煤炭低温干馏技术研究进展

煤炭低温干馏技术的研究进展

翟裕

西北大学化工学院 10069

摘要：概述了煤炭低温干馏技术的现状以及目前国内的应用情况，对迄今开发的主要工艺——西方热解(Garrett)法、TOSCOAL法和鲁奇一鲁尔煤气法的开发经过和其主要特点进行了介绍，并对国内煤低温干馏研究进展进行了详述，包括大连理工大学褐煤固体热载体新法干馏工艺，浙江大学热电气焦油多联产技术，气体热载体低温干馏技术等

关键词：煤低温干馏；热解；半焦；兰炭

煤炭低温干馏始于19世纪，当时主要用于制取灯油和蜡。19世纪末因电灯的发明，煤低温干馏趋于衰落。第二次世界大战前夕及大战期问，纳粹德国基于战争目的，建立了大型低温干馏厂，以褐煤为原料生产低温干馏煤焦油，再高压加氢制取汽油和柴油。战后，由于大量廉价石油的开采，低温干馏工业再次陷于停滞状态。

煤低温干馏在隔绝窄气条件下，受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程，称为煤干馏(也称焦化或热解)。按加热终温的不同，可分为3种：500～600℃为低温干馏；700～900℃为中温干馏；900—1100℃为高温干馏⋯。

煤的干馏技术除了按干馏温度分类以外，还有其他多种分类方法：按照气氛可分为惰性气氛热解(不加催化剂)，加氢热解和催化加氢热解；按加热速度可分为慢速热解、中速热解、快速热解和闪裂解；按加热方式可分为外热式、内热式和内外并热式热解；按热载体的类型可分为固体热载体、气体热载体和气一固热载体热解；按同体物料的运行状态可分为固定床、流化床和气流床；按反应器操作压力可分为常压和加压等。煤热解工艺的选择取决于对产品的要求，并综合考虑煤质特点、设备制造、工艺控制水平及最终的经济效益等。到目前为止，国内外研究开发出多种各具特色的煤干馏技术，有的处于试验室研究阶段，有的进入中试阶段，也有的达到了工业化阶段。

1.国外主要煤低温干馏技术

1．1外热式炉

外热式炉(如考伯斯炉)是指供给

煤料的热量是由炉墙外部传人的。煤料装在干馏室内，热量通过炉墙导人，炉墙外部燃烧加热【1-2】。其主要优点是干馏室与燃烧室不相通，干馏挥发产物不被稀释，干馏煤气热值较高。但外热式炉也有其严重缺点，即由于原煤导热系数小，煤料加热不均匀，导致半焦质量不均匀，焦油产率低。

1．2 内热式炉

内热式炉(如鲁奇三段炉)借助热

载体把热量传给原煤，热载体直接进入干馏室，穿过块状干馏料层，把热量传给料层。热载体可以是气体，如烟气，也可以是固体，如用热半焦或其他物料。热载体与原煤在干馏系统相混合，热载体把煤料加热进行干馏。与外热式炉相比，内热式炉的优点包括热效率高、干馏耗热量低；煤料加热均匀，消除了部分料块过热现象；内热式炉结构简单等。其不足之处在于：必须使用块状原煤(15～80 mm)；干馏煤气热值低；不适合处理粘结性较高的煤等【1-2】。

1．3 固体热载体低温干馏技术

(1)西方热解(Garret)法

该工艺本来是由Garrett研究与开

发公司独自开发的，所以称为Garrett 法。但是后来，西方石油公司又共同对原工艺进行了改进和发展。该工艺的特点是，用半焦做热载体，用气流床使煤在短时间内进行快速热解，防止焦油的二次分解以提高其收率。将粉碎至200目以下的煤与高温半焦一起进入反应炉内，约在ls内快速升到约280 其反应压力最高达344 kPa。由于在炉内的停留时间很短，不到2s，因此，可以抑制焦油的二次分解。非凝集性的煤气，将煤送入炉内，循环使用。见图I。旋流器捕集的部分半焦与燃烧煤气热交换后，在很短的时阀内被加热。因此，该过程可以最大限度地抑制CO 的生成。这有利于降低热损失和实现过程的热平衡。

本工艺的特点是:①短时间的快速加热，防止焦油的二次分解，提高了焦油的收率，②部分半焦做热载体，并在气流床下进行循环。该工艺取决于煤的种类，但生成的焦油和粉尘半焦会附着在旋风器和管路的内壁。另外，由于循环的半焦和入料煤间的接触，以及充分进行的热交换会加剧煤的微粉碎，增加了循环的半焦量，使系统煤的处理能力无法增加太多【2】。

(2)Toscoal工艺

Toscoal工艺是美国油页岩公司开发的技术，是基于Tosco—II油页岩干馏工艺发展起来的煤低温干馏方法。粉碎好的干燥煤在预热提升管内，用来自瓷球加热器的热烟气加热。预热的煤加入干馏转炉中，在此煤和热瓷球混合，煤被加热至约500℃，进行低温干馏。瓷球在加热器中被加热。低温干馏产生的粗煤气和半焦在同转筛中分离，热半焦去冷却器。瓷球经提升器到加热器循环使用。焦油蒸汽和煤气在分离系统中冷凝分离，分成焦油产品和煤气，煤气净化后出售或作为瓷球加热用燃料【2】。

该工艺的特点是：用陶瓷球做热载体，将煤粉快速加热干馏以得到焦油。由于瓷球经常被加热到500℃左右进行循环，因此，其热容量和磨损性上存在题。此外，如煤加热成粘结性的状态时会附着在瓷球上，所以，对于膨胀序数为3．0～4．5的煤，要通过氧化处理，使其降到1．O～1．5后再用。

（3）鲁奇鲁尔煤气工艺

该工艺是用热半焦作为热载体由高挥发分(35～46 )的低煤化度煤制取多量焦油为目的，由鲁奇一鲁尔煤气公司所开发。该工艺可用粘结性煤为原料，但是，易发生后述的焦油的附着和凝集，因此，最好使用非粘结煤和弱粘结性煤的煤干馏方法。此工艺于1963年在前南斯拉夫建有生产装置，单元系列生产能力为800 t／d，建有2个系列厂，生产能力为1600 t／d。产品半焦作为炼焦配煤原料。煤经四个平行排列的螺旋给料器，再通过导管进入干馏槽。导管中通入冷的干馏煤气使煤料流动，煤从导管呈喷射状进入干馏槽，与来自集合槽的热半焦相混合，进行干馏过程。空气在进入提升管前先预热到390 oC，与煤气、油或部分地与半焦燃烧，使半焦达到热载体需要的温度【1】

2.国内煤低温技术开发应用现状

作为一种区域性的产业模式，近十几年来，受一定的市场需求推动，在中国陕北、内蒙等地区建设了一大批煤炭低温干馏厂(当地称兰炭厂)，总生产能力3500～4000万t，其中陕西榆林地区约2000万t，年产半焦约1200万t。半焦生产主要采用内热式方形干馏炉。由于其设备规模小、焦油但收率低、环境污染严重，不符合国家有关节能降耗、保护环境以及发展循环经济的政策要求，属于逐步关停和淘汰的范围【3】。

目前，国内有许多企业、高校以及科研院所正致力于低温干馏技术升级及创新研究工作，现将部分技术研究进展情况介绍如下。2．1 内热式方形干馏炉的技术升级2006年陕西神木县三江煤化工有

限责任公司与西安交通大学、西安建筑科技大学合作，共同承担了陕西省重大科技专项——《洁净兰炭生产与资源综合利用成套设备及装备开发示范项目》。设计规模为年产半焦60万t，煤焦油7万t，干馏煤气5．94亿m3，并预留干馏煤气发电机组。设计采用改进的sJ 低温干馏方形炉，单炉年生产半焦5万t。一期30万t已于2007年6月初建成投产口。目前已通过省级鉴定验收，并获得多项专利，技术水平达到国内领先，国际先进，对现有兰炭装置的升级换代意义重大。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，总结了当地内式直立方炉的生产实践经验，吸收了国内外有关炉型的长处，并根据当地煤质特点而研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，增大了焦炉的有效容积，提高了焦炉的生产能力。另外，装置实现了焦油废水的环保处理及煤气的

资源化利用，解决了现有装置的煤气放空和焦油废水的环境污染问题。除此之外，当地许多企业同相关科研院所进行合作，不断对现有落后的兰炭装置进行技术升级和改造，以期满足兰炭装置规模及环保要求。

2．2 固体热载体低温干馏技术

(1)大连理工大学褐煤固体热载体新法干馏工艺

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