低阶煤粉煤热解提质技术研究现状及发展建议-王向辉

焦加热提升管ꎻ９
８００ ħ 半焦在机械搅拌的移动床热解器中混合ꎬ 粉 煤被加热到 ４８０ ~ ５９０ ħ 发生热解反应ꎮ 热解气态 产物经除尘进入冷凝回收系统ꎬ 得到焦油和煤气等 产品ꎮ 热解半焦一部分作为产品排出系统ꎬ 其余部 分进入半焦加热提升管中加热作为热载体ꎮ ㊀ ㊀ Ｌ －Ｒ 工艺具有设备结构简单ꎬ 热解时间短ꎬ 反 应 器 处 理 能 力 大ꎬ 焦 油 收 率 高ꎬ 煤 气 发 热 量 高 ８９������ ０％) 等优点ꎮ 主要缺点是焦油含尘量高㊁分离困 难ꎬ后处理系统容易堵塞ꎬ 机械搅拌装置磨损较严 重ꎮ Ｌ －Ｒ 工艺曾在西德多斯顿建立了 ２６０ ｔ / ｄ 中试 装置并连续运转 ２００ ｈꎮ １９６３ 年ꎬ 以褐煤为原料在 前南斯拉夫建立了 ２ 套生产能力 ８００ ｔ / ｄ 工业化装 置ꎮ １９８３ 年ꎬ分别在英国和德国建立了烟煤半焦制 １������ ２㊀ 美国 ＴＯＳＣＯＡＬ 热解工艺 取液压型焦的工业装置ꎮ ㊀ ㊀ Ｔｏｓｃｏａｌ 低 温 热 解 工 艺 是 美 国 油 页 岩 公 司 和 Ｒｏｃｋｙ Ｆｌａｔｅｓ 研究中心在 Ｔｏｓｃｏ － Ⅱ 油页岩干馏技术 基础上开发的煤热解技术ꎬ 可生产煤气㊁ 焦油及半 焦ꎮ 煤气热值较高ꎬ符合中热值城市煤气的要求ꎻ焦 油加氢可转化为合成原油ꎻ半焦含有一定挥发分ꎬ可 ㊀ ㊀ Ｔｏｓｃｏａｌ 工艺采用转筒式热解反应器㊁ 瓷球做热 载体ꎮ 粒度小于 １２������ ７ ｍｍ 的干燥煤在预热提升管 内被来自瓷球加热器的热烟气预热ꎮ 预热后的煤加 入热解转炉中与热瓷球混合ꎬ 煤加热到约 ５００ ħ 发 生热解反应产生半焦和热解气ꎮ 半焦在回转筛中与 瓷球分离并冷却得到 粒 度 小 于 ６������ ３ ｍｍ 的 半 焦 产 ３７ 用作发电厂燃料或制成无烟燃料( 图 ２) ꎮ (１２������ ６ ~ １３������ ５ ＭＪ / ｍ ３ ) ꎬ 系 统 热 效 率 高 ( ８６������ ６％ ~
㊀ ㊀ Ｌ －Ｒ 低温热解工艺是德国鲁奇公司和鲁尔公 司在 １９４９ 年联合开发的以获取多量焦油为目的固 体热载体内热式热解方法ꎬ 以低阶煤或油页岩为热 解原料ꎬ其工艺流程如图 １ 所示ꎮ Ｌ － Ｒ 工艺以自产 半焦为热载体ꎬ 采用粉煤进料ꎮ 煤经干燥提升管提
升到煤仓ꎬ经螺旋输送器进入煤输送管ꎬ在冷的热解
０㊀ 引㊀ ㊀ 言
８０％ 以上用于直接燃烧ꎬ 且 ５０％ 以上供直接燃烧块 炭利用效率低㊁污染物排放超标
[１]
高ꎬ块煤产率由 ５２％ ~ ６０％ 降至 ２０％ ~ ３８％ꎬ 加重了 块煤短缺ꎬ 造成煤粉长期大量积压 [２] ꎮ 据估计ꎬ 全 世界 ２３００ 个煤矿中每年约产生煤粉 ０������ ５ Ｇｔꎬ对其进 行合理高效利用尤为重要ꎮ 随着国内能源需求日益 增大ꎬ对低阶煤ꎬ尤其是低阶粉煤的综合转化利用将 成为未来能源需求的有力支撑ꎮ 低阶煤是处于低变 质阶段的煤ꎬ分为低变质烟煤和褐煤ꎬ 具有水分高㊁
ｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙꎬｅｃｏｎｏｍｙ ａｎｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｌｏｗ ｒａｎｋ ｃｏａｌ.Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｏｗ ｒａｎｋ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｉｔ ｗａｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｔｏ ｕｓｅ ｓｏｌｉｄ ｈｅａｔ ｃａｒｒｉｅｒ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎꎬｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｈｅａｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄꎬｈｉｇｈ ｔａｒ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｃａｌｏｒｉｆｉｃ ｖａｌｕｅ.Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙꎬｌｏｗ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬｂｉｇ ｔａｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔꎬｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ ｓｈｏｕｌｄ ｆｏｃｕｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈꎬｐｙｒｏｌ￣ ｙｓｉｓ ｒｅａｃｔｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎬｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｄｅｅｐ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎꎬｔａｒ ｙｉｅｌｄｓ ａｎｄ ｔａｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔꎬｔａｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅ￣ ｃｏｖｅｒｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｏｒｇａｎｉｃ ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｏｌｙ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｌｏｗ ｒａｎｋ ｃｏａｌꎻｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌꎻｐｙｒｏｌｙｓｉｓꎻｓｏｌｉｄ ｈｅａｔ ｃａｒｒｉｅｒꎻｐｏｌｙ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎꎻｃｏａｌ ｔｏｐｐｉｎｇ
煤气作用下流入热解器ꎬ 与来自热半焦收集器的约
图 １㊀ Ｌ－Ｒ 低温热解工艺流程
除尘器ꎻ１２
移动床热解反应器ꎻ１０ 冷却器ꎻ１３
焦油捕集器ꎻ
１㊀ 低阶煤粉煤热解提质工艺
㊀ ㊀ 煤热解提质工艺是煤深度干燥的基础上ꎬ 在非 氧化气氛下继续升温ꎬ 发生一系列复杂的物理化学 反应ꎬ脱除大部分挥发分ꎬ 得到半焦㊁ 低温焦油和热 解煤气等产品的过程ꎮ 热解是利用煤炭组成与结构 是利用煤本身结构特点联产芳香烃化学品的最有效 特征生产替代紧缺油气资源的煤温和转化过程ꎬ 也 方法ꎬ其转化条件温和㊁工艺流程短㊁煤种适应性强㊁ 能效高㊁ 水耗低ꎮ 产品半焦可用作燃料㊁ 气化原料ꎬ 低灰分半焦亦可作为制备水煤浆㊁型焦㊁活性炭等的 采用固体热载体技术产生的高热值煤气可直接作为 工业原料和民用燃气ꎬ 采用气体热载体技术产生的 工艺选择上主要以固体热载体为主ꎮ １������ １㊀ 德国 Ｌ －Ｒ 低温热解工艺 透气性差等因素影响ꎬ 低阶煤粉煤热解提质技术在 原料ꎻ煤焦油加氢裂解可生产汽油㊁ 柴油和燃料油ꎻ 低热值煤气只能作为工业燃料ꎮ 受粉尘夹带㊁ 原料
摘㊀ 要:为改善低阶煤煤质㊁提高其利用经济性和安全性ꎬ阐述了国内外主流的低阶煤粉煤热解提质 技术的工艺特点及研究进展ꎬ分析了低阶煤粉煤热解提质技术存在的问题ꎬ并对低阶煤粉煤热解提质 工艺的发展进行了展望ꎮ 结果表明:粉煤热解一般采用固体热载体热解工艺ꎬ 具有加热速度快㊁ 焦油 产量高㊁热解煤气热值高等优点ꎬ是解决大量粉煤利用的关键技术之一ꎮ 针对粉煤热解工艺存在的关 键技术未实现突破㊁经济效益差㊁焦油品质难以有效控制㊁废水处理难度大等问题ꎬ提出未来应从实现 热解关键技术突破㊁优选热解反应器㊁开发热解产品深加工技术㊁研发可提高焦油产率和改善焦油品 质的新工艺㊁开发新型焦油分离和回收技术㊁开发含有机物废水的处理方法㊁ 开发具有高能源转化效 率的多联产工艺等 ７ 方面进行粉煤热解提质技术的研究ꎮ 关键词:低阶煤ꎻ粉煤ꎻ热解提质ꎻ固体热载体ꎻ多联产ꎻ煤拔头
引用格式:王向辉ꎬ门卓武ꎬ许㊀ 明ꎬ等. 低阶煤粉煤热解提质技术研究现状及发展建议[ Ｊ] . 洁净煤技术ꎬ２０１４ꎬ２０(６) :３６－４１. [ Ｊ] .Ｃｌｅａｎ Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ２０(６) :３６－４１.
ＷＡＮＧ ＸｉａｎｇｈｕｉꎬＭＥＮ ＺｈｕｏｗｕꎬＸＵ Ｍｉｎｇꎬ ｅｔ ａｌ. Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｐｏｓａｌｓ ｏｎ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ｒａｎｋ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ
ＷＡＮＧ ＸｉａｎｇｈｕｉꎬＭＥＮ ＺｈｕｏｗｕꎬＸＵ ＭｉｎｇꎬＷＥＮＧ ＬｉꎬＬＩＵ Ｋｅ
( Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｌｅａｎ ａｎｄ Ｌｏｗ Ｃａｒｂｏｎ ＥｎｅｒｇｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀ １０２２１１ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ :Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ｔｅｃｈ￣
㊀ ㊀ 煤炭占中国能源消费结构 的 ７５％ 以 上ꎬ 其 中 煤的工业锅炉㊁工业窑炉及家用燃煤炉使用ꎬ造成煤 化技术多以块煤为原料ꎬ 随着采煤机械化程度的提
基金项目:国家高技术研究发展计划(８６３ 计划) 资助项目(２０１１ＡＡ０５Ａ２０２) 作者简介:王向辉( １９７７
ꎮ 现有主流煤气
收稿日期:２０１４－０６－０９ꎻ责任编辑:白娅娜㊀ ㊀ ＤＯＩ:１０.１３２２６ / ｊ.ｉｓｓｎ.１００６－６７７２.２０１４.０６.００９ ) ꎬ男ꎬ河北承德人ꎬ高级工程师ꎬ博士ꎬ从事煤热解提质工艺技术开发㊁煤间接液化工作ꎮ Ｅ－ｍａｉｌ:ｘｈｗａｎｇ＿ｃｎ＠ １２６.ｃｏｍ
３６
王向辉等:低阶煤粉煤热解提质技术研究现状及发展建议
２０１４ 年第 ６ 期
挥发分高㊁灰分高㊁易自燃㊁强度差等特点ꎬ极大限制 其直接开发利用ꎮ 为改善低阶煤煤质㊁ 提高其利用 经济性和安全性ꎬ国内外学者针对低阶煤热解提质 Ｒ) [３－７] ㊁ 美国 Ｔｏｓｃｏａｌ 工艺 [３ꎬ８－１０] 为代表的低温热解 技术开展了大量研究ꎮ 国外开发了以苏联 ＥＴＣＨ 工 艺㊁ 美 国 Ｋ － Ｆｕｅｌ 工 艺㊁ 德 国 鲁 奇 － 鲁 尔 工 艺 ( Ｌ － 工艺ꎻ国内大连理工大学 [３ꎬ７ꎬ１１] ㊁ 浙江大学 [１２－２１] ㊁ 中 国科学院过程工程研究所 [２２] ㊁陕西华祥能源科技集 团有限公司等根据粉煤特点开发了流化床热解工 艺ꎬ但在工程化过程中出现了诸如高温物料输送困 难㊁高温密封不严㊁ 高温热解气除尘不净㊁ 焦油品质
２０１４ 年第 ６ 期
洁净煤技术
第 ２０ 卷
１ １ 煤仓ꎻ２ 预热提升管ꎻ３ ９ 旋风分离器ꎻ４ 回转筛ꎻ８ 洗涤器ꎻ５ 瓷球
储槽ꎻ６ １０
引风机ꎻ２
加热器ꎻ６
热解转炉ꎻ７
品ꎬ瓷球经提升管加热后循环使用ꎻ热解气进入油气 分离塔冷凝分离得到煤气和粗焦油ꎮ 瓷球加热所需 燃料为自产煤气或燃料油ꎮ Ｔｏｓｃｏａｌ 工艺具有加热 设备复杂ꎬ维修量大ꎮ ㊀ ㊀ 怀俄达克次烟煤在 Ｔｏｓｃｏａｌ 工艺 ２５ ｔ / ｄ 中试装 置上的实验结果表明: 温度为 ４３０ ~ ５４０ ħ 时ꎬ 半焦 ５������ ４％ ~ ５������ ７％ꎬ煤气热值为 １８������ ７５ ~ ２２������ ０３ ＭＪ / ｍ ３ ꎮ １������ ３㊀ 大连理工大学褐煤固体热载体热解工艺 产率 为 ４４������ ０％ ~ ４７������ ６％㊁ 焦 油 ５������ ２％ ~ ８������ ４％㊁ 煤 气 ㊀ ㊀ 大连理工大学开发的褐煤固体热载体热解技术 品㊁煤气和半焦的技术ꎮ ＤＧ 工艺流程如图 ３ 所示ꎮ 速度快ꎬ焦油产率高等优点ꎻ 缺点是系统热效率低ꎬ
中图分类号:ＴＤ８４９ꎻＴＱ５３６������ １㊀ ㊀ ㊀ 文献标志码:Ａ㊀ ㊀ ㊀ 文章编号:１００６ － ６７７２(２０１４)０６ － ００３６ － ０６
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｐｏｓａｌｓ ｏｎ ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｌｏｗ ｒａｎｋ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ
㊀ ２０１４ 年
㊀ 第 ２０ 卷第 ６ 期
１１ 月
Ｃｌｅａｎ Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
洁净煤技术
Ｖｏｌ������ ２０㊀ Ｎｏ������ ６㊀ Ｎｏｖ.㊀ ２０１４㊀
低阶煤粉煤热解提质技术研究现状及发展建议
王向辉ꎬ门卓武ꎬ许㊀ 明ꎬ翁㊀ 力ꎬ刘㊀ 科
( 北京低碳清洁能源研究所ꎬ北京㊀ １０２２１１)
１ ５ 干燥提升wenku.baidu.comꎻ２ 旋风分离器ꎻ６ １１ 干煤仓ꎻ３ 空气预热器ꎻ７ 螺旋给煤机ꎻ４ 热半焦收集器ꎻ８ 油水分离器 煤输送管ꎻ 半
差等问题ꎬ 未能实现工业化ꎮ 国家能源科技 十二 五 规划将低阶煤提质改性技术和中低温煤焦油制 清洁燃料及化学品关键技术列为重大技术研究计 鉴于此ꎬ笔者阐述了国内外主流的低阶煤粉煤热解 后低阶煤粉煤热解提质工艺的技术路线给出了发展 建议ꎬ以促使煤热解提质工艺早日实现工业化ꎮ 划ꎬ低阶煤热解提质技术迎来了良好的发展机遇ꎮ 提质技术ꎬ分析了热解提质技术存在的问题ꎬ并对今