槽、流化燃烧提升管、集合槽和焦油冷凝回收系统等。

原料煤粉碎干燥后加入原料槽。

干馏产生的半焦为热载体，存于集合槽，煤和半焦按一定的焦煤比分别经给料器进入混合器。

由于混合迅速而均匀，物料粒度小，高温的半焦将热量传给原料粒子，加热速度很快，煤即发生快速热分解。

由于煤粒热解产生的挥发物引出很快，二次热解作用较轻，故新法干馏煤焦油产率较高。

经混合器混匀的物料进入反应槽，在此完成干馏过程，析出干馏气态产物，即挥发产物。

反应槽固态产物半焦经给料器进入燃烧器。

半焦或加入的燃料与预热的空气进行燃烧，使半焦达到热载体规定的温度，在提升管中被提升到一级旋风分离器，半焦与烟气分离。

热半焦自一级旋风分离器人集合槽，作为热载体循环。

多余的半焦经排料槽作为干馏产物外送。

烟气在二级旋风分离器除尘后外排。

干馏气态产物自反应槽导出后，经过除尘器、空冷器和水冷器析出焦油和水。

煤气经干燥脱去水分，在－30℃左右条件下进行冷冻，回收煤气中的汽油。

净煤气经抽气机及计量后送出。

2．开发应用状况
已完成多种油页岩、南宁褐煤、平庄褐煤和神府煤的10kg／h的试验室实验，在内蒙古平庄煤矿进行了能力为150t／d的褐煤固体热载体热解的工业性实验并建成5.5万t／a的工业示范厂。

（二）陕西神木县三江煤化工有限责任公司SJ低温干馏方炉
1、工艺简介
原料煤由上煤斗连续加入焦炉，经预热段进入干馏段，干馏段干馏温度为750℃±20℃，干馏所用热量主要由回炉煤气与空气在火道内混合均匀后，经火口进入干馏段燃烧，干馏段下部焦炭落入水封槽冷却，然后排出。

荒煤气在干馏室内沿料层上升，通过煤气收集罩、上升管、桥管先后经文氏管塔、旋流板塔
洗涤，煤气在风机的作用下回炉加热，剩余部分放散。

焦油进入沉淀池脱水，然后集中在1500M3焦油池进行静置恒温加热和二次脱水，脱水后的焦油即为成品油。

SJ低温干馏方炉是神木县三江煤化工有限责任公司在鲁奇三段炉的基础上，总结了当地内热式直立方炉和SJ 复热式直立炭化炉的技术优点及生产实践经验，吸收了国内外有关炉型的长处，并根据榆、神、府、东胜煤田和大同矿区挥发份高、灰熔点低、含油率高的煤质特点而研制开发出的一种新型炉型。

该炉型具有物料下降均匀、布料均匀、布气均匀、加热均匀等特点，真正实现了煤的低温干馏，同时，增大了焦炉的有效容积，提高了焦炉单位容积和单位截面的处理能力，干基原煤的焦油产率可达7%以上，增加了焦油的轻组份，提高了焦油的经济价值。

SJ低温干馏方炉分为干燥段、干馏段和冷却段三个部分。

其主要工艺为：块煤通过煤仓布料器进入干馏室，实行了布料均匀；冷却后的煤炭进入炉底水封槽，采用拉焦盘和刮板机水封出焦，实现了物料下降均匀、出焦均匀；煤气和空气在文氏管内混合均匀喷入花墙内，经花墙孔喷出进入炉内燃烧，与循环冷却煤气及水封产生的水蒸汽混合成干馏用的热载体将煤块加热干馏。

煤气由炉顶集气降伞引出进入冷却系统，实现了加热均匀和煤的低温干馏。

SJ低温干馏方炉在设备选型上采用煤气离心增压鼓风机，克服了普通离心风机密闭性能差、煤气和焦油泄露的问题。

焦化废水在生产中消耗，实现了焦化废水的零排放。

出焦系统采用投资少、劳动条件好的水捞焦方案，避免了由于煤气泄露造成的环境污染，大大改善了操作环境。

刮板机出焦口设有烘干机，确保焦炭的水份控制在12%以下，提高了焦炭的加工性能，满足了用户的使用要求。

在工艺流程上保持了SJ复热式直立炭化炉简单、紧凑、便于操作维护、利于防冻的优点。

2、开发应用情况
三江煤化工研究所是公司下设的科研单位，专门负责榆、神、府、东胜矿区煤转化的研究与成果推广工作，先后承担陕西省科委和榆林市科委的煤转化科研攻关项目，成功研制开发出SJ复热式直立炭化炉、SJ低温干馏方炉和优质长焰煤生产煤基木炭三种系列炉型，一套标准装置可形成年产焦炭6万吨、10万吨、20万吨的生产规模。

在生产上达到集约化、规模化。

近年来，仅在榆、神、府、东胜矿区采用本公司技术建成的3万吨、6万吨、10万吨SJ低温干馏方炉达210座，年生产焦炭约800多万吨、焦油80多万吨。

2006年3月12日，哈萨克斯坦共和国欧亚工业财团引进神木三江煤化公司的煤干馏生产线——SJ—Ⅲ型30万吨低温气燃式煤干馏炉，经过几个月的稳定试运行，正式达产达效。

3.2 低温煤干馏加工的工艺技术发展趋势
近年来研究开发的热解工艺注重能源的利用效率和产品的多用途利用。

旨在获取高产率的焦油和BTX(苯、甲苯、二甲苯)等化工产品的热解工艺日益引起人们重视，因而加大了该类工艺的开发力度，热解规模趋向于大型化。

等离子体，氙光管等尖端热解技术的研究也在不断深入和发展。