中国褐煤开发利用技术及发展动态

褐煤开发利用技术及发展动态探讨张殿奎、田华2011.1目录一、背景及意义二、褐煤提质技术的发展动态三、典型褐煤提质技术简介四、褐煤气化技术简介五、褐煤精炼多联产模式探讨六、结束语一、背景及意义1、全世界褐煤地质储量约为4万亿t，约占全球煤炭储量的40%-50%。2、我国褐煤探明保有储量1300亿t，占全国煤炭总储量的13%-15%左右，另有褐煤预测资源量1903亿t。3、褐煤毛细孔发达，氧含量高（无水无灰基20％左右），内水丰富，全水分高达30～50％，热值较低，且热稳定性较差，不宜长距离运输，直接作为大规模气化原料又有很大局限性，目前主要用作局部地区动力燃料，开发率较低，仅占全国煤炭产量的4-5%。一、背景及意义一、立项背景及意义4、我国褐煤资源分布相对集中，以内蒙古东北部地区最多，约占全国褐煤保有储量的3/4；以云南省为主的西南地区的褐煤储量约占全国的1/5；东北、华东和中南地区的褐煤仅占全国的5%左右。褐煤烟煤无烟煤发电、热解、直接液化、气化化肥、民用、冶金喷吹、碳素材料长焰煤气、肥、焦煤瘦、贫煤冶金、化工发电、动力一、背景及意义传统：现代：炼焦用煤现代煤化工（鼓励）民用及传统煤化工炼焦用煤（保护）5、国家鼓励开发利用“劣质”煤——褐煤。6、褐煤资源往往赋存于西部落后地区，当地政府期望早日利用该褐煤资源。褐煤提质技术是适合的高效利用途径，有利于提高我国褐煤资源利用水平，可为当地经济发展做出贡献。7、褐煤半焦可远距离运输，与运输同热量褐煤比较，可以节省运力25-30%以上。8、褐煤半焦可制成水煤浆（也称水焦浆），成浆浓度达到60%以上，可以用于水煤浆气化（技术成熟）；而褐煤成浆浓度通常在45-50%。通过褐煤热解提质可以有效克服其煤质局限，使之成为高质量的气化原料，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。一、背景及意义目录一、背景及意义二、褐煤提质技术的发展动态三、典型褐煤提质技术简介四、褐煤气化技术简介五、褐煤精炼多联产模式探讨六、结束语二、褐煤提质技术的发展动态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。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。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。

二、褐煤提质技术的发展动态热解提质技术

1、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L-R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。2、近几十年国外褐煤热解工艺开发的共同点可以归纳为：①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。二、褐煤提质技术的发展动态②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。③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。④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。⑤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。二、褐煤提质技术的发展动态3、近年来国内褐煤热解提质工艺开发现状及发展趋势：①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。②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。③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。④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，从而也将成为洁净煤技术专题的重要技术发展方向。目录一、背景及意义二、褐煤提质技术的发展动态三、典型褐煤提质技术简介四、褐煤气化技术简介五、褐煤精炼多联产模式探讨六、结束语三、典型褐煤提质技术简介1、褐煤提质技术一般指：干燥成型热解以下简单介绍几种典型褐煤干燥、成型、热解技术。三、典型褐煤提质技术简介美国K-Fuel高压釜蒸汽干燥工艺美国KFx公司在上世纪80年代中期开发了K燃料工艺（K-FuelProcess）技术，经过20年的完善已进入工业应用阶段。煤经粉碎后，通过传送装置送入高压釜。高压釜内压力和温度分别维持在3.7MPa和238℃。在高压釜中，煤块发生破裂，将硫化物从煤中分离出来，煤中的水分也随之蒸发掉。经过高温高压处理的煤粉和蒸发出来的水蒸汽可以直接送入锅炉进行发电或供热。三、典型褐煤提质技术简介日本D-K非蒸发脱水工艺日本电源开发公司（D）和川崎重工公司（K）从1976年开始研究并成功开发出了D-K非蒸发脱水工艺。DK脱水工艺可实现褐煤水分在非蒸发条件下加热，使水分以液体状态从褐煤中脱出。装置内有4台压力釜，可实现半连续运转，压力釜之间可实现排出蒸汽和热水的回收。三、典型褐煤提质技术简介日本神户制钢所（KobeSteelGroup）于1993年开始研究UBC（UpgradingBrownCoal）褐煤提质技术，其特点是用轻油去除褐煤中的水分。将褐煤研磨成粉状后，与再生油（通常是石油裂解产生的轻油）和重油混合，形成煤浆，然后在一个蒸发器中加热煤浆，水分被蒸发，再用细颈盛水瓶从脱水的煤浆中回收油，得到提质粉煤，最后将提质的煤压制成型。日本UBC轻油法脱水成型工艺三、典型褐煤提质技术简介原煤在干燥器中干燥使其水分降至12%～18%。经冷却、分离，并破碎至0～6mm，再将其送入带式型煤机，在不添加粘结剂情况下以500~2000Bar的压力挤压，最终生产出不同形状的型煤。早在1858年，年轻褐煤无粘结剂冲压成型工艺在德国西奥多矿井实现了工业化应用，到1988年，德国莱茵地区共有4个型煤厂，年产型煤400万t，其中70%用于民用取暖。德国年轻褐煤干燥冲压成型工艺三、典型褐煤提质技术简介德国泽玛格(ZEMAG)公司开发了采用蒸汽管式干燥机进行干燥再辊压成型工艺，用于低阶煤的无粘结剂成型。其工艺是将褐煤在蒸汽管式干燥器中不完全干燥，然后将其输入一个辊压成型机压制成型煤。德国ZEMAG蒸汽管式干燥辊压成型工艺三、典型褐煤提质技术简介澳大利亚BCB气流干燥辊压成型工艺澳大利亚怀特公司开发了用于低阶煤的无粘结剂成型BCB技术，其工艺是将次烟煤在气流干燥器中不完全干燥，然后将其输入一个辊压成型机压制成型煤。三、典懂型褐煤赚提质技荒术简介德国L单urq妙iG览mbH贷公司猪开发的特Lur样gi-裳Spu坡elg遣as低眯温热解拦工艺。其特点降是：褐句煤或型古煤（约仅25～菌60m投m）由涛上至下沾移动，该与燃烧雅气逆流担直接接离触受热压干燥段沙，干燥尤后原料床在干馏悬段被6蛙00℃站～70稼0℃烟夸气加热绿至约5负00℃吩，发生颗热分解摊，生成地的半焦晒进入冷调却段被鼓冷气体趋冷却，畏半焦排艇出后再情进一步旧用水和暴空气冷粥却，从她干馏段再逸出的用挥发物龄经过冷旁凝、冷天却等步壶骤，得乎到焦油基和热解斗水。三、典型扶褐煤提质死技术简介德国和美国Lurqi－Ruhurgas固体热载体低温干馏工艺德国Lu司rqi践GmbH圾公司和肝美国Ru近hurg弟asA宝G公司曲联合开发勉的固体热蔬载体低温窗干馏工艺剧。初步预热速的小块原指料煤同来歌自分离器津的热半焦赵在干馏器绣内混合，欢发生热分咳解反应。害从干馏器土出来的半皮焦进入提亲升管底部疏，由热空币气提送，盟同时在提柱升管中烧挖除其中的巾残碳，使海温度升高仙，然后进天入分离器块内进行气研固分离，恐半焦再返眼回干馏器晚，如此循浙环。从干馏朝器逸出因的挥发翅物，经钉除尘、隔冷凝、战回收焦冠油后，域得到热就值较高龄的煤气韵。三、典跃型褐煤贸提质技粱术简介LFC热砖解提质工沾艺由美国谦SGI公时司198枪7年研发求，随后壳秩牌矿业公卧司(SM里C)加入罢，现为M撇R&E公右司拥有。将煤筛秒分成3可-50惊mm，努在干燥优炉和热君解炉中仔，有一副个细格量子的转宽鼓，将耐上部落骄下来的翁煤与下砍部吹上航来的循屋环加热走气体形程成对流贱并进行秘混合。请干燥后真的煤进胳入热解粘器里热价解。1迎992摧年第一讽座10少00t谜/d示假范厂(赶ENC比OAL唱工厂)俊在科罗挑拉多州座建设完任成并投劈燕产运行墨5年。三、典型衡褐煤提质唇技术简介Enco佩al工叮艺100而0t/d株示范工厂三、典悲型褐煤饰提质技葛术简介Enc帅oal究工艺驴100臭0t/鼓d示范侧工厂三、典领型褐煤护提质技执术简介干燥、热我解装置应消用案例全世界于300陷多家应刊用实例距。广泛拘用于金圾属热处铲理，矿懂石煅烧患，直接神还原生瓜产铁，祝煤与焦碗炭的干途燥与热搏解。最大工承业装置夕直径为病75米辱。三、典型奇褐煤提质唐技术简介Tos极coa扒l煤雕低温热哈解技术还是美国煤油页岩脾公司和身Roc馅ky欠Fla件ts京研究中惑心基于辛油页岩炕干馏工博艺开发扶的。于逮197俊0年喇至19但76垄年间在缝25t届/d买的中试则厂先后抹对次烟到煤、粘肯结性烟缝煤进行奖了试验模。粉碎干煤巩在提升管泰内用来自凝瓷球加热版器的热烟哗道气预热塌，预热动煤在热解趟转炉中和终热瓷球接烛触，受热覆并发生分历解。半焦惊在回转筛季中与瓷球衡分离，瓷始球再进入宵提升管被喊提升、加丙热循环使由用。美国Toscoal瓷球固体热载体热解工艺三、典型槐褐煤提质较技术简介流化用氮气澳大利亚流化床快速热解工艺澳大利亚峰联邦科学逢与工业研盛究院(C念SIRO箱)自上世付纪70硬年代开始市研究开发驼了流化床疼快速热解葡工艺。煤粉用删氮气从升加煤器白通过管歼道喷入确流化床飘热反应沿器，反欺应器床辅层由0哥.3～帝1mm畅大小愤的砂粒车组成,粉预热痰的氮气增通过反收应器底铲部的分仰布板进山入流化傻床，水煤粉在苍热解反穗应器中碑快速热慈解。三、典型四褐煤提质涛技术简介多段回阁转炉工咽艺是中锅国煤炭灵科学研碎究总院星北京煤逗化工分勤院开发跨的低变扇质煤热幼解工艺耍。粒度为白6～3混0mm漠的褐碑煤在回旗转干燥触器中干凤燥后进扑入外热离式回转剑热解炉珠中低温转热解，绸所得叹半焦在蓄冷却回赶转炉中条用水冷冈却熄焦桃后得到基提质半凑焦产品川。中国煤科蠢总院MR茅F多段回招转低温热卡解工艺三、典型着褐煤提质艳技术简介中国提升管固体热载体热解系统工艺流程图大连理工爬大学开发拢的褐煤固谢体热载体扬法干馏技贺术。将褐煤通污过干燥提熊升管干燥融后与半焦摩加热提升怀管加热的宇热半焦快其速混合热虎解而得到蓄焦油、煤什气和半焦纱。此技术研福究开始于镰1981邮年，吨并于19胡92年喇在平庄建败成了一套铁处理量1捆50t/么d的褐尸煤固体热容载体干馏欺工业性试有验装置。三、典创型褐煤弊提质技流术简介200赤6年筹，神覆华集团耀与中国盘矿业大灯学（北怀京）联秃合开发丝式了热压宏成型H屑PU（著hot礼pr乱ess听up猪gra积din轧g）贤工艺。将褐煤胃破碎至耳0～3灯mm，游再经过截气流提渐升干燥盐，在热拳反应器谷中经轻候度热解腾后，再历进入成仪型机中雪辊压成迁型。50万吨身/年工业散示范正在浸调试。中国HPU热压成型工艺三、典冒型褐煤仆提质技群术简介循环烟气热半焦干煤半焦加热回转窑煤回转干燥器湿煤分料器除尘器引风机半焦冷却空分N2半焦产品热半焦燃烧器洗涤冷却筛分热解器除尘器混料器伴热鼓风机油水分离焦油放空11提升机中国神华模块化固体热载体热解工艺神华煤唯制油化最工研究小院正在渡开发的迎低阶煤南热解析工艺。将褐煤破良碎至0～斗30mm箭，经过双宗套桶回转粘干燥器干禾燥后，与氧半焦加热宽窑来的高里温半焦混圈合，在移裁动床热解巨器内热解部。该工艺枝为固体糖热载体走加热方爪式，宽寻粒度入叫料，热暂态除尘调。目前芬正在进瓦行60常00吨亏/年中茅试研究腰。三、典双型褐煤蜻提质技翁术简介序号技术名称来源工艺特点备注国外技术1TOSCOAL固体热载体低温快速热解工艺美国，TOSCOAL公司瓷球热载体，卧式回转窑，热解温度550oC1976年，中试规模1500t/a，80年代停止2FMC串联流化床汽提热载体低温热解工艺美国，FMC公司多级串联流化床，汽提热载体1970-1980年，中试规模10000t/a3Lurgi-Ruhrgar汽提流化床半角加热固体热载体热解工艺德国，Lurgi-Ruhrgar气流床半焦加热，固体热载体热解，部分半焦为燃料

4CSIRO沙子炉流化床气-固热载体体内热式闪裂解技术澳大利亚，CSIRO公司气-固热载体（沙子作固体热载体），内热式，加热速率达104oC/S1971-1985年，1g/h，100g/h，480kg/d，7个煤种试验国内外热洋解技术特单点对比一骡览表三、典型喊褐煤提质耻技术简介序号技术名称来源工艺特点备注国外技术5加拿大ATP固体热载体混和加热油砂热解回转窑技术加拿大，UMATAC公司固体热载体，回转窑采用间接换热进行冷媒预热，直接燃烧灰渣残碳提供热量用于油砂和油页岩热解6LFC褐煤提质技术美国SGI公司1987年研发，随后壳牌矿业公司(SMC)加入，现为MR&E公司拥有Encoal褐煤热解技术是一种褐煤轻度热解技术，将煤干燥、煤热解和钝化技术相结合，将低阶煤提质成为性质稳定的固体半焦和煤焦油产品；能耗低，70%能量自身提供，外部提供约30%能量；煤种适应性强，适用于烟煤、褐煤于1992年在怀俄明州建成1000吨原煤/天示范装置，并经5年的试运行共：处理246,900吨原煤；产114,900吨优质半焦；生产500万加仑油品；15个电厂用户成功使用了产品国内外选热解技座术特点红对比一谋览表三、典型挥褐煤提质甩技术简介序号技术名称来源工艺特点备注国内技术1DG工艺大连理工大学固体热载体，半焦为固体热载体，移动床热解器，高温烟道气加热半焦，气体提升管提升。20世纪90年代，内蒙平庄5.5万t/a工业示范2工艺MRF煤炭科学研究总院多段回转窑，外热式，干燥段采用烟道气内热式，热解段采用外热式，半焦冷却采用内冷试。1987-1993年，内蒙海拉尔2万t/a工业示范3循环流化床固体热载体快速热解工艺中国科学院下行循环流化床，与循环流化床锅炉耦合，利用循环热灰作为循环热灰固体热载体。完成8kg/h开发装置，正在进行25~50t/d工业试验装置4循环煤气介质——固体热载体流化床热解工艺浙江大学煤气介质——固体热载体，流化床热解炉，与循环流化床锅炉耦合

5模块化褐煤热解提质制取气化原料新工艺神华在研技术国家863资助神华集团配套宽粒度入料，模块化设计，半角固体热载体，热态组合除尘，春热解煤气组分（可用于制备合成气），热量梯级利用，与先进气化技术耦合2009年——2011年6000t/a中试规模国内外恼热解技静术特点称对比一就览表目需录一、背欠景及意炎义二、褐煤挤提质技术幼的发展动杂态三、典型宾褐煤提质践技术简介四、褐新煤气化领技术简粘介五、褐香煤精炼身多联产尽模式探岂讨六、结休束语四、褐煤摔气化技术顾简介Lurg拖i气化炉属结构图Texa垂co气化变炉结构图Shel视l气化炉柜结构图GSP气暮化炉生产能嘱力：2记500松t/d压力：学3.0霉-4.桨0MP掘a温度：1雾400-茫1600球℃原料：各说种煤/锤生物质/柿石油焦GSP气化炉结宇构示意图目疏录一、背立景及意腊义二、褐煤汪提质技术泼的发展动些态三、典型切褐煤提质列技术简介四、褐煤护气化技术俯简介五、褐纱煤精炼浩多联产饰模式探锯讨六、结束旷语五、褐煤雷精炼多联村产模式探兆讨采用德凡国泽玛傅克技术侧的间接干燥型煤民工艺技术鱼，年产1其00万物吨型煤工乓厂流程图垒。采用热逗烟气的直接褐煤干燥格成型技术携。100东万吨/年喉规模的装休置配有4兵-16台么对辊式成益型机。五、褐啄煤精炼锦多联产诉模式探云讨五、褐煤瞧精炼多联狭产模式探报讨褐煤干燥干馏成型合成气(H2、CO、CH4、CO2、N2)甲醇、甲醛、聚甲醛天然气氢气二甲醚乙烯、丙烯及下游衍生产物煤焦油粗酚粗石脑油粗柴油型煤半焦远距离输送干燥褐煤型煤半焦发电通过大只规模的卡褐煤预胶处理提格质后可浑以有多犁种用途垄，尤其泡是气化晒后用于候生成合艺成氨、