煤炭分质利用探讨_唐宏青

公司国富炉工艺； ⑦ 北京神雾无热载体蓄热式旋转 床煤热解工艺； ⑧ 大唐华银低阶煤低温热解工艺； ⑨ 神 华 模 块 化 固 体 热 载 体 热 解 工 艺； ⑩清华大学固体热载褐煤热解工艺； 瑡 河南龙成低 瑏 阶煤低温热解技术； 瑢 中国科学院过程工程研究所 瑏 和中国科学院山西煤化所联合研发的“煤 拔 头 工 艺” 等。 （ 3 ） 环境污染问题是煤低温 干 馏 行 业 面 临 的 突出问题 之 一 。 原 因 有 ： ① 焦 化 行 业 的 排 污 环 节 比较多 ， 强度 比 较 高 ， 种 类 繁 杂； ② 生 产 过 程 能 耗 大， 荒煤气是常压的 ， 利用时需要加压 ， 能耗高 ； ③ 低温干馏生产过程中排放的废水 、 废气和废渣中 ， 含有大量有害 污 染 物 ， 不符合我国目前执行的环 保标准 ， 其后果是严重污染环境 ， 同时还严重威胁 生产地区的人 群 健 康 ； ④ 煤 低 温 热 解 工 艺 的 经 济 — —焦 油 的 价 格 比 较 高 ， 效益不 佳 。 其 产 品 — 是项 目经济效 益 的 主 要 来 源 。 但 目 前 的 问 题 是 ： 缺 少 完整的产业链 ， 难以实现产品的综合利用 ； ⑤ 半焦 难以冷却 、 储 存 和 运 输， 且 含 有 大 量 焦 渣， 利用价 值 降 低； ⑥ 焦 油 与 粉 尘 难 以 有 效 分 离， 易堵塞 管路 。 （ 4 ） 陕煤集团神 木 天 元 低 阶 粉 煤 回 转 热 解 制 取无烟煤技术 （ 见图 3 ） 是对热解技术的进一步完 善， 力求克 服 上 述 缺 点 。 但 其 热 半 焦 喷 水 后 变 成 无烟煤的做法 ， 似乎没有解决半焦的应用问题 。
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化肥设计
2016 年第 54 卷
处理， 在 600 800 ħ 条件下发生脱水、 热解、 裂解等 一系列反应， 最后产生荒煤气、 煤焦油和半焦。 对于荒煤气， 可按照 C1 化工中成熟的蒸汽转 CO 和 H2 。 煤低温热解的气态产物 化法得到 CH4 、 23% 27% 的 CH4 ， 含有约 55% 60% 的 H2 ， 另外 C2 以上不饱和烃 2% 还含有约 5% 8% 的 CO、 4% 、 1． 5% 3% 的 CO2 、 0． 3% 0． 8% 的 O2 、 3% 7% 的 N2 。当然， 荒煤气是常压的， 利用其能耗是很 高的。 焦油可先提取酚， 然后再加氢制成轻质芳烃、 石脑油等油品。 酚类是化工中一种价值较高的产 品， 通常要回收， 如果由于回收成本较高或因条件 限制导致不能回收， 将造成严重的水质污染。 半焦作为清洁能源， 可用于高炉喷吹和气化原 。 、 料 低灰分半焦型焦 活性炭等的原料， 也期望可 作为制备水煤浆的原料。 综上所述， 分质利用基本流程是一个梯级利用 过程。 实际上， 这个想法在上世纪三四十年代已经有 了， 只不过整体方案不如现在完善， 没有能够实现。 但是， 分质利用的工艺路线符合能流和物流的合理 利用， 有利于实现能耗和排放的最小化。 因此， 国 内外理论界均认为是煤炭转化方式中可以使能耗、 物耗最低的方法。 但是， 这个理论大家都已经懂得， 为什么没有 实现呢？ 问题在于整个工艺路线中， 还有技术上的 难题没有解决， 但更主要的原因在于， 没有一个完 。 整的示范厂和商业化装置
第 54 卷 第 2 期 2016 年 4 月
化肥设计 Chemical Fertilizer Design
Apr． 2016
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专题综论
煤炭分质利用探讨
唐宏青
（ 北京中科合成油工程有限公司 ， 北京 101407 ） 摘 要： 煤炭的分质利用及低品质煤的提质受到高度关注 ； 介绍了煤炭分质利用的定义 、 工业过程及流程， 提出了
近期， 煤的分质利用及低品质煤的提质受到人 们的高度关注。 煤炭是主要能源， 其燃烧后碳、 氢元素分别转 CO O ， H 化为 同时也可以转化成为化学品， 但 2 和 2 能量利用率并不高。 因此， 几十年前科学家们提出 “分质” 的 利用， 就是要既提高能量转化率， 又能利 用它生产化学品的方法。
1965 年毕业于北京大 作者简介： 唐宏青 （ 1941 年 － ） ， 男， 上海人， 1989 年获中国石化首批 “突出贡献科技管理 学， 教授级高级工程师， 2008 年受聘于中科合成油技术公司， 专家” 称号， 长期从事化学工程 与煤化工的开发和设计工作。
图1
原煤的干燥
煤的分质利用应该包括 3 方面的内容： 中低温 干馏（ 也称作热解 ） ， 在 500 650 ħ 温度下分解成 气体（ 荒煤气） 、 液体（ 焦油 ） 、 固体 （ 半焦或称兰炭 ）
国石油大学低阶煤流化床快速热解工艺； ② 北京煤 ［1 ］ 化所的 MＲF 热解工艺 ； ③ 大连理工大学辐射炉 快速热解工艺和固体热载体催化热解
［2 ］
； ④ 煤科院
北京煤化所多段回转炉温和气化工艺； ⑤ 浙江大学 循环流化床煤分级转化多联产工艺 （ 炉渣热载体与 燃煤锅炉结合）
［3 ］
； ⑥ 北京国电富通科技发展有限
［4 ］
2
2． 1
分质利用的工业过程
煤的干馏或热解 在热解过程中， 煤炭会经历软化、 熔融、 流动和
膨胀再次固化这一系列特殊的形态转化过程， 此时 生成物为气、 液、 固三相共存的状态。 （ 1 ） 按照加热终温、 速度、 方式、 热载体类型、 气 氛、 压力等工艺条件， 煤的干馏或热解分可分为以 下几类： ①最终温度： 低温 500 600 ħ ， 中温 700 900 ħ ， 高温 900 1 100 ħ ， 超高温 ＞ 1 200 ħ ； ② 加 热速度： 慢速 ＜ 5 ħ / min， 中速 5 100 ħ / min， 快速 500 1 000 ħ / min， 闪裂解 ＞ 1 000 ħ / min； ③ 加热 方式： 外热式、 内热式、 内外并热式； ④ 热载体类型： 固体热载体、 气体热载体、 气 － 固热载体 ； ⑤ 气氛类 型： 氢气、 惰性气氛（ 氮气） 、 水蒸气、 催化加氢； ⑥ 压 力： 常压、 加压、 高压、 隔绝空气。 （ 2 ） 目前， 国内有许多办法和技术， 例如： ① 中 2． 2
Discussion on Coal Qualitybased Utilization
TANG Hongqing （ Synfuels China Inc． ， Beijing 101407 China）
Abstract ： Coal qualitybased utilization and low rank coal conversion have attracted higher attentions． This paper introduces the definition of coal qualitybased utilization and industrial process and presents a viewpoint that‘half’coal qualitybased utilization has no practical significance and it is inadvisable to promote coal indepth qualitybased utilization in a large scale before success of a demonstration plant． Keywords： coal； raw gas； tar； semicoke； qualitybased utilization doi： 10． 3969 / j． issn． 1004 － 8901． 2016． 02． 001
煤的热解分为低温热解 根据干馏温度的不同， （ 500 650 ħ ） 、 （ 中温热解 650 800 ħ ） 和高温热 解（ 900 1 000 ħ ） 。 与高温热解（ 即焦化） 相比， 低温热解的焦油产 率较高 而 荒 煤 气 产 率 较 低。 一 般 半 焦 为 50% 70% ， 低温焦油 18% 25% ， 荒煤气 80 100 m3 / t （ 原料煤） 。国内目前采取的低温热解技术路线是： 将低变质煤经自然干燥， 然后在热解炉内进行炭化
图3
粉煤回转热解制取无烟煤技术
［5 ］
中低温煤焦油轻质化 其组成复杂， 已被 煤焦油是一种宝贵的资源，
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第2 期
唐宏青
煤炭分质利用探讨
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鉴定的组分有 500 种左右。 通过加氢将煤焦油中 N、 O 等杂原子脱除， 的金属杂质、 灰分和 S、 并将其 中的烯烃和芳烃类化合物进行饱和成烷烃， 从而得 到质量优良的石脑油馏分和柴油馏分 。 近 20 年来， 我国中低温煤焦油加氢技术取得 了明显的进展， 先后开发出了多种加氢技术， 根据 各种技术的特点， 可以归纳为如下 4 类。 2． 2． 1 煤焦油加氢精制技术 煤焦油加氢精制技术的特点是采用固定床加 氢方法。其优点是： 工艺流程比较简单， 投资和操 作成本较低； 缺点是： 石脑油和柴油的收率较低 （ 取 导致煤焦油资源 决于原料煤焦油中轻油的含量 ） ， 的利用率低。 2． 2． 2 煤焦油加氢裂化技术 煤焦油固定床加氢裂化工艺是用固定床加氢 裂化方法， 把煤焦油中的重质油 （ ＞ 350 ħ ） 转化成 轻质油， 从而提高轻油产品收率。 该工艺的 优 点 是 ： 把 大 部 分 煤 焦 油 中 的 重 油 都转化成了轻油 馏 分 ， 提高了轻油产品的收率和 煤焦油资源的利 用 率 ， 即提高了柴油产品的十六 烷值至 40 以 上 ； 该 工 艺 的 缺 点 是 ： 工 艺 流 程 比 较 复杂 ， 对原料油有一定的限制 ， 要求原料油的干点 ＜ 600 ħ 。 2． 2． 3 煤焦油悬浮床 / 浆态床加氢裂化技术 煤焦油悬浮床 / 浆态床加氢裂化技术是采用蒸
杂， 将一部分煤焦油转化成了焦炭， 焦油资源利用 不够充分。 近年来， 国内开展了延迟焦化 － 加氢裂化联合工 艺技术的工业化， 例如在陕西神木建立了 50 万 t / a 煤的焦油轻质化装置。 2． 3 半焦的利用 2． 3． 1 产品。 在煤的中低温热解过程中， 副产品半焦要占到 整个反应产物的约 60% 90% （ 质量分数 ） 。 如何 合理利用半焦将决定整个煤中低温热解过程的经 济性和实现工业化的可能性。 煤中低温热解所得 半焦的性质主要取决于煤种、 灰含量和形成半焦的 反应条件等。 半焦在气化反应过程中受其活性的影响， 其主 要的影响因素有： 原煤性质、 热解温度、 热解气体停 留时间、 热解压力、 热解气氛等。 总之 ， 半焦的固定碳含量高 ， 制成含碳量高的 水煤浆用于 煤 气 生 产 ， 可 提 高 利 用 率， 降 低 氧 耗、 煤耗 。 半焦 气 化 对 提 高 中 低 温 热 解 工 艺 竞 争 力 、 真 正 实 现 煤 的 清 洁、 高 效、 环保利用有着重大的 意义 。 2． 3． 2 半焦的处理 目前科学家试验的注意力集中在中低温热解 上， 而半焦处理没有成熟的技术可以应用 。 有的主张卖掉半焦。 一个处理 1 000 万 t 煤的 工厂， 产出 500 万 t 半焦， 等半焦从热解处理后冷下 来， 费时费力、 占地排污； 如果卖不掉， 半焦堆成山， 导致资金积压。 有的主张自建电站。 用半焦发电， 实际上是一 个电站搞了一个很大的场地来处理买来的煤， 费很 大的劲从煤中提了一点油， 真不如 IGCC 技术成熟 和环保。 有人认为半焦气化没有问题， 然而这只是推测 性的纸上谈兵， 没有工业化装置来证明这一点。 因此， 如果半焦气化过不了关， 整个分质利用 工厂就不能正常生产。 2． 3． 3 在气流床中半焦气化 有的主张半焦气化。 认为水煤浆或干煤粉气 半焦的性质 半焦也称为兰炭， 是煤中低温热解得到的固体
3 种形态的产品， 然后再根据各类热解产物的性质， 进行综合利用（ 见图 2 ） 。
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分质利用的定义
图2
煤的热解
尽管将其大量水分经机械 原煤经过湿法选煤， 脱水， 但水分还是很高， 通常在 12% 14% 之 间。 为进一步降低精煤水分， 往往采用火力干燥的方法 进行深度脱水， 然后去分质利用（ 见图 1 ） 。
“半” 分质利用没有实际意义 ， 深度分质利用在示范厂建设成功前 ， 不宜大规模推广的观点 。 关键词： 煤炭； 荒煤气； 焦油； 半焦； 分质利用 doi： 10． 3969 / j． issn． 1004 － 8901． 2016． 02． 001 中图分类号： TQ536 文献标识码： A 文章编号： 1004 － 8901 （ 2016 ） 02 － 0001 － 04