褐煤提质（精选7篇）
褐煤提质 篇1
由于我国贫油、少气、富煤,随着烟煤、无烟煤等优质煤炭资源日渐枯竭,褐煤以其储量丰富、产地集中、易开采、价格低廉、化学活性高等优势越来越受到大家的重视。但褐煤作为煤化程度最低的劣质煤,其用途有限,难以适应大规模开发利用[1,2]。本文在总结当前褐煤开发利用面临的难题基础上,从分析K-燃料改性提质技术的技术特点和提质效果入手,论述了K-燃料技术与褐煤后续再加工利用的衔接优势,为实现褐煤清洁高效化利用奠定技术基础。
1 褐煤利用的难点
我国褐煤资源主要集中在内蒙古、云南和黑龙江等地,由于褐煤变质程度低、煤质差,开采后易破碎粉化,不适宜长距离运输储存,且运输过程存在易燃易粉化等安全隐患。褐煤的低阶煤属性,导致其开发利用存在诸多问题,难以实现大规模的开发利用,其面临的利用难点如下。
1.1 褐煤作为动力煤应用的难题
褐煤的高水分、低热值的特性,决定了其不适宜长距离运输,运输经济性差、安全隐患多。常规动力煤热值的要求一般在20.9 MJ/kg以上,而褐煤难以满足要求,直接燃用时水分的蒸发会消耗大量的热能,造成锅炉燃烧效率低,温室气体的排放量显著增加。另外,一般电厂锅炉如燃用褐煤,通常需要投入较大的技术改造,例如制粉系统、炉膛等的改造,后期的运行和维护成本也相应增加,锅炉的安全、稳定运行成为难题[1,3,4]。
1.2 褐煤作为煤化工原料煤的难题
褐煤的水分高、机械强度差、易粉化自燃、热稳定性差、水煤浆成浆率低等显著缺点,导致其在煤化工上的应用问题颇多。譬如,用于碎煤气化时,由于褐煤煤质低劣,极易破碎、粉化,开采后经储运环节到达用户端时,块煤的可利用率较低;气化时褐煤中水分首先蒸发、气化,进一步导致褐煤的爆裂、粉化,可造成气化效率低,后续除尘分离系统负荷高、运行困难。用于水煤浆气化时,一般褐煤的成浆率不佳,难以达到水煤浆气化炉的入炉要求,处理成本较高且气化效率低。用于粉煤气化时,对于含水高的褐煤通常需要进行预干燥处理,而褐煤由于煤变程度低、含氧量高,燃点较低,自燃倾向大,存在较大安全隐患[2,6]。
当前褐煤在应用上的难题主要集中在回吸、粉化、易燃、热稳定性等方面。其原因在于褐煤的煤质。若不改变褐煤的劣质煤属性,这类难题就难以根治。在国内外各种技术行业中,目前只有非蒸发式的蒸汽处理技术——K-燃料褐煤改性提质技术,在脱除煤中水分的同时能够改善褐煤的性能、提升褐煤的品质,从根源上解决当前面临的难题。
2 K-燃料技术特点及提质效果
K-燃料褐煤改性提质技术是典型的非蒸发式褐煤改性提质技术。该技术为块煤处理,在高压反应釜中,采用中温、中压蒸汽对褐煤直接加热,利用蒸汽冷凝加热和压力挤压的双重作用,将褐煤中的水分以液态形式“挤”出,实现去除煤中水分,提高热值,提升褐煤热稳定性、成浆率等目的。
2.1 K-燃料技术特点
K-燃料技术不同于目前国内推广的其他褐煤干燥脱水或半焦技术,属于非蒸发式的褐煤提质技术,在处理过程中具有以下特点:
(1)产品不回吸水分、适于长距离运输:K-燃料提质改性技术处理煤的粒径为6~80 mm,产品煤保持原有块状型态、无需成型,因在处理过程中改变了煤的孔隙结构和表面亲水性能,所得产品不回吸水分、性能稳定,适合存储和长距离运输[7,8];
(2)能耗低:干燥过程中水以液态形式从煤中脱出,节省水的蒸发潜热;同时,以间接换热方式充分利用生产过程中的大量饱和工艺水产生工艺蒸汽进行褐煤提质。因此,煤耗、电耗、水耗较低,并每年可产出大量水;
(3)运行安全、无易燃隐患:采用蒸汽热源与褐煤直接接触换热,在线、在压的封闭式循环处理方式,生产过程中无易燃、易爆隐患,运行较为安全;另外,由于在处理过程中煤质得到有效提升,产品在储存和运输过程中也不易自燃;
(4)环保、无扬尘:生产过程中无废气排放,废水经处理后达标排放或回收利用;处理过程中蒸汽与褐煤直接接触换热,生产过程中没有粉尘污染,细小颗粒会在处理过程中随工艺水排出处理器系统,产品为更加密实、洁净的块状煤,同时可降低煤中硫、汞等有害物质含量。
2.2 K-燃料产品提质效果
K-燃料技术通过调节温度、压力和时间等参数,可适用于不同地区的褐煤提质,应用K-燃料技术对不同地区褐煤样进行提质的效果如下。
2.2.1 内水去除,热值提升,煤质改善
在蒸汽的压力和温度的双重作用下,内部丰富的孔隙结构压紧收缩,含氧官能团逐步破坏分解,煤中的水分显著降低,煤质得到明显改善。表1为不同地区褐煤经K-燃料技术处理前后,各指标数据的对比。
分析表1数据可知,
(1)褐煤经K-燃料提质以后,全水Mar下降比例达60%以上,内水Mad去除率也能达到50%左右,云南禄丰地区甚至能达到70%以上;
(2)内蒙古、印尼地区的褐煤提质后发热量均能达到20.9 MJ/kg以上,云南地区高水分褐煤热值由不足8.36 MJ/kg提升达到18.8 MJ/kg,发热量提高幅度在30%~100%以上,可满足动力煤对发热量的要求;
(3)挥发分含量基本不变,保持褐煤的有效成分与高化学活性,利于气化反应的进行;
(4)煤中硫含量降低。褐煤经K-燃料技术改性提质处理以后,褐煤的劣质煤属性得到显著改善,各项产品指标稳定,达到动力煤和煤化工用煤的要求。
2.2.2 可磨性、成浆浓度提高
内水含量和可磨性是影响褐煤成浆性的两大关键因素。经K-燃料技术处理后的提质煤内水大幅降低、可磨性有所提高,利于提高褐煤的成浆性。实验数据列于表2。
水煤浆气化工艺一般要求成浆质量分数应接近60%,褐煤原煤成浆质量分数一般小于50%,直接制浆无法满足水煤浆气化要求。由表2可知,处理后的提质煤成浆质量分数一般可达到55%以上,若再配及添加剂等辅助提浓工艺,可进一步提高水煤浆成浆浓度。因此,对于采用褐煤进行水煤浆气化的工艺,建议工艺前端采用K-燃料技术进行干燥提质。
2.2.3 热稳定性提高
褐煤的热稳定性与成煤条件、构造组成及水分含量有很大的关系。K-燃料褐煤提质技术可去除褐煤水分、破坏孔隙及亲水性含氧官能团,提质煤更加密实、洁净,热稳定性提高。热稳定性测试数据见表3。
褐煤热稳定性较差,TS+6一般低于60%,低者甚至不到30%。由表3可知,褐煤经提质以后,热稳定性提高明显,小于3 mm的颗粒占比均小于10%,煤样在热处理状态下破碎成小颗粒的程度大幅降低。按照MT/T 560—2008标准的划分,K-燃料产品煤已接近或达到高热稳定性煤(TS+6大于80%)标准,褐煤热稳定性的提高有利于褐煤后续的运输储存以及再利用。
3 K-燃料改性褐煤的应用优势
褐煤经K-燃料技术改性提质后,水分大幅度降低,热值提升明显,热稳定性增强,水煤浆成浆率提高,产品性能稳定,煤质得到显著改善,从根本上解决了褐煤难于储存运输和无法大规模开发利用的现实困境,产品的综合利用途径和使用范围拓宽,能更好地衔接当前褐煤的两大利用途径,即用作动力煤和煤化工原料。
3.1 K-燃料技术与动力煤衔接的优势
褐煤经K-燃料技术改性提质后,水分有效降低、热值提升,内部孔隙结构的挤压、紧缩使产品煤密实,机械强度和研磨性得到显著提升,便于储存和运输,煤的利用价值大幅提升。首个K-燃料工厂于2005年12月在美国怀俄明州的Fort Union市建成并运行,年产75万t提质褐煤,提质后的K-燃料产品在美国黑山电厂等20余家企业成功进行了燃烧实验,实验结果证明K-燃料产品煤可有效提升锅炉效率,其燃烧效果与优质煤一样。
(1)在运输、传送、储存、加工等环节,与优质煤一样;
(2)研磨性好,在煤尘、粒度分布方面与优质煤一样;
(3)排渣方面,炉渣颜色变浅,熔渣减少,与燃用低灰煤近似;
(4)易点燃,火焰稳定,运转稳定;
(5)污染物排放量少。SO2排放可降低约80%,氮氧化物排放可降低约20%,汞排放可降低约30%。
3.2 K-燃料技术与各种气化工艺衔接的优势
鉴于褐煤经K-燃料技术改性提质后的产品特点,在应用上,除作为电煤外,K-燃料还可作为煤化工原料煤使用,可与各种煤气化工艺相衔接,克服褐煤煤质与煤化工气化工艺衔接的难点。以目前应用较为广泛的碎煤气化、水煤浆气化、粉煤气化为例,K-燃料技术在工艺链上的衔接优势如下。
3.2.1 与碎煤气化工艺衔接
褐煤开采以后极易风化、破碎,经K-燃料技术处理后提高了褐煤的机械强度,储存、运输不会破碎粉化,块煤的利用率显著提升。提质后的产品煤,水分大幅度降低,热稳定性显著提升,衔接碎煤气化工艺时,有助于节省气化时热能消耗,提升气化效率,使气化炉更稳定的运行。且提质煤为块状,可直接入炉气化,无需成型。另外大幅度脱除的水分也减少了气化产生的较难处理的酚氨废水水量,降低了废水处理成本,增加褐煤利用的环保程度。K-燃料与碎煤气化工艺衔接示意见图1。
3.2.2 与水煤浆气化工艺衔接
成浆性较低的褐煤,经K-燃料技术处理以后,其成浆浓度可提升约10个百分点,有助于提升水煤浆气化的气化效率。筛分小于6 mm的粉煤可与提质煤混配制浆,既提升了成浆率,也解决了粉煤利用难的问题。另外,提质产生的废水可全部直接回用制浆,减少了气化工艺的污水处理量。其工艺衔接示意见图2。
3.2.3 与粉煤气化工艺衔接
褐煤用于粉煤气化时,问题主要集中在褐煤含水高,必须经过预处理除去水分,同时褐煤含氧高、易自燃,安全隐患比较大。而非蒸发式的K-燃料技术在处理过程中能够脱除一部分含氧官能团,有助于降低褐煤的自燃倾向,提高褐煤的安全性。另外提质过程不涉及化学变化,产生的废水较气化废水易处理,提质过程中水分大幅脱除,也间接地降低了气化过程产生的废水量。工艺衔接示意见图3。
4 结语
褐煤的利用目前仍是难题,大量已开发的褐煤资源没有得到有效转化利用,给企业以及当局政府造成不小的困扰。K-燃料技术是研究者在摸索各种褐煤干燥提质技术之后,充分认识到褐煤去氧、去内水的重要性,进而持续开发直至商业化应用的一项褐煤改性提质技术。其作为目前国内唯一的非蒸发式褐煤提质技术,由于非蒸发式的独特优势,提质后产品不回吸水分、热值显著提高、煤中挥发分等有效成分不变,产品无需成型、性能稳定,适合存储和长距离运输。作为电煤供应电厂,性能同优质动力煤,作为煤化工原料供应煤化工市场,有助于降低原料和运行成本,切实解决褐煤利用中出现的低效率、大污染的问题,实现褐煤的高效、环保利用。
参考文献
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褐煤脱水提质初步研究 篇2
本文采用热压脱水工艺过程, 通过热压系统对褐煤原煤进行脱水提质研究, 旨在脱除褐煤的高水分, 提高褐煤单位热值, 由此解决褐煤的高水分、易自燃、难运输的问题。采用热压脱水方法对褐煤脱水, 这种方法它兼有热脱水和机械脱水二者的优点, 水是以液态形式移除, 能耗低。经处理的褐煤水分低, 不易重新吸潮。
通过正交试验优化了工艺条件, 对压力、温度和保压时间等因素的研究, 发现当机械压力为P=4MPa, 温度T=210℃, 扎赉诺尔褐煤脱水效果最好。当压力为P=16MPa, 温度T=210℃, 小龙潭褐煤脱水效果最好。
1 温度对褐煤脱水效果的影响
根据褐煤热压脱水机的最高设计温度和相关文献资料在d≤3mm;P=14Mpa;t=15min不变的条件下, 选取五点。
由于褐煤的胶态结构, 在可能的条件下, 热脱水时用物力和化学方法抽出煤中的水是有效的。加热至150℃的煤基本上是以物理效应排出水的, 均匀加热是靠煤水同时热膨胀而导致煤的收缩脱水的。
温度升高, 两种褐煤的脱水效果显著。当温度由110℃升高至160℃, 此时水是通过水的热膨胀和固相物质的收缩导致孔隙体积减小这样的物理变化作用而释放的。在温度继续升高至200℃时, 根据有关文献资料, 此时发生的是含氧官能团的化学分解附加效应, 在孔隙和毛细管中的反应产物形成的二氧化碳取代了煤中的水。煤表面特性的改变, 使其疏水性增强。水的粘度、密度和表面张力的减少, 也促进了从煤的孔隙中去除水。随着温度的升高, 含水量均降低。从经济效益考虑最佳温度为160℃左右。实际生产中根据工业需要选择温度条件。
2 压力对褐煤脱水效果的影响
根据相关文献资料, 在T=140℃, t=15min, d≤3mm不变的条件下, 实验压力选择在4MPa~16MPa之间, 选取五点, 但得到的实验结果没有规律推测可能由于褐煤温度太低, 于是重新选择温度, 在T=170℃, t=15min, d≤3mm条件下, 压力在4MPa~18MPa之间对小龙潭褐煤重新实验。
扎赉诺尔褐煤在4MPa时脱水率就达20.56%, 在7MP时脱水率达到53.02%。但是当压力继续升高到10MPa时脱水率反而降低, 分析原因可能是压力在小于10MPa时, 煤中的毛细孔收缩严重, 凝胶结构改变大, 在密闭的空间内水分脱除明显, 当压力继续升高时, 其收缩性已达极限, 压力的增高不能在有效地降低含水量。所以, 由此可知热压工艺对扎赉诺尔褐煤的作用, 水分并不是随着压力的增加而降低, 而是压力有个最佳值。在实际生产中可根据需要确定实际压力。
小龙潭褐煤在4MPa时脱水率为78.18%, 提高压力到8MPa时, 脱水率为83.23%, 随着压力的增大, 脱水率也随之增大, 当压力达15MPa时, 脱水率已达87.9%, 效果非常显著, 相比4MPa脱水率增加了9.72%。说明压力的增大提高脱水率, 原因是压力使煤中的毛细孔压制收缩, 凝胶结构发生改变, 使水脱除。当压力继续升高时, 煤中毛细孔已达极限, 不能在脱除水分。所以, 此过程最佳工艺压力是12MPa左右。
3 结论
(1) 在T=140℃, t=15min条件下, 扎赉诺尔褐煤在压力小于10MPa时, 脱水率逐渐增大, 在大于10MPa后, 随着压力的增加, 脱水率减小, 由此可知热压工艺对扎赉诺尔褐煤的作用, 水分并不是随着压力的增加而降低, 而是压力有个最佳值。在实际生产中可根据需要确定实际压力。
(2) 在T=170℃, t=15min条件下, 小龙潭褐煤随着压力的增大, 脱水率逐渐增加。但当压力继续增大, 毛细孔达到极限, 脱水率降低。所以, 压力在12Mpa左右时效果最好。
(3) 在P=14MPa, t=15min条件下, 随着温度的升高, 煤中发生物理与化学变化, 同时由于机械压力和加热的联合协同效应, 水分进一步被脱除, 温度越高, 脱水率越高。从经济效益考虑此实验中扎赉诺尔和小龙潭的最佳条件均为160℃左右。在实际生产中根据实际需要选择温度条件。
摘要：本文分析了中国褐煤资源总体状况, 研究了压力、温度等因素对褐煤脱水规律的影响。
关键词：云南小龙潭,内蒙古扎赉诺尔,褐煤,机械热压,脱水
参考文献
[1]尹立群.我国褐煤资源及其利用前景[J].煤炭科学技术, 2004, 6 (8) :12-23.
褐煤提质技术的探讨与研究 篇3
褐煤提质是指褐煤通过合理的干燥过程, 降低煤含水量提高褐煤能量密度的技术。提质技术是以特定的工艺方法脱除影响褐煤热值的水、氧和低热值挥发份物质, 使褐煤发热组份富集, 热值提升, 达到中高热值煤炭指标, 生产出优质褐煤提质产品及煤焦油产品。提质后的褐煤将更有利于利用、运输和贮存。目前, 国内褐煤提质技术还没有大规模工业应用。
国内, 多采用高温烟气通过磨煤机干燥煤粉、工艺大都采用燃煤烟气直接接触的转筒式干燥气流及链式干燥机等。这些工艺单机处理量小、占地面积大、投资高、污染大等问题不符合中国节能减排的要求。
国外, 最成熟先进的提质工艺是过热蒸汽流化技术 (SFCU技术) 、德国RWE公司已经在德国建成3套过热技术装置, 最大脱水能力达到110t/h。美国Encoal、Coaltek、K-fuel、澳大利亚Coldry和神户钢铁分别利用冷凝水余热、微波、高压蒸汽蒸煮等方式进行提质, 但存在装置投资大、运行费用高等缺点。
大唐华银与五环公司合作开发的低阶煤转化技术 (LCC) , 该技术是在美国伊煤公司 (ENCOAL) 低温煤液化技术 (LFC) 基础上进行二次开发, 并重新申请了相关专利和商标, 在褐煤热解提质领域处于国际领先水平。
2 低阶煤转化技术 (LCC)
该技术是一种煤炭轻度热解工艺技术。褐煤提质加工过程主要分为三步:第一步是干燥, 除掉褐煤中的平衡水分;第二步是轻度热解, 除掉褐煤中的一部分挥发分, 使褐煤改质成为物理化学性质相对稳定的优质固体燃料-半焦 (PMC) , 轻度热解过程可副产液态燃料-低温煤焦油 (PCT) ;第三步是精制, 对干燥热解后的固体产物进行钝化处理, 降低活性。
项目工艺过程简图如下:
褐煤提质加工可得到固体燃料-半焦 (PMC) , 半焦性质稳定, 可长途运输、长期贮存, 销售半径大大增加, 燃烧特性大大优化, 热值提高接近一倍, 硫含量大大降低, 是一种优质环保的固体燃料, 除可作为化工厂煤气化的造气原料外, 还可用于高炉喷吹、铁合金等行业用做还原剂掺合料。
褐煤提质加工得到的液体燃料-低温煤焦油, 含有较多的烷烃, 类似于重质原油, 通过加工精制可以制得石脑油、柴油等油品, 可作为石油资源的替代品, 有较高的附加值。
项目产品为清洁煤和国内供应紧缺的车用燃料等能源类产品, 市场应用空间大, 产品销售压力小。
3 建设规模、投资及经济效益分析
3.1 建设规划及投资。
据资料分析, 建设规模2×1000万吨/年两条相同的生产线, 褐煤干燥热解装置设计由10条100万吨/年的生产线组成, 项目总投资约1820842万元。最终产品为PMC固体燃料 (半焦) 、型煤, 副产品为石脑油、柴油、石油液化气 (LPG) 。
3.2 经济指标。
项目年均销售收入130.42亿元, 年均总成本费用80.74亿元, 年均销售税金24.63亿元, 年均利润总额25.05亿元, 年均所得税6.26亿元, 年均税后利润18.79亿元。
主要财务评价指标表如下:
4产品市场分析
4.1 原煤市场 (洁净煤及型煤产品) 。
国内原煤产量2005年突破20亿吨, 2010年, 我国煤炭新增产量主要来自大型矿井新增产能和完成整合的中小型矿井产能。煤炭供给增量主要来自山西、陕西、内蒙古、安徽、贵州和新疆等省份, 其中, 山西、陕西、内蒙古增量约2.3亿吨, 占增量的90%左右, 其他地区增量在3000万吨左右, 全国煤炭产量增加2.6亿吨左右。考虑到资源整合在全国范围展开、国内运力和煤质等因素影响, 预计国内煤炭有效供给增量大约在2亿吨左右。预计2010、2020年国内煤炭需求量分别为18.2~19.9亿吨标准煤和22.2~24.9亿吨标准煤, 分别相当于原煤25.5~27.9亿吨、31.1~34.9亿吨。
4.2 石脑油。
随着国内经济发展, 石油需求持续增长, 石脑油需求也在稳定增长。石脑油主要用于生产乙烯和二甲苯 (PX) 。2006年以前有少量石脑油用作生产化肥的原料。自2009年起, 我国大陆石脑油求大幅增长, 达3420万吨/年, 成为石脑油净进口国, 净进口量约2万吨/年, 2010年进口量约290万吨, 主要集中在山东省、辽宁省和广省, 占到进口总量的92.5%。预计到2015年底, 石脑油净进口量将超1000万吨/年。石脑油主要用于乙烯原料、烷基苯原料和PX原料, 比分别为73.6%和26.4%。
4.3 柴油。
2009年国内柴油产量1.41亿吨, 2010年国内柴油产量约为1.58亿吨, 2011年1~7月份累计生产柴油9700万吨。虽然柴油产量大幅度增长, 但国内柴油市场还是存在结构性供应紧张。为适应国内经济发展对柴油需求的增加, 炼油厂增加了柴油产出, 以应对国内不时出现的“柴油荒”。2009年到2011年4月, 国际原油价格不断上涨, 并快速突破100美元/桶的整数关口, 相应柴油价格也在达到7700元/吨的较高价位。
4.4液化石油气 (LPG) 。
随着我国国民经济的持续高速增长、人民生活水平的不断提高以及环保意识的逐渐增强, 刺激了国内市场对LPG清洁燃料的需求。
5 原材料及水电消耗分析
6 结论
大力发展和推广褐煤提质技术, 对褐煤资源清洁高效利用领域的开拓具有重要意义。LCC褐煤提质工艺技术成熟、高效、节水、环保, 通过加工提高了褐煤利用价值, 以劣质煤炭资源, 联产高品位动力燃料PMC、石脑油和柴油, 实现了资源的分级利用和优化配置, 极具投资潜力和产业发展前景。
摘要：论述了国内外提质技术的发展现状。主要介绍了大唐华银与五环公司合作开发的低阶煤转化技术 (LCC) , 对褐煤提质技术特点、投资规模及经济效益情况分析, 阐明LCC褐煤提质工艺技术成熟、高效、节水、环保, 通过加工提高了褐煤利用价值, 论述了大力发展和推广褐煤提质技术, 对褐煤资源清洁高效利用领域的开拓具有重要意义。
利用煤的形成过程提质褐煤 篇4
褐煤形成于中生代的侏罗纪和白垩纪、新生代的第三纪。褐煤是由裸子植物、被子植物转变成的,植物转变成褐煤过程大致可以归纳为两个阶段:第一阶段植物转变成泥炭,称为泥炭化过程;第二阶段是泥炭逐渐变成褐煤,泥炭层在岩层下受到压力把泥炭层压紧,同时发生失水,胶体凝聚等物理、化学过程。泥炭的组成也随之变化,逐步变成含水,比重较泥炭大的呈褐色的褐煤。褐煤已不再保留植物残体组织。腐植酸的含量随变化的加深而减少,含碳量增大。
褐煤进一步变化,由于岩层的加厚,静压也增大,温度也升高,褐煤逐渐失氢脱氧转变成烟煤,褐煤经历的这个作用叫变质作用。在变质作用下,褐煤的腐植酸含量逐渐减少,含碳量增大。烟煤已不存在褐煤中原有的腐植酸,碳量增大的更多。中国的褐煤主要分布在内蒙古东部、黑龙江西部和云南东部地区,其中内蒙古的褐煤储量最大, 占全国褐煤储量的77%[1]。
2 褐煤的特性及目前干燥工艺
褐煤的特点是水分高、孔隙度大、挥发分高、热值低,含有不同数量的腐植酸[2]。水分一般不低于40%,高者超过50%[3],按照其在煤中存在的状态,可以分为表面水、毛细水、吸附水和结晶水[4]。褐煤的氧含量高达15%～30%,化学反应性强,热稳定性差,块煤加热时破碎严重,存放在空气中容易风化变质。高水分含量使得这些煤种只能在当地使用,不可能长距离运输,极大地限制了煤炭的开采规模。
褐煤的高水分量几乎影响褐煤利用的每一方面[5],所以各种各样的低阶褐煤体质工艺首要任务都是脱去其中的水分。目前的干燥工艺可以分为两大类,第一类是蒸发干燥,即直接或间接地把相当于水气化潜热的热量加到煤上,使水以气态的形式除去;第二类即非蒸发脱水,水以液态的形式脱除。
3 利用煤的形成过程提质褐煤
在第一部分中提到褐煤进一步转变成烟煤主要是在静压力大,温度升高的条件下完成。在地质变化中褐煤转变成烟煤要经过很长时间,主要原因是靠自然形成合适的压力和温度需要时间的积累,比如压力的形成是靠岩层堆积。为了提高转化速度可以模拟一个静压大、温度高环境使褐煤进一步变成烟煤。实质是加速了炭化过程,随着系统温度的提高,煤中会发生各种物理化学变化[6]。煤中亲水性含氧官能团分解,伴随着气体的释放、孔结构的收缩以及水在孔中的膨胀,又在高压下会产生一种强度更硬,更低水分、含氧量、孔隙率,更高含碳量、热值的类烟煤产品[7]。
4 工艺设计
按照上述原理,设计出一套干燥工艺旨在模拟褐煤转化成烟煤的条件:高静压,高温度。
如图2所示,蒸汽由底部蒸汽母管进入通过环形分布的支管进入提质筒,维持桶内一定的温度。锤盖用来提供一个恒压。变质过程产生的液态物质以及由于压力作用掉下的煤粒通过出渣口排出,变质过程产生的气态随蒸汽通过锤盖上的释放口排出。
5 主要工艺参数的控制
在本工艺中,对温度和压力要严格控制以达到最佳转化条件。温度太高会引起更复杂的化学变化,甚至引起元素成分的变化;温度太低又会延长转化时间。
Hulston及其同事的研究表明在研究的温度范围内,水的脱出率随着温度的升高而大约呈线性增加,如图3所示。
当赋予的机械压力从2.5 MPa升到5.1 MPa时,水的脱除率明显升高。然而,进一步将压力从5.1 MPa提高到12.7 MPa,没有明显的作用[9]。工艺中采用较高的温度,使压力和锤盖停留时间降到可控的程度,并在一个比较现实的时间宽度和较小能耗下,显著地降低了水的含量。本文建议合适参数温度范围是175～220 ℃,压力可取5.0 MPa。
6 结 语
我国的能源结构是以煤炭为主, 而高含水褐煤又占有相当的比重,为了实现褐煤资源的高效利用,可以通过研究褐煤的化学和物理特性及开发各种褐煤提质工艺来完成。提高了褐煤的综合利用效率, 是一种低碳的环境友好型产业,一方面可以提高热值和能量密度, 降低运输成本, 另一方面还可以提高下游装置的利用效率, 降低设备规模。未来我国褐煤产业必将得到空前的研究与发展[10]。
参考文献
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褐煤提质 篇5
褐煤提质生产半焦技术,在解决褐煤直接燃烧时环境污染严重、热利用率低等问题的同时,还可以得到煤焦油和干馏煤气等多种高价值煤基产品,是褐煤高效、低污染利用的有效途径,符合我国发展洁净煤技术、能源多元化的战略。近年来,国内褐煤提质加工技术发展很快,采用的工艺技术也不尽相同,如鞍山热能研究院的“直立炉褐煤低温干馏技术”、大连理工大学的“褐煤固体热载体快速热解技术”、煤炭科学研究总院北京煤化工分院的“多段回转炉热解技术”等都取得了一定的进展,此外,还有许多其他的大专院校和科研院所也分别自主研发了不同的褐煤热解工艺。本文仅就采用褐煤固体热载体快速热解技术的褐煤提质系统进行简要分析,并提出一些探讨性见解。
1 褐煤固体热载体快速热解技术简介
褐煤固体热载体法快速热解技术[3,4,5,6]是将褐煤与热的载体快速混合加热,使其热解得到轻质油品、煤气和半焦的技术。褐煤固体热载体法快速热解生产工艺由“褐煤热解”和“煤焦油回收及煤气净化”两个子系统组成,热解系统工艺流程如图1所示,焦油回收及煤气净化系统工艺流程见图2。
1—原煤储槽;2—给料机;3—干燥提升管;4、12、13、15—旋风分离器;5—干煤储槽;6—热烟气发生炉;7—加热提升管;8—热半焦储槽;9—反应器;10—提质煤缓冲槽;11—提质煤混合器;14—循环烟气风机
1—激冷洗气塔;2—气液分离器;3—横管冷却器;4—电捕焦油器;5—煤气加压机;6—湿法脱硫系统;7—煤气预热器;8—硫酸铵系统;9—粗苯回收系统;10—干法脱硫系统
2 工业系统存在的问题
褐煤固体热载体快速热解技术适于处理-6mm的粉状褐煤,可利用资源广,煤焦油产率高,焦油性质好,干馏煤气热值高,生产过程耗水量小,但是该工业系统仍然存在一些需要改进的问题。
2.1 煤气净化与焦油回收问题
2.1.1 煤气净化
该技术的煤气净化工艺基本采用焦炉煤气的净化工艺,过于复杂。干馏终温约为520℃,属于低温干馏,而氨、吡啶和喹啉等在干馏温度高于600℃时,才会在粗煤气中出现,低温干馏煤气中几乎没有氨,粗苯含量也较低[2]。因此,如果在煤气净化过程中,考虑氨和苯的回收和利用,必然会造成净化工艺复杂,从而影响系统的经济性。
该技术的煤气净化工艺是利用氨水在激冷洗气塔中对煤气进行降温冷却,并增加了硫酸铵系统以回收氨,造成煤气净化工艺系统无谓的复杂。同时,由于激冷洗气塔中煤气温度高,而且远没有被水汽所饱和,煤气释放大量的显热,部分氨水被汽化为氨水蒸汽随煤气进入横管初冷器,造成横管初冷器冷却功耗大量增加。由于低温干馏煤气含氨量极少,因此硫酸铵系统回收的煤气中的氨,几乎全部是煤气在激冷洗气塔中混入的氨水。
由图2可知,该技术设有粗苯回收系统,而煤低温干馏过程中生成的粗苯含量较少、分压低,温度在20~40℃,常压下不凝出[2],以气态形式存在于煤气中,因此,进行粗苯回收得不偿失。
2.1.2 焦油回收
低温干馏焦油密度相对较小,因原料煤的性质和干馏方法不同而异,一般在0.95~1.1g/cm3,以采用煤固体热载体法快速热解技术提质霍林河某种褐煤为例,利用氨水对煤气进行激冷洗涤后,从气液分离器分离出焦油、氨水、焦油渣,从上到下依次为轻油层(密度约为0.94~0.98kg/L),氨水层(密度约为1.01~1.02kg/L),焦油层(密度约为1.04~1.15kg/L),焦油渣层(密度约为1.25kg/L)。可以看出,除焦油层和焦油渣层之外,各层之间密度差较小,依靠密度分离法分离焦油比较困难。
2.2 含酚废水的处理问题
由于褐煤含水率高,褐煤热解过程产生的含酚废水量较大,而且废水中苯、酚浓度较低,回收苯、酚经济性较差。含酚废水的处理方法较多,诸如蒸汽化学脱酚法、蒸汽脱酚法、焚烧法、溶剂萃取脱酚法、树脂脱酚法、磺化煤吸附法、生化法等十几种酚水治理方法都曾有人在处理类似酚水的煤气站中尝试过,但由于脱酚效率低,治理不彻底,容易形成二次污染,加之工艺运行条件苛刻或运行成本较高等原因,致使实际应用都不太理想。例如,被广泛认为治理含酚废水较为彻底的酚水焚烧法,处理每吨酚液约消耗8400MJ的热量,折合自产干馏煤气(热值16.1MJ/Nm3)约522Nm3[7]。如果利用这种方法处理含酚废水,褐煤提质过程生产的煤气全部用于焚烧酚水还不够,系统的整体经济性将大打折扣。
2.3 提质煤的储存和长途运输问题
提质煤粒度小、水分低,在产品储存和长途运输方面,必须注意防火、防爆和防扬尘。
3 工业系统问题的解决
3.1 煤气净化与焦油回收问题的解决
煤气净化工艺要结合煤气的自身性质、净化目的和目标而确定,图3所示为某种煤气净化冷却工艺流程。干馏车间的490℃荒煤气首先进入高温除尘器,去除其中未除尽的颗粒状粉尘;然后进入余热交换器,在此,利用冷介质水间接回收煤气显热,并汽化为水蒸气,同时煤气温度降低至150~160℃;经过初冷后的煤气进入空气冷却器,与外界空气进行自然间接换热,温度降至110~120℃;然后煤气进入静电除焦器,在此排除煤气中的绝大部分焦油;之后煤气进入双级间接冷却器,温度降至30~35℃,同时,其中的大部分含酚废水和轻油被冷凝出来;最后煤气经加压机加压,进入脱硫系统,脱除其中的H2S,该脱硫系统的形式根据原料煤含硫高低确定,可以是单独的湿法脱硫,也可以是湿法与干法相结合的脱硫系统,煤气经脱硫处理后,即可供用户使用。
1—高温除尘器;2—余热交换器;3—空气冷却器;4—电捕焦油器;5—双级间接冷却器;6—煤气加压机;7—脱硫系统
煤气中焦油的分离,关键在于煤气净化工艺中各节点煤气温度的控制。由于煤气压力较低,原始煤气在490℃时,其中的水属于欠饱和状态,而此时煤气中的焦油也未达到冷凝温度,呈气态存在,只有粉尘呈固态颗粒状存在,所以先在高温除尘器中排除粉尘。煤气进入静电除焦器前,一直保持在110℃以上,在此阶段其中的水不会冷凝,而其中的焦油在此温度下,冷凝率接近90%~95%。所以,图3中,高温除尘器后、双级间接冷却器前各设备捕除的几乎只有焦油;在双级间接冷却器处,随着煤气温度的降低,含酚废水和轻油被冷凝出来,这些物质较易分离。
3.2 含酚废水的处理
含酚废水的一种有效治理措施就是制成“粉煤—酚水”水煤浆,作为燃料应用。水煤浆的燃烧温度一般为1100~1300℃,在此温度下污水中的酚及其它有机物质剧烈地燃烧分解成H2O和CO2,然后随燃烧烟气排入大气中,从而达到治理含酚污水的目的,此法的脱酚机理与焚烧法相同。制水煤浆的含酚废水可以不作任何预处理,废水中少量的油类还可以提高水煤浆热值,另外废水中酚等有机物的存在有利于提高水煤浆的稳定性,便于制备水煤浆,还可降低生产成本[1,8]。
在“褐煤固体热载体快速热解技术”工业系统中,可以用水煤浆替代干馏煤气作为热烟气发生炉的燃料,节省下的干馏煤气可用于燃气发电,即利用干馏煤气为燃料驱动燃气内燃机发电,如此,既解决了含酚废水的污染问题,同时又使能源得以优化利用。
3.3 提质煤的储存和长途运输
为便于提质煤的储存和运输,可以考虑将提质后的煤添加适当粘结剂制成“提质型煤”,型煤粒度可以据用途不同而异,考虑长途运输过程中的频繁倒运和雨季影响,该型煤必须具有较高的机械强度和较好的防水性能。“提质型煤”的干燥热源可以应用褐煤提质过程中剩余的废热烟气,以提高系统能源利用率。
4 结 论
褐煤加工利用在我国起步较晚,褐煤热解提质的工业化生产技术尚待进一步发展和完善。多领域、多行业相结合是解决问题的有效途径之一,往往一个问题的解决,可同时解决一系列问题,这一系列问题的解决必将造就一套完善的工艺系统。“褐煤固体热载体快速热解技术” 工艺系统的完善与提高,势必给其他褐煤提质技术提供有效的完善思路。
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褐煤提质工艺选择及新工艺的试验 篇6
随着采煤机械化水平的提高和原煤入洗量的增加,粉煤的数量增长速度很快。燃料煤中粉煤量的增加,影响锅炉的良好运行,不仅浪费能源,而且污染环境。为达到国家资源节约、燃烧效率高、减少环境污染的环保的大形势,发展粉煤提质绿色新技术势在必行[1]。
褐煤提质理论上已成熟,并且在实践中也积累了不少经验,是一个投资少、见效快的项目[2]。 兰炭作为褐煤提质的主要产品,可使得铁合金行业在降低成本的同时提高产品的质量。兰炭以其特有的低硫、低灰、低磷、高固定碳、高比电阻及高化学活性的特性,可作为钢铁行业中高炉喷吹的燃料,代替部分褐煤喷吹,炼铁成本降低3.25元/t, 有效降低了生铁燃料成本,填补了环保产业的一项产品空白,对国家的经济发展十分有利[3]。
1褐煤提质工艺的选择
褐煤提质的关键是在扩大生产的同时要合理有效地解决好工艺技术、经济效益和环境保护之间的关系。
目前,煤的提质工艺根据加热方式的不同分为外热式提质工艺和内热式提质工艺。外热式提质工艺用燃料燃烧所产生的热烟道气的热量经提质炉的外壁来实现热量的传递,其加热介质与原料煤不直接接触。而煤是热的不良导体,在外热式提质装置中主要靠热传导,煤料加热不均匀。 内热式提质工艺借助热载体与煤料直接接触来实现热量的传递,热效率高,能耗低;内热式提质炉无用于加热的燃烧室或火道,无复杂的加热调节设备,简化了提质炉的结构。
内热式提质工艺依据供热介质的不同分为气体热载体提质工艺和固体热载体提质工艺。固体热载体提质工艺,采用高温兰炭或瓷球类固体物料与煤在提质炉内直接混合,利用热载体的显热进行煤的热解。该工艺,一方面,煤与固体热载体的混合技术多采用机械搅拌,虽然使煤和热载体得到了良好的混合,但动力消耗增加了成本;另一方面,气流混合造成工艺复杂化,同时也影响热解气体的成分[4]。内热式气体热载体提质工艺采用炉内空气和煤气混合燃烧产生的热烟气作为热源的加热方式,造成燃烧废气混入了煤气中,荒煤气的主要成分为N2,降低了煤气的热值,也增大了后续煤气净化系统的工作量,不利于煤气在化工生产中的综合利用[5]。
褐煤作为煤化程度最低的煤,化学反应性强,在空气中易风化,不易储存和远距离输运, 直接燃烧对空气污染严重。褐煤的工业分析见表1,元素分析见表2。由表1和表2可以看出褐煤水分大,挥发成分高,含游离腐植酸。
综合分析,采用外热式气体热载体提质工艺,成功解决了粉煤在反应过程中粘结结块导致燃烧的难题,煤气能够最大程度从粉煤中干馏出来,由于煤气不经过燃烧,其中的CH4和CO含量很高,煤气热值高。
2褐煤提质新工艺的研究
粉煤在传统连续立式提质炉中会发生相互粘结结块,导致提质炉内气体沟流、炉料堵塞甚至停止运行[6]。目前,褐煤提质过程中存在的粘结堵塞和接触不充分等问题还没有得到有效解决。 为清洁高效利用煤化程度最低的褐煤,通过提质手段,制取兰炭、高价值焦油和高热值煤气等重要化工产品的关键是提供合理高效提质炉型、有效防粘结等科学手段的新工艺。本课题研究的新工艺提质炉不仅可以加工处理褐煤,也能很好地加工处理弱粘煤。这对于推动褐煤干馏先进技术的发展、提升煤炭资源的利用价值、发展地方经济与控制环境污染均具有重要的示范意义。
2.1新型提质炉结构
本文提出的新工艺采用的提质炉为保证热载体与褐煤的充分接触,采用折返的多级振动床叠加技术,奇数层的褐煤从外向里由中心下料口落入下层,偶数层从里向外由外围下料口落入下层,褐煤在提质炉内与650 ℃煤气逆向接触完成热解;提质炉隔层砌体上开有大量的下料孔,每层设有煤气进出口用于煤气的收集。这种设计使得褐煤在不同热解阶段加热均匀,消除了部分煤料的过热现象,保障了干馏后的褐煤在一定时间内挥发分达到预期的指标而形成兰炭。
提质炉的每层设有2个耙臂。耙臂采用钢管和低铬铸铁铸造的外管组合而成。耙臂一端与动力中心轴相连,借助中心轴的转动带动耙齿扒动物料的运动。
耙齿,材料选用耐磨性较好的高铬铸铁,安装在耙臂上, 直接与炉料接触,主要用于扒动炉内物料行走。采用动力装置解决了粉煤在提质炉内的粘结堵塞问题。中心轴由传动装置带动,主要用于带动耙臂旋转,使连接在耙臂上的耙齿带动褐煤在提质炉内行走。这种设计减少了炉气沟流和炉料堵塞的现象。
2.2新炉型优点
本项目采用外热式气体热载体提质工艺,热烟气与煤采取间壁式加热进行提质,避免了热烟气进入煤气,大大减少了后续煤气的净化量和净化的难度;同时,成功解决了褐煤在反应过程中粘结结块导致燃烧的难题,煤气能够最大程度的从褐煤中干馏出来,由于煤气不经过燃烧,其中的CH4和CO含量很高,煤气热值高。
湿法熄焦工艺每熄1 t红焦消耗0.5 t水,产生的大量水蒸气直接进入空气。释放的水蒸汽中包含大量的粉尘、硫化物、氰化物、酚类等有毒、有害气体,严重污染了大气及周围环境,腐蚀了设备。这部分污染占提质工艺对环境污染的1/3[7]。本项目采用干法熄焦,利用提质完的废烟气,在密闭的熄焦罐中将兰炭熄灭,并配备良好的除尘设施,可根本上解决湿法熄焦所带来的污染,基本上不污染环境。
提质完的废烟气先进行熄焦,然后进入螺旋输送干燥机,对原料进行干燥。干燥后的废烟气经除尘器除尘后排放,基本上不会污染环境。
2.3新型工艺的产品性能指标
该新工艺的产品性能指标如下:
半焦( 固定炭: 大于82%, 孔隙率: 30%~50%,挥发分:小于8%,灰分:小于6%, 水分:小于10%)
焦油( 酚类:35%, 中性含氧化合物: 20%~25%,芳烃:15%~25%,环烷烃:10%,沥青:10%,烷烃:2%~10%,烯烃:3%~5%,中性含氮化合物:2%~3%,有机碱:1%~2%)
煤气(H2:50%~56%,CH4:15%~19%,CO : 18%~20%,CnHm :1.5%~2%,CO2:3%~6%,O2: 0.2%~0.5%,N2:2%~5%)。
由以上数据可以看出:煤气中的氢气和甲烷含量很高,其热值高;半焦的固定碳含量高,空隙率大,产品质量好,焦油产品也符合中低温焦油的产品质量标准。
2.4新型工艺的实际应用
本课题研究出来的新工艺在新疆某公司已经投产,该提质炉年处理褐煤10万t/ 台,兰炭产率可达40%,焦油产率为8%~10%,标准状态煤气热值可达5 087.2 k Cal/m3(21.26 MJ/m3),产率高,产品质量好,实现了褐煤的可持续发展的优质清洁途径。这种提质炉经济效益可观,年创利润1 500万元以上。
3结论
(1)本课题在综合分析各类褐煤提质工艺的优劣后,选择了外热式气体热载体提质工艺,能够有效避免煤提质产生的挥发产物被烟气稀释, 减少了冷却系统的处理量。
(2)该炉型加热速度快,热载体与干馏气态产物易分离,所产煤气热值高,焦油产率高。
(3)该工艺可以应用于粉状褐煤和弱粘煤的加工,节约能源,符合国家的环保的要求,给企业提供了双重效益。
摘要：提出了解决坑口粉煤处理和综合利用的一种有效方式,选用以热烟气为热载体的提质工艺,提质炉采用动力装置,解决了煤的粘结问题,避免了煤提质产生的挥发产物被烟气稀释,减少了冷却系统的处理量;该工艺加热速度快,热载体与提质气态产物不直接接触,煤气热值高,焦油产率高,适合褐煤的粉煤提质。
关键词：褐煤,粉煤,提质,工艺过程,设计,工业规模
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褐煤提质 篇7
关键词：旋转床,蓄热式,热解,褐煤
目前, 我国资源格局是富煤少油缺气。我国已探明的化石能源储量中, 煤炭占94.3%, 石油、天然气仅占5.7%。随着我国经济的快速发展, 近年来我国能源消费量呈现快速增长势头。2012年我国进口原油2.85亿t, 对外依存度达到了58.7%, 预计2020年将超过64%, 已经严重威胁到了我国的能源安全。因此, 发展现代煤化工, 实现煤的清洁高效利用, 是我国应对能源危机的主要途径之一。另外, 在我国的煤炭资源储量中, 褐煤所占的比重非常大, 已经发现的褐煤资源量为1 291.32亿t, 约占我国煤炭保有资源量的12.7%[1,2,3]。这些煤种可直接用于煤制甲醇、煤制油、煤制天然气、煤制烯烃等项目, 但能源转化效率较低。由于褐煤中的挥发分含量较高, 是低温热解提质的良好原料。通过煤炭提质可以大幅度提高能源的转化效率, 实现资源的综合利用。因此, 褐煤热解提质技术受到国内外越来越广泛的关注。
国外有代表性的工艺[4,5,6,7]包括美国的Toscoal低温快速热解工艺、德国的Lurgi-Ruhrgas热解技术、澳大利亚联邦科学与工业研究所 (CSIRO) 研究开发的流化床快速热解工艺、日本的煤炭快速热解技术以及美国LFC褐煤提质技术。这些技术的共同点可以归纳为:主要产品为低温煤焦油, 多采用快速加热的低温热解工艺。国内研究煤炭热解技术的单位众多, 比较有代表性的技术[8,9,10]有北京煤化工研究分院开发的多段回转炉 (MRF) 热解工艺、中国神华模块化固体热载体热解工艺、以及大连理工大学开发的褐煤固体热载体热解多联产 (DG) 工艺等。但这些技术或多或少的存在着一定的不足。
神雾集团通过集成辐射管蓄热式燃烧技术、智能换向技术和旋转床技术等多项技术研发出了具有自主知识产权的无热载体蓄热式旋转床热解关键技术与设备。
1 旋转床热解技术介绍
旋转床热解技术不同于现有国内外各种热解工艺。物料均匀布于旋转料床上, 料床随炉底机械转动, 炉墙上安装多个蓄热式辐射管燃烧器, 燃料气在辐射管内燃烧, 通过炉床上下辐射管管壁辐射加热物料, 辐射管端部装有蓄热体用于回收燃烧烟气显热, 排烟温度不大于150℃, 所回收的热量用于预热助燃空气和低热值的燃料气。旋转床热解炉原理、辐射管燃烧器原理分别见图1和2。
旋转床热解技术的总流程:褐煤进入料场后, 经过原煤破碎、筛分、干燥、再筛分, 将符合粒径要求的褐煤直接通过进料系统布入旋转床内, 粉煤成型后进入旋转床内;经预热区、反应区, 最终物料被加热至目标温度, 热解生成荒煤气、提质煤。荒煤气由热解装置逸出进入油气激冷器冷却后, 被风机抽送到分离净化系统, 得到煤气和焦油, 粗煤气经过脱硫、脱氨等净化工序后得到净煤气和硫铵、硫磺等副产品。热解产生的提质煤, 经出料机排出后, 采用喷雾冷却熄焦, 再送入成品料场, 做碳质还原剂、洁净燃料、化工原料等。
目前该技术已成功应用于化石燃料行业, 与国内外现有热解技术或工艺比较具有如下技术特点:
(1) 单台旋转床热解装置年处理褐煤达100万t以上;
(2) 旋转床反应器中炉墙、炉顶不动, 热解过程中, 褐煤随床底作整体平面圆周运动, 料床上的褐煤不运动、不翻滚、不搅动, 褐煤之间没有相对运动, 进、出料口有专门设计的布料机和出料机, 对于褐煤的物性要求很低, 一般, 褐煤粒度范围为10~100 mm;
(3) 通过优化配置不同炉区的辐射管燃烧器功率、数量, 调节旋转床转动速度, 根据原料性质和热解产品的要求, 可实现旋转床内温度场的精确控制和热解周期的调节, 而且灵活可靠, 方便易行;
(4) 采用神雾拥有自主知识产权的蓄热式燃烧技术, 燃烧器燃烧产生的烟气余热被蓄热体回收, 排出的烟气温度低于150℃, 回收热量用于预热空气, 从而可以使用热值低至2.93 MJ/Nm3的燃气作为燃料, 辐射管燃烧器的热效率可达90%以上。过程产生的优质热解气可全部置换出来, 用作后序化工合成的优质原料;
(5) 采用辐射管燃烧器使燃烧烟气与褐煤热解的气 (汽) 态产物分别引出炉外, 热解的气 (汽) 态产物中没有混入烟气, 热解气质量纯、品质好, 热值16.72 MJ/Nm3以上, 其中氢气含量大于25%、甲烷可达25%、一氧化碳10%以上, 不但可以作为洁净的高热值气体燃料, 也可以用于制氢、制甲醇、制天然气等高附加值化工产品, 增值效益大;
(6) 神雾集团褐煤热解技术不采用任何热载体, 不存在热载体与热解产物的分离过程, 流程较简单, 产物收率高, 同时可根据褐煤热解油气产出特点, 在炉体不同区域优化设置多个热解油气导出口, 焦油收率可达90%, 油品质量好;
(7) 神雾无热载体蓄热式热解技术采用蓄热式节能技术, 能源转换效率高, 可达85%以上;
(8) 旋转床热解装置结构设计稳定, 核心材料、高温密封等关键技术成熟, 常压运行, 工业控制简便;每个蓄热式辐射管燃烧器上自带电子点火器和火焰检测器, 可在冷炉情况下实现自动点火、自动火焰监控及自动调温, 确保运行安全。
为了更好地验证旋转床热解技术对于各地煤种的适应性, 公司利用旋转床分别对不同产地的煤样进行了热解试验。
2 试验
自神雾集团研究院成立以来, 一直致力于褐煤的热解技术与工程化放大试验研究, 拥有包括格金试验平台、3 kg固定床热解装置、300 kg间歇式热解试验台和4 t/h连续运转蓄热式旋转床热解中试试验装置等多个试验平台。目前进行了20多种长焰煤、褐煤的上百次的低温热解试验, 取得了丰富的试验数据。试验结果如表1~5所示。
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由表1中的原煤分析数据可知, 2号煤样的全水含量达到了31.27%, 收到基热值只有15.56 MJ/kg。这说明试验煤样的全水高, 热值低, 含有大量挥发分, 从能量转化的角度考虑不尽合理。
由表2和表3可以看出, 采用旋转床热解技术可以达到格金试验收率的94.13%;煤焦油可以转化为人造石油, 节省了石油资源。另外, 通过热解可以获得13%热解煤气。表5中, 热解煤气中的甲烷、一氧化碳和氢气成分高, 气体的热值也很高, 这种热解煤气不仅可以作为天然气的替代燃料, 还可以作为后期化工合成的重要原料。
由表4可知, 经过热解后的提质煤中的挥发分含量大大减小 (如2号原煤Vad为34.09%, 提质煤Vad为13.90%) , 固定碳含量大大增加 (2号煤样FCad为36.04%, 提质煤FCad为73.22%) , 热值明显增加。这说明经过旋转床热解技术提质后, 原煤中的挥发分得到了充分脱除, 生成了大量的煤焦油、热解煤气等重要的化工产品。同时, 经过提质后的提质煤固定碳含量高、热值高、水分含量小, 不仅可以作为优质的清洁燃料, 大大减小了煤的运输成本, 而且提质煤还可以作为碳质还原剂、化工原料等。
3 结论
试验结果表明:旋转床热解后的热解产物中油气收率较高, 产油率可以达到格金产率的90%以上, 热解煤气中CH4含量超过25%, CO含量超过10%, 热值大于16.72 MJ/Nm3, 提质煤的固定碳含量较高, 热值大于27.17 MJ/kg。
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