褐煤利用现状及前景

褐煤煤化工利用现状及前景

1褐煤煤化工领域

1.1直接燃烧

褐煤最常见的直接利用方法就是燃烧。由于褐煤含有较多的水分，不便于远距离运输，所以目前国内外产出的褐煤主要是在坑口电站用于燃烧发电，只有少量被部分干燥或制成型煤后运往别处供各种工业锅炉或民用。如德国的褐煤占电力生产原料的四分之一。在中国，估计有90%以上的褐煤被用于电站锅炉和各种工业锅炉的燃料。与其它煤种相比，褐煤的发热量低、水分高、含氧量高、挥发分高、灰分多，通常被认为是劣质燃料，特别是高灰分高水分将在燃烧过程中带走大量的热量。燃用褐煤的电站锅炉主要采用悬浮燃烧方式，即煤粉燃烧锅炉（煤粉炉）。少量采用旋风燃烧锅炉（旋风炉）。近几年，随着流化床燃烧技术的发展，流化床燃烧锅炉也开始用于褐煤的燃烧发电。褐煤在用于小容量的工业炉和工业锅炉时，主要采用层状燃烧方式，如链条炉、往复炉以及流化床燃烧炉。

1.2褐煤的热解

褐煤的高水分、低发热量限制了褐煤的使用，但其高挥发分、活性好、H/C比高等独特性质决定了它是极其适合的热解原料。褐煤热解（干馏）提质是指在隔绝空气（或在非氧化气氛）条件下将煤加热，发生热解反应，最终得到焦油、煤气和半焦的加工过程（方法）。进行褐煤热解的优点：①操作条件温和，褐煤热解加热的温度控制一般在400-700℃；②不需要氧气、氢气及昂贵的催化剂；③技术简单，设备简单，相应的基础投资较少。

热解后产生的热解煤气可以直接作为生活燃料用气或化工合成气，得到的半焦具有低灰、低硫、固定碳高的特点，可以用于合成气、电石等行业的生产，也可用作铜矿或磷矿等冶炼时的还原剂或用作炼焦配煤，也是生产活性炭等化工产品的原料；褐煤半焦孔隙发达，是用途较广的吸附材料、过滤材料，还可作为冶金工业的炭质还原剂和无烟燃料。褐煤热解技术将资源利用效率放在首位，对褐煤主的提制和综合加工利用很有意义，作为洁净煤技术领域的专门技术受到人们的关注，是当前褐煤利用的主要途径。

1.3褐煤气化

褐煤的气化是以褐煤为原料，以氧气、水蒸汽或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将褐煤中的有机物转变为可燃性气体燃料的过程。可燃性气体燃料称为气化煤气，其有效成分包括CO、H2、CH4等。气化煤气可用于城市煤气、化工合成原料气，为冶金工业提供还原气、工业燃料气、制氢原料气等。褐煤气化比直接燃烧具有更大的优越性，因为气体燃料燃烧稳定，无环境污染，便于输送和净化，所需的工艺和设备简单。

褐煤气化可增加产品的附加值，生产洁净能源和可替代石油化工的产品，如柴油、汽油、航空煤油、天然气、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等。

此外，气态原料特别适合于非均相催化的化工合成过程。正因为如此，近几年来生产气体原料和燃料的气化工业飞速发展，并日趋完善。为此，在目前世界能源供求发生变化并期求从廉价的褐煤中取得洁净能源以保护环境的情况下，可以预见，褐煤气化工业将有着广阔的发展前景。

1.4 褐煤液化

褐煤液化是通过化学加工方法将固体煤转变成液体产品的技术，主要有直接液化和间接液化两种工艺技术。由褐煤生产液体燃料是高效和洁净利用褐煤、增加液体燃料油来源、发展煤化工、解决煤炭污染的重要途径。褐煤直接液化是在适当的温度、压力等反应条件下，借助于催化剂的作用，将其加氢裂解生成液体烃类和少量气体，并脱除氮、氧和硫等杂原子。这是一个褐煤深度转化的过程，又称加氢液化过程。其工艺过程包括原料煤干燥、破碎、煤浆制备、加氢液化、固液分离、气体净化处理、液态产物分馏、精制加工以及液化残渣气化制取氢气等过程。褐煤直接液化的产品是优质汽油、喷气燃料油、柴油以及芳烃和碳素化工原料，并副产燃料气、液化石油气、硫磺和氨等。褐煤直接液化工艺过程的热效率高达70%以上，是一种先进的褐煤洁净利用技术。若将褐煤转变成液体产物（合成原油），使H/C原子比增大，需要经历加氢、裂解、脱除杂原子等反应过程。

1.4提取腐植酸

褐煤煤化程度低，腐植酸含量较高，一般在40%。腐植酸能广泛应用于农牧业生产。腐植酸是构成土壤腐植质的丰要成分，为生理活性物质，对作物生长发育及体内生理代谢有刺激作用。褐煤可以经人工氧化（如硝酸、臭氧、空气）处理形成再生腐植酸，再生腐植酸经碱抽提可形成与土壤腐植酸相近的结构的腐植酸盐，更易于被植物吸收利用。在农业中，腐植酸的应用已被广泛认可，主要作用有：增进肥效、改良土壤、改善品质、调节作物生长和增强作物的抗逆性等。由于腐植酸的生理活性，腐植酸类物质在饲料添加剂、兽药和水产养殖开发等方面被广泛应用。褐煤由于具有发达的空隙，表面官能团种类多，活性高，对褐煤进行有机化改性可制得性能优良的添加剂。褐煤腐植酸还可以生产钻井液添加剂、陶瓷用腐植酸钠、混凝土减水剂、蓄电池阴极膨胀剂、锅炉防垢剂等。如有学者做过用褐煤做原料，将其硝酸氧解后再磺甲基化，与用睛纶废丝水解后的丙烯睛进行接枝改性，制成具有良好的抗盐，抗高温和降滤失作用并有良好的抑制能力，价格低廉，性能优良的石油钻井液助剂。

2褐煤煤化工利用前景

2.1制取炭质吸附剂。

2.1.1煤质活性炭

煤质活性炭是以特定煤种或配煤为原料，经炭化及活化制成。主体成分为类石墨炭质层状结构，大小不同的是晶层无规则排列，碳质成分为80%-90%。活性炭是一种优良吸附荆，具有发达的内部孔隙结构和巨大的比表面积，已广泛应用于工业废水、废气和空气净化装置以及有机合成、食品和医药等工业，还应用于军工及高科技产业。目前活性炭的应用仍在继续拓展，已从工业废水及污染气体净化发展到色谱分析，从海水中提取微量金属铀等，应用范围日益扩大。活性炭亦可作为吸附剂和工业催化剂载体用于各类装置和不同领域。活性炭按不同用途，对其孔隙结构和孔径分布要求各异。褐煤空隙发达，经炭火和活化后，形成的活性炭大众孔比较发达，微孔容积和比表面积也比较大。

2.1.2制取炭分子筛

炭分子筛是一种具有发达的微孔结构的新型炭质吸附剂，它和沸石分子筛一样能够筛分分子。褐煤结构疏松，孔隙结构发达，在一定炭化条件下，其碳骨架结构易于朝着有利于吸附分离和孔隙较多的无定形碳结构方向发展，使得褐煤成为制备炭分子筛的优质原料。炭分子筛在在气体吸附分离、催化、气体存储、气相／液相等领域有着广泛的应用。

2.2褐煤微生物转化

褐煤的微生物转化与利用主要是利用微生物进行褐煤的液化和气化的生物转化来制取石油及其它形式的燃料以及获得甲烷、氢气、丁酸、醋酸等工业原料的过程。褐煤生物转化的3种方式：解聚、溶解和利用，以及目前对转化方式的机理的研究结果和作用菌种。褐煤的解聚主要是酶的作用，如木质素过氧化物酶、漆酶等；褐煤的溶解已知有碱作用、螯合剂作用和水解酶作用等。现阶段试验室中褐煤微生物转化还存在这以下问题：首先，煤样必须进行硝酸氧化预处理，否则微生物对煤不作用或作用不明显。这种处理不仅大大增加了成率，而且在煤中引入了硝基，煤燃烧时将放出额外的NOx。其次微生物对褐煤的转化效率还是比较低的。虽然现阶段的研究还未达到工业化生产的要求，但是与褐煤液化、气化所需要的高温、高压、能耗大、污染相比较，褐煤微生物转化的优点也很明显，比如可以在常温下进行，不需要对设备有很高的要求，污染相对较少等。从能源利用、环境保护等角度来看，褐煤微生物转化前景都是很好的。

褐煤在我国探明煤炭资源约占13%，我国褐煤资源相对丰富。将褐煤用于燃烧发电的利用方式本身要求耗费部分能源脱水，并且会造成严重的大气污染，利用方式较为粗犷。将褐煤应用于煤化工充分利用褐煤特有的性质，可以实现褐煤的精细化利用，提高褐煤的附加值，还可以实现对液体化石能源的替代，这对我国能源形势和环境形势都是有利的。