褐煤的煤质特征及利用途径初探123

1毕业论文设计（论文）题目褐煤的煤质特征及利用途径初探专业班级煤化工生产技术131班学生姓名蔡廷柳指导教师周诗健设计时间201658201665重庆工程职业技术学院2重庆工程职业技术学院毕业设计（论文）任务书任务下达日期2016年5月9日设计（论文）题目褐煤的煤质特征及利用途径初探设计（论文）主要内容和要求本文叙述了我国褐煤的分布、储量及利用概况，介绍了目前我国煤化工常用的工艺途径，及以往我国利用褐煤作为煤化工原料的一些情况，并对利用褐煤为原料制成合成气、联产天然气和部分油产品等几种煤化工途径进行了探讨。鉴于我国褐煤资源较为丰富、硬质、灰分含量中等等特点，建议在开发利用上应考虑这些特征，扬长避短。褐煤资源在我国的内蒙古、云南等省（区）较为丰富。如何开发利用好我国的褐煤资源，是广大煤化工业内人士所关切的重要课题。褐煤提质技术不但可以解决褐煤直接燃烧时环境污染严重、热利用率低的问题，还可以得到煤焦油和焦炉煤气等多种煤基产品，是褐煤高效、低污染利用的重要途径，完全符合我国发展洁净煤技术能源多元化的战略。同时，回收高附加值的焦油产品，实现褐煤资源利用价值最大化。教研室主任签字指导教师签字年月日年月日3重庆工程职业技术学院毕业设计（论文）指导教师评语评语成绩指导教师签名年月日4重庆工程职业技术学院毕业设计（论文）答辩记录学生姓名蔡廷柳系别矿业与环境工程学院专业班级煤化131设计（论文）题目褐煤的煤质特征及利用途径初探说明书共19页，图纸共0张答辩情况回答问题提出问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误回答不清12345678答辩委员会评语及建议成绩答辩委员会主任年月日目录摘要1第一章褐煤性质2第二章我国褐煤的分布、储量及利用概况321世界褐煤分布、储量、产量及应用概况322我国褐煤分布情况及主要应用领域概况5第三章以往我国利用褐煤为原料的情况831褐煤制合成气生产合成氨、硝铵832用褐煤生产代用天然气SNG（合成天然气）933将褐煤进行低温干馏934将褐煤干燥成型成为煤粉10第四章利用褐煤为原料的煤化工途径探讨1141用碎粉煤（6MM以下）生产煤化工产品1142化工产品联产天然气、部分油产品1143其他13第五章褐煤提质技术1451非蒸发脱水提质技术1452成型提质技术1453热解提质技术14531褐煤热解历史14532近几十年国外褐煤热解工艺开发的共同点归纳15533近年来国内褐煤工艺开发现状及发展趋势16第六章环境保护17第七章结论18致谢19参考文献201摘要本文叙述了我国褐煤的分布、储量及利用概况，介绍了目前我国煤化工常用的工艺途径，及以往我国利用褐煤作为煤化工原料的一些情况，并对利用褐煤为原料制成合成气、联产天然气和部分油产品等几种煤化工途径进行了探讨。鉴于我国褐煤资源较为丰富、硬质、灰分含量中等等特点，建议在开发利用上应考虑这些特征，扬长避短。关键词褐煤、利用、煤化工、途径2第一章褐煤性质褐煤是一种煤化程度介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色的低级煤。是泥炭经成岩作用形成的腐殖煤，煤化程度最低，呈褐色、黑褐色或黑色,一般暗淡或呈沥青光泽,不具粘结性。其物理、化学性质介于泥炭和烟煤之间。水分大、挥发分高、密度小,含有腐殖酸,氧含量常达1530，在空气中易风化碎裂,发热量低。按照中国煤炭分类标准还分为两小类透光率PM大于3050的年老褐煤和PM小于或等于30的年轻褐煤。中国褐煤多属老年褐煤。褐煤灰分一般为2030。东北地区褐煤硫分多在1以下，广东、广西、云南褐煤硫分相对较高，有的甚至高达8以上。褐煤全水分一般可达2050，分析基水分为1030，挥发分高1530、低位发热量一般只有11711673MJKG，易风化碎裂、易氧化自燃。褐煤有着清洁、低挥发和低硫的优点，但同时又存在着湿度大、燃点低和二氧化碳排放量大的缺点，是导致全球温室效应的重要因素之一。但是，在目前全球能源日趋紧张的形势下，褐煤的经济价值及其相关加工生产技术又重新被世界能源界所重视。东北、中南、西北和华东4大区褐煤资源的数量均较少。3第二章我国褐煤的分布、储量及利用概况21世界褐煤分布、储量、产量及应用概况世界褐煤的地质储量约为4万亿T，1995年底已探明的褐煤及次烟煤储量为5100亿T。到1991年世界探明褐煤可采储量如表1所示。表1至1991年世界探明褐煤可采储量（106T）俄罗斯的褐煤主要分布在莫斯科西边的近郊煤田西伯利亚中部的“坎斯克”“阿钦斯克”煤田，及靠近我国内蒙古自治区北边的“赤塔”州附近；美国的褐煤主要在南、北达可达州和蒙大拿州，并向北往加拿大延伸的“尤宁堡”煤田及西北部“保德河”盆地的煤田；德国的褐煤分布在东部和西部的下莱茵；澳洲的褐煤在东南部的“维多利亚州”和“南澳大利亚州”，维州“吉普斯兰”盆地中的“拉特罗布”谷地集中了近85该州的储量，是世界最大的褐煤矿床之一；印尼的主要煤田分布在苏门答腊（67）和加里曼丹，其中褐煤的比例占5863，有“翁比林”、“武吉阿赏”等煤田，成煤年代为第三纪；波兰的煤中，褐煤是其主要的煤炭资源，大部分分布在“白沃哈托夫”和“勒格尼兹”地区和波兹南省境内；到1991年，各主要产煤国的褐洲别亚洲非洲拉丁美洲北美洲大洋洲欧洲合计储量4548141753479041909205925328284占世界褐煤储量（）138500000510612776273100004煤可采储量见表2。表2到1991年各主要产煤国的褐煤可采储量（106T）国别前苏联德国澳大利亚美国印尼中国波兰合计储量100000561504190031963240471860010600284260占世界褐煤储量（）3046171012769747335673538659前些年，受石油、天然气开发利用的冲击，世界煤炭的生产量不断下降，作为含水、含灰较高的褐煤的生产和使用更明显。1989年，世界褐煤产量为1282亿T，到1993年就降到943亿T，以后还进一步的下降。在褐煤的加工利用上，原来德、捷、波等国都用于城市煤气的生产，随着俄罗斯天然气管道的往西延伸，这些煤制城市燃气的公司、企业，大都被扫荡殆尽。现在的褐煤开采量已很少，且大都用于锅炉、动力燃料。在美国，从东到西的天然气管网，早就把全国的工业煤气炉扫净，唯独大平原煤制“代用天然气”厂，有14台鲁奇加压气化炉（MARK型），用北达可达州的褐煤生产代用天然气SNG，一直在运转生产20年，超出了大部分煤化工专家们给它算的预期寿命。澳大利亚的年轻褐煤，含水高达60，连用于锅炉燃烧都要先经过干燥，但还有公司想搞集成干燥的IGCC发电，称为IDGCC，选用气化工艺是一种类似于高温温克勒、HTW的气化工艺。5在IGCC发电比较热门的上世纪90年，代德国有几家大能源公司，想用褐煤采用高温温克勒、HTW气化建KOBRA大型IGCC电厂。美国现还有人热衷于搞“输送床”（TRANSPORTBED）气化技术（一种类似循环流化床的粉煤气化技术），意图用廉价的褐煤和廉价的“气化岛”，来改善IGCC的投资过高的难题，在美国密西西比州建一个（也许这是美国近年来）“最后的”一个煤气化联合循环，IGCC发电厂。22我国褐煤分布情况及主要应用领域概况到1995年底，我国已探明的褐煤保有储量为1303亿T，占全国煤炭储量的13。主要分布在内蒙古东部和云南境内。从我国褐煤的成煤年代看，中生界侏罗纪褐煤占4/5，主要分布在内蒙古东部的3个盟境内；而新生代第三纪褐煤资源主要在云南、山东龙口和东北三省也有部分第三纪褐煤。从煤田的分布和煤的赋存情况来看，我国的侏罗纪褐煤往往形成大面积厚煤层的大煤田，如内蒙古东部的胜利煤田煤层厚度达20100M以上，最厚的达到237M，比较适合于大型的露天开采。晚第三纪的褐煤除了云南昭通和小龙潭有较厚的煤层外，其他各矿都是较小的储煤点，适合小型的露天开采；而分布于东北和山东的早第三纪褐煤，多为中小型煤田，埋藏较深，适合井工开采。我国褐煤的煤质技术特征来看，除了云南昭通及云南南部有极少量的含水量高于50以上的低变质软褐煤外，大部分的褐煤都是含水量在30左右的硬褐煤。我国褐煤的灰分含量，除了云南先锋矿和扎赉诺尔附近有部分的褐煤外，余下的都是中低灰分含量的褐煤。6全国各省（区）褐煤储量分布如表3所示。表3全国各省（区）褐煤储量分布省（区）别占全国褐煤储量主要成煤时代占本省（区）煤炭储量内蒙古771晚侏罗纪474云南126晚第三纪657黑龙江26早第三纪85辽宁15早第三纪165山东13早第三纪43吉林09早第三纪80广西08第三纪358其它27第三纪我国主要的褐煤煤田如下（1）扎赉诺尔煤田，位于内蒙古自治区东北部，呼伦贝尔盟的西部，面积1035，保有储量80亿T多，在呼伦湖600M以浅的预测区储量达2MK140亿T多，其开采年限可达数百年。（2）霍林河煤田，位于东部哲里木盟，扎鲁特旗境内，面积540，2MK煤田保有储量130亿T多（计算深度在1150M以上），平均剥采比451。（3）伊敏河煤田，位于呼伦贝尔盟鄂温克旗境内，面积750，450M2K以上保有地质储量50亿T以上，煤田外围预测储量也在120亿T以上。（4）大雁煤田，位于大兴安岭西坡，海拉尔河中段，呼伦贝尔盟鄂温克旗境内，面积320，已探明的保有储量有30亿T多。2MK（5）胜利煤田，位于内蒙锡林郭勒盟阿巴嘎纳尔旗锡林浩特镇以北，面积660，地质储量近160亿T，是我国最大的褐煤煤田。2（6）宝日希勒煤田，位于海拉尔市近郊区，与扎赉诺尔、大雁、和伊敏河煤田只有几十公里，为灰、硫较低，热值较高的优质褐煤。已探明的7保有储量64亿T。（7）平庄、元宝山煤田，两煤田均位于内蒙古哲里木盟赤峰市境内，平庄煤田储量仅5亿T左右，而元宝山煤田储量在10亿T以上。（8）云南昭通煤田，位于云南东北部的昭通市境内，市区正位于煤田中部含煤面积142，地质储量在80亿T以上。该褐煤属土状褐煤，水2MK分大、灰分高，只适合用于坑口电站。（9）云南小龙潭煤田，位于南部红河州开远县境内，含煤面积903，煤田探明储量10亿T（深300M以内）。2MK（10）先锋煤田，位于昆明市东北部的寻甸县先锋区普鲁乡境内，面积125，煤田总储量297亿T，计算深度570M。2我国其他的褐煤煤田还有辽宁的沈北，吉林的舒兰、珲春，山东的龙口等。1997年，主要国有重点煤矿褐煤产量如表4所列表41997年主要国有重点煤矿褐煤产量（单位万T）矿名平庄扎赉诺尔霍林河大雁伊敏河沈北宝日希勒产量6634204643721724258矿名舒兰龙口小龙潭国有重点煤矿小计地方国有煤矿小计全国合计备注产量346370403280729105717平庄、龙口8第三章以往我国利用褐煤为原料的情况31褐煤制合成气生产合成氨、硝铵在建国初期，从原苏联引进的吉林和兰州2个化工厂，配套的4型流化床气化炉用当地的长焰煤和褐煤生产合成氨，吉林厂后期使用的就是舒兰的褐煤。由于大庆油田的开发，后来改用重油。但同类的气化炉在北朝鲜还是用当地的褐煤生产，经过对气化炉的改进后称为“恩德”气化炉。最近，又由抚顺一家公司推向我国，在吉林长山化肥集团、黑龙江黑化集团、宁安化肥厂等厂用褐煤生产合成氨等化工产品。这些都是用常压流化床的气化技术生产合成氨的实际案例。从这些厂的实践来看，生产情况良好。缺点是常压气化造成的。常压合成气的压缩功耗较大；由于常压，不注意设备的泄漏，环境的情况有时较差。气化炉本身的问题是对灰渣含碳量的控制有时较差。如果能采用灰熔聚式的技术、结合加压技术（如德国的高温温克勒，HTW）就更为理想。另一类气化技术就是用加压的鲁奇气化炉，用褐煤块生产合成气，合成煤化工产品，同时还可得到一些从焦油加工而来的油品。这就是上世纪70年代初投产的云南解放军化肥厂。该厂从投产后一直生产至今。目前，正在往液态排渣的气化技术方向发展。改造的目的是提高单炉生产能力，大幅度降低蒸汽消耗和减少污染酚水的处理量。但从国外的经验来看，先将褐煤制成强度较好的型块后再进熔渣气化炉气化可能把握较大。解化的同志想直接使用褐煤块，以减少原料加工的成本。而云南的另一家企业“云沾化”的同志则在内蒙古建褐煤的煤化工厂9时，按专利商的要求，拟采用褐煤压制的型块，还准备今后先送到德国黑水泵厂的36M的BGL熔渣加压气化炉去进行试烧。32用褐煤生产代用天然气SNG（合成天然气）这是近年来才开始的一些项目，神华集团在内蒙古鄂尔多斯附近建一个年产20亿SNG的天然气生产厂。由于神华煤低灰低熔融性温度的特3M点，在气化技术的选择上，宜选择液态排渣的BGL气化工艺较为有利。最近关于煤制SNG已引起领导和媒体的关注，原因是其热能转化效率可达到约60，相对较高些，水耗、CO2排放等方面也较低，技术也相对成熟、简单。33将褐煤进行低温干馏得到一些焦油类产品、半焦和煤气，半焦再进行气化生产合成气生产煤化工产品。有些单位对这项工作中的低温干馏进行了较大规模的试验研究，较为突出的有煤科总院煤化所的“多段回转窑”工艺和大连理工大学的“固体热载体”工艺。从理论上讲，这两种工艺都有其特色，但实际运行时都碰到一个煤气出口的堵塞的问题。干馏产生的油品与焦粉的分离问题也尚未得到圆满解决。如果通过保温等措施，使出口温度保持在油品冷凝温度以上，先将焦粉热态分离出来，应该可以解决这一问题。但干馏产物在高温下经过过长的途径，导致其中油品的二次裂解，使得到的油品数量减少，这个问题倒很不好办。因为得到更多的油品，是我们采用低温干馏工艺的主要目的。最近，听到不少人对“先低温干馏”的褐煤利用途径有浓厚的兴趣。笔者认为，此工艺还要经过进一步的完善、改进工作，并通过10较长期的运行考验才能考虑应用。34将褐煤干燥成型成为煤粉用褐煤型块和提质的褐煤粉气化得到合成气，再生产煤化工产品，或运到较远的地方去销售，供电厂及其他能源用户使用。这一工艺根据高压成型的方法不同，有澳大利亚的挤压成型工艺和德国黑水泵厂的冲压成型工艺两种。每吨型煤的加工成本预计为约40元。神华集团国贸公司正在建厂，云沾化也在进行，估计经过12年就都会有结果。11第四章利用褐煤为原料的煤化工途径探讨41用碎粉煤（6MM以下）生产煤化工产品如目前应用的恩德气化炉等，如果将来能将已在陕西城固实现工业化运行的灰熔聚流化床气化炉的加压（气化工艺）试验成功，这应该是较理想的途径。因为这种途径对原料煤的加工最省事，煤不用烘得很干，能保证流动就可；也不用磨得很细，省去大量的磨煤功耗；比氧耗也比气流床的各种气化炉低；对原料煤的灰分含量高低不敏感；褐煤的反应活性好，正适合流化床气化炉的要求，可作为褐煤煤化工工艺前端煤制合成气的首选工艺。典型的高温温克勒、HTW气化炉如图1所示42化工产品联产天然气、部分油产品12这一工艺，适合于煤制化工产品结合联产油品的项目采用。很多人讨厌移动床气化技术，认为它会生成焦油一类的污染物，很难处理，常规的干式出灰的加压鲁奇气化炉，因为要防止气化炉结疤，而通入过多的水蒸气，（一般每立方米氧气要配67KG的蒸汽）。降低了炉温和气化炉的生产能力，又使大量未分解的蒸汽随煤气冷却转入含酚污水。但BGL是液态排渣的气化炉，希望炉渣融化后顺利地流出，汽/氧比，只有1KG/氧，大幅度降低了蒸汽消耗，也大量减少酚水的处理量，气3M化炉的能力也能提高23倍。当然，因为气化炉底部类似于炼铁的高炉，下部需要形成一个逐步融化成液渣的“空腔”，这就要求煤干馏后，能形成有一定支撑力的半焦层，从而需要在入炉前将褐煤先制成有一定强度的煤砖，而且当褐煤成型时，煤中的内在水会有大量的减少，有利于减少气化时产生的含酚污水的数量。鲁奇加压气化炉（MARK型）和液态排渣的鲁奇气化炉BGL如图2所示13从目前对褐煤成型的经济分析来看，如果每吨褐煤的成本在120元附近，提质后的褐煤煤砖价格也就是200240元，应该说在生产上是可以承受的。如果是自己公司的煤矿生产的褐煤，每吨褐煤的生产费用，应该是不到50元。在满洲里附近从俄罗斯进口的褐煤出矿的价格是68美元/T，加上运费和各项费用到国内的价格就接近120元/T。43其他鉴于我国褐煤的特点，灰分含量较低的褐煤较少，只有云南先锋（总储量约30亿T）及其他一些分散的地方（如扎赉诺尔等），褐煤本身的洗选也是办法不多。因此，在直接液化等方面可能都有一些难度。另一些如制褐煤蜡，要看我们的褐煤中是否富含蜡。我国以前建有褐煤腊厂有吉林的舒兰矿务局化工厂（600800T/A）、云南的潦浒褐煤腊厂（500T/A）和寻甸县化工一厂（500T/A，实际1992产量为305T）等；生14产腐植酸类产品也都是一些过去用过的途径，如硝基腐植酸、腐植酸钠、腐植酸铵等产品的生产。先干馏后气化等工艺不论是多段回转窑还是固体热载体，还是有人试过的两器流化床的所谓的“拔头”工艺（先在流化干馏器中将干馏产品得到，再到另一个气化器里进行气化得到合成气）都还有一些具体的难题需要解决，而我们是搞生产的，一定要选用经过长期生产的实践证实是完全可靠的工艺才行。第五章褐煤提质技术国内外褐煤提质加工技术归纳起来大体可分为非蒸发脱水提质技术、成型提质技术、热解提质技术三大类。51非蒸发脱水提质技术以高温高压蒸汽或高温热油干燥技术为代表的褐煤非蒸发脱水提质技术，是一种通过高温高压等条件来改变褐煤的物理和化学结构，将之转变成为洁净、高效的烟煤燃料的提质方法。这种新型提质技术是将褐煤与高温高压蒸汽或高温热油直接接触，使水分脱出，从而使褐煤收缩变得更加致密，疏水性增强。该方法热效率及其安全性都比较高。52成型提质技术长期以来，欧洲许多盛产褐煤的国家除将褐煤用于发电和大型锅炉外，其余都是将其加工成型煤后用于工业和民用，澳大利亚亦不例外。褐煤在15成型过程中，经过高压或剪切等物理作用，使其凝胶结构及孔隙系统受到了不可逆的破坏，因而从本质上改变了煤样的煤阶，煤化度也随之提高。53热解提质技术531褐煤热解历史褐煤热解始于20世纪初，其目的是制取石蜡油和固体无烟燃料。二战期间，德国基于战争目的建立了大型褐煤低温千馏厂。开发了褐煤制取汽油、柴油等发动机燃料的工艺。上世纪50年代，随着石油、天然气的开发应用，煤的热解加工发展速度减缓甚至停顿。但在一些褐煤资源丰富的国家，并没有间断对褐煤热解技术的研发。特别是上世纪70年代石油危机后，人们重新重视廉价的褐煤资源的开发利用，对褐煤热解工艺进行了研究，开发了一些新工艺。国内外典型的褐煤热解工艺包括美国的TOSCOAL煤热解工艺、美国的流化床固热载体低温快速热解工艺、德国的LR工艺、澳大利亚的流化床快速热解工艺、中国的多段回转炉工艺、中国的固体热载体新法干馏工艺等。532近几十年国外褐煤热解工艺开发的共同点归纳已获得可以生产液体燃料的煤焦油为主要目标产品，多采用快速加热的低温热解工艺。褐煤是重要原料煤种，褐煤经过热解提质得到质量优良的固体燃料。对各种工艺的煤热解特性和产品产率、性状进行了大量实验基础研究。如澳大利亚CSIRO针对所开发的沙子炉流化床气固热载体内热式闪16裂解技术，进行了改变温度、改变煤种的大量试验，分析了650OC以上一次焦油发生二次分解、以及分解前后对焦油产率、化学组成的影响等变化，提出获得最高焦油产率的适宜工艺条件。开发重点是研究和示范可实现工业化生产的工艺路线和关键装备，如TOSCOAL工艺中的磁球加热与分离装备，法国马力诺工厂的可控温挥发物内燃烧分段加热回转炉装备等。上世纪80年代后，石油价格回落和供应改善，导致当时各国前后停止开发各类煤热解技术。近年来随着全球工业技术提高和大规模现代煤化工发展，加氢液化和合成油（间接液化）技术成为煤制油的主导发展路线，由于煤热解（干馏）焦油产率较低，所以一般不再将其作为大规模工业化获得液体燃料的技术途径。533近年来国内褐煤工艺开发现状及发展趋势专门以优质气化原料为目标的褐煤提质工艺已经引起有关企业和地方的关注，正在进行相关新工艺研发。褐煤提质已有较充分的技术基础支持，新工艺开发的重点应该是设计基础工艺路线，对关键装备实施重点研究和工业技术开发。褐煤热稳定性差、粉尘率高、重焦油黏度大，挥发物热态气固分离难度大，是工业放大的关键问题，也是国内外许多工艺开发的重要遗留难题，也是新工艺技术和装备开发的重点。以生产优质气化原料为主，构成褐煤提质气化合成（燃料油或化工品）耦合新工艺将是今后推动褐煤提质工艺发展的重要需求，国内一些大型能源企业都在致力于推动实现中试和工业化示范，从而也将成为洁净17煤技术专题的重要技术发展方向。第6章环境保护在化工行业的领域中，千变万化的物种及各种方式的生产路线途经，使得化工生产中排放的污染物也是多种多样。很多化工企业，包括基础化工、石油化工、造