煤炭分級利用

1、煤炭分級利用又稱分質(zhì)利用，主要是指將煤炭通過中低溫干餾進(jìn)行熱解，取出其中的揮發(fā)分，包括煤 氣與煤焦油，剩余半焦再利用的一種煤炭使用理念。煤炭分級利用最早可追溯至石油使用之 前，煤熱解產(chǎn)生煤油(煤焦油)，用于煤油燈的時代。但近年來隨煤化工熱潮興起，分級利 用亦隨之興盛，伴隨多個煤分級利用大型項目逐漸落地，分級利用已近乎成為可與煤制油、 氣等煤轉(zhuǎn)化形式相匹的一種煤轉(zhuǎn)化形式。煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化的梯級利用技術(shù)路線第一步，先將煤炭經(jīng)固體熱載體催化熱解技術(shù)處理，產(chǎn)出煤焦油、蘭炭(塊焦、粉 焦)和焦?fàn)t煤氣等初級產(chǎn)品，完成對原料煤炭的分質(zhì)；第二步，從焦?fàn)t煤氣中提取氫氣用于精餾出酚等高附加值產(chǎn)品后的煤焦油加氫，產(chǎn) 出

2、石腦油、柴油、液化氣、等石油產(chǎn)品；第三步，將提氫后的焦?fàn)t煤氣中的甲烷成分分離出來，用于生產(chǎn)壓縮天然氣或液化 天然氣，焦?fàn)t煤氣中剩余的一氧化碳用于生產(chǎn)甲醇、合成氨，或作為工業(yè)燃料。對蘭炭根據(jù) 產(chǎn)品質(zhì)量和粒度大小進(jìn)行分質(zhì)利用，塊狀蘭炭用于生產(chǎn)電石、鐵合金，粉狀蘭炭進(jìn)行煤氣化 后生產(chǎn)甲醇、天然氣、乙二醇、合成氨、合成油、石蠟等化工品，或作為高爐噴吹料、工業(yè) 燃料，碳一基礎(chǔ)化學(xué)品甲醇與石腦油用于耦合生產(chǎn)碳二基礎(chǔ)化學(xué)品乙烯。第四步，結(jié)合多聯(lián)產(chǎn)，利用碳一、碳二基礎(chǔ)產(chǎn)品，以及尿素等大宗化學(xué)品按照多品種、 差異化原則，進(jìn)一步延伸發(fā)展種類數(shù)量繁多的煤化工下游深加工產(chǎn)品，使煤炭資源在更加廣 泛的化工領(lǐng)域替代原油。

3、在高瓦斯煤礦周邊區(qū)域則采用適度補(bǔ)充利用煤層氣，進(jìn)行“煤氣互 補(bǔ)，碳?xì)淦胶狻钡拿禾烤C合利用多聯(lián)產(chǎn)路線。關(guān)鍵技術(shù)中低溫干餡煤的干餾也稱作煤的熱解，是指煤在隔絕空氣條件下加熱至一定溫度所發(fā)生的一系列復(fù) 雜的物理、化學(xué)變化過程。根據(jù)干餾溫度的不同分為低溫?zé)峤?(500-650 C)、中溫?zé)峤?(650-800C)、高溫?zé)峤?900-1000C)。為得到更高產(chǎn)率的焦油和荒煤氣，低階煤分質(zhì)利用 通常采用中低溫干餾。國內(nèi)典型中低溫干餾技術(shù)路線是：將低變質(zhì)煤經(jīng)自然干燥，然后在熱解爐內(nèi)進(jìn)行炭化處理，600-800r條件下物料在隔絕空氣的炭化爐中發(fā)生脫水、干餾、裂解 等一系列反應(yīng)，產(chǎn)生荒煤氣、煤焦油和半焦。中低溫

4、熱解技術(shù)包括大連理工的DG技術(shù)、德國的LR工藝、美國的TOSCOAL工藝、直 立爐SJ工藝、國富爐工藝、日本煤炭快速熱解工藝、LCC(LFC)工藝、浙江大學(xué)的ZDL工藝、 濟(jì)南鍋爐廠的BJY工藝、中科院的町工藝、MRF工藝、天力多管回轉(zhuǎn)工藝、神霧旋轉(zhuǎn)床工 藝等。目前，雖然中低溫干餾技術(shù)種類多，但大多數(shù)處于技術(shù)開發(fā)或工業(yè)化示范階段，個別 技術(shù)雖然已實現(xiàn)工業(yè)化，但仍存在不同程度的環(huán)保、節(jié)能、運行成本高等問題。德國的LR工藝LR工藝是德國的Lurgi和美國的Ruhrgas兩公司聯(lián)合開發(fā)的一種有多種用途的固體熱載 體法工藝，處理原料包括煤、油頁巖、油砂和液體烴類。自20世紀(jì)40年代開始研究，首先 用于

5、煤干餾生產(chǎn)高熱值煤氣。煤的低溫干餾于1963年在前南斯拉夫Lukarac開始工業(yè)化， 原料為褐煤，處理能力為2X850t/d，所產(chǎn)褐煤半焦用作煉焦?fàn)t的混摻原料。至1983年世界 上已有4套大型生產(chǎn)裝置。該技術(shù)工藝流程主要是由提升管、熱載體收集槽、螺旋式混合器 和干餾反應(yīng)器組成的循環(huán)系統(tǒng)，雙螺旋式混合器是它的核心設(shè)備。LR工藝的優(yōu)點是產(chǎn)油率 高、能耗較低和設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡單。美國的TOSCOAL工藝Toscoal煤低溫?zé)峤饧夹g(shù)是美國油頁巖公司和Rocky Flats研究中心基于油頁巖干餾工藝 開發(fā)的，于1970年至1976年間在25t/d的中試廠先后對次煙煤、粘結(jié)性煙煤進(jìn)行了試驗。主要流程：粉碎好的

6、干煤在提升管內(nèi)用來自瓷球加熱器的熱煙道氣預(yù)熱，預(yù)熱煤在熱解 轉(zhuǎn)爐中和熱瓷球接觸，受熱并發(fā)生分解，產(chǎn)生半焦和烴蒸汽，半焦在回轉(zhuǎn)篩中與瓷球分離并 排出，瓷球與半焦分離后進(jìn)入提升管被提升、加熱，加熱器燃料為該工藝自產(chǎn)的煤氣或燃料 油，熱瓷球加熱后循環(huán)使用。美國的LFC工藝LFC熱解提質(zhì)工藝由美國SGI公司1987年研發(fā)(隨后殼牌礦業(yè)公司(SMC)加入共同研發(fā))， 現(xiàn)為MR&E，Ltd.公司擁有。LFC熱解提質(zhì)工藝是以低階煤提質(zhì)為目的，生產(chǎn)液體燃料和固 體燃料。本工藝采用懷俄明州的懷俄達(dá)克次煙煤為原料，將煤篩分成3mm-50mm，由給煤 機(jī)將煤加入到裝置的上部，并進(jìn)入干燥爐。在干燥爐和熱解爐中，有1個

7、細(xì)格子的轉(zhuǎn)鼓，將 上部落下來的煤與下部吹上來的循環(huán)加熱氣體形成對流并進(jìn)行混合。對干燥爐內(nèi)的溫度和停 留時間進(jìn)行調(diào)節(jié)，以僅脫出原料水分。干燥后的煤進(jìn)入反應(yīng)爐里，并在爐中約540C下熱解。 根據(jù)生成物的特性，對加熱速度和時間進(jìn)行控制。物料離開反應(yīng)爐后，在臥式回轉(zhuǎn)窯里被急 冷的半焦進(jìn)入貯存容器里。這種半焦易產(chǎn)生粉塵，而且易吸附水分。為此，SMC公司開發(fā) mc添加劑，可以防止粉塵飛揚和吸附水分。1992年第一座示范廠（ENCOAL工廠）在科羅拉多州的吉勒特市附近建設(shè)完成并投產(chǎn)運行。 該示范廠得到了美國能源部清潔煤技術(shù)示范項目的支持，采用波德河煤田生產(chǎn)的次煙煤，處 理能力1 000t/d。該工藝固體產(chǎn)品

8、PDF（即半焦）發(fā)熱量比原煤提高50%，所得半焦燃燒穩(wěn)定 性好，且沒有自燃的問題。采用伽（粉塵抑制劑，可有效地抑制微粉塵的量，添加半焦質(zhì)量 的0. 2%，可以使微粉塵的量降低到10%以下。通過該工藝，還得到液態(tài)產(chǎn)品CDL（煤焦油）， 該工藝以低階煤提質(zhì)為目的，CDL產(chǎn)率并不高。工廠通過近5年的運行，對LFC熱解提質(zhì)工 藝進(jìn)行了完善，成功生產(chǎn)出新燃料產(chǎn)品，完成了燃燒應(yīng)用。2006年開始與中國大唐華銀發(fā) 電股份有限公司合作。俄羅斯的3TX（ETCh）-175工藝3TX（ETCh）-175工藝是由俄羅斯開發(fā)的固體熱載體粉煤干餾技術(shù)，建有處理能力為4t/h 和6t/h的中試裝置。4t/h的中試裝置建在

9、加里寧，進(jìn)行了多灰煤、多硫煤、褐煤及泥煤試 驗。在克拉斯諾雅爾建成了處理175t/h的3TX-175（即ETCh-175）工業(yè)化裝置。褐煤經(jīng)破碎后， 用煙道氣干燥。干燥粉煤再在氣流式預(yù)熱器中預(yù)熱。預(yù)熱的粉煤與固體熱載體相混合，達(dá)到 熱解溫度進(jìn)行熱解。熱解室中析出的油、煤氣經(jīng)除塵后冷凝分離，得到焦油、輕質(zhì)油和煤氣。 裝置系統(tǒng)中生成的多余的半焦從熱解室排出，回收熱量后作為電站燃料。裝置能量（考慮電、 蒸汽及產(chǎn)品凈化能耗）效率為83%-87%。干餾產(chǎn)品也用于其他方面，比如小于0.05m的半焦 細(xì)粉可代替工業(yè)炭黑作為橡膠制品及熱塑性塑料的填充劑；0.05mm-0.25mm的炭粉（熱值為 27.24MJ

10、/kg）可作為電站、高爐和其他爐的燃料；大于0.25mm的細(xì)粒半焦，用來凈化電站和 其他工廠的含油廢水，以代替昂貴的吸附劑，其煤氣熱值為20.95MJ/m3,作為能源、家用 和化學(xué)原料。焦油分離得到燃料油（汽油、柴油）、筑路瀝青、浸漬油、酚及同系物（包括酚、 甲酚、二甲苯酚、鄰苯二酚、間苯二酚、萘酚）、毗啶堿，還有一些芳香族碳?xì)浠衔锛捌?他物質(zhì)。焦油加氫煤焦油加工利用以加氫制備交通運輸燃料為主，通過加氫將煤焦油所含的金屬雜質(zhì)、灰 分和S、N、0等雜原子脫除，并將其中的烯烴和芳烴類化合物進(jìn)行飽和，生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良的 石腦油餾分和柴油餾分。一般煤焦油加氫后生產(chǎn)的石腦油S、N含量均低于50 ppm，芳

11、潛含 量均高于80% ；生產(chǎn)的柴油餾分S含量低于50 ppm，N含量均低于500 ppm，十六烷值均 高于35,凝點均低于-3550，是優(yōu)質(zhì)的清潔柴油調(diào)和組分。目前，加氫工藝主要有法國 的T-star技術(shù)、美國的Chevron LCFining技術(shù)、中國煤炭科學(xué)院的技術(shù)和中國石化撫順石 油化工研究院的技術(shù)。但目前的焦油加氫技術(shù)還不是很成熟，產(chǎn)品達(dá)不到車用柴油的質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)。焦油提酚酚類化合物是各種煤焦油中的主要組分之一，它不但含量較多，而且具有廣泛的工業(yè)價 值，例如由低沸點酚類（酚、甲酚、二甲酚等）可以制取合成樹脂、合成纖維、合成鞣料、染 料、炸藥、醫(yī)藥、香料等產(chǎn)品，具有較高分子量的雜酚類可以用

12、作浮選劑、殺蟲劑、殺菌防 腐劑、石油產(chǎn)品的抗氧化劑等，經(jīng)與醛類縮合所得的樹脂可做型砂粘合劑。酚類化合物的分離提取方法歸納起來主要有化學(xué)法和選擇溶劑抽提法。其中化學(xué)法主要 包括堿洗法、碳酸鈉溶液抽提法、硫氫化鈉溶液抽提法；選擇溶劑抽提法主要包括過熱水抽 提法、鹽類水溶液抽提法和醇類水溶液抽提法。另外還需要多級精餾，回收得到苯酚、工業(yè) 鄰位甲酚、二混甲酚（間對甲酚）、二甲酚等產(chǎn)品。目前低溫煤焦油精細(xì)化工路線發(fā)展仍然比較緩慢，主要原因是低溫煤焦油除酚類外其余 單體組分含量不超過1 %，大部分單體含量都在0.5%以下，進(jìn)行單體分離的效益不佳。煤熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)以低階煤熱解為基礎(chǔ)，進(jìn)行熱電氣多聯(lián)產(chǎn)，可以進(jìn)

13、一步實現(xiàn)煤炭資源的分級高效利用。 根據(jù)熱解工藝的不同，煤熱解多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)分為以流化床熱解為基礎(chǔ)的熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)、以 移動床熱解為基礎(chǔ)的熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和以焦熱載體熱解為基礎(chǔ)的熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。1）以流化床熱解為基礎(chǔ)熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)主要特點是：煤在流化床氣化爐中熱解和部分氣化，熱源為循環(huán)流化床鍋爐的循環(huán)熱灰 或半焦。煤首先進(jìn)入以蒸汽或循環(huán)煤氣為氣化介質(zhì)的流化床氣化爐后，與來自循環(huán)流化床燃 燒爐的高溫循環(huán)灰混合，進(jìn)行熱裂解或氣化。氣化后的煤半焦隨循環(huán)物料一起被送人循環(huán)流 化床燃燒室進(jìn)一步燃燼，所產(chǎn)生的水蒸汽用來發(fā)電和供熱。從氣化爐出來的高溫煤氣，經(jīng)煤 氣冷卻器冷卻，凈化器凈化，除去灰、焦油、水后變

14、成凈煤氣，可以作為冶金工藝用氣。在 凈化過程中可回收優(yōu)質(zhì)焦油、苯、酚等。目前國內(nèi)主要有浙江大學(xué)、清華大學(xué)、中科院過程 工程研究所等單位進(jìn)行以流化床熱解為基礎(chǔ)的循環(huán)流化床熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)研究開發(fā)。澳大利亞流化床快速熱解工藝澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院（CSIRO）自上世紀(jì)70年代開始研究開發(fā)了流化床快速熱 解工藝。煤粉用氮氣從加煤器通過管道噴入流化床熱反應(yīng)器，反應(yīng)器床層由0.3-1mm大小 的砂粒組成，液化石油氣和空氣燃燒形成的煙氣和電加熱器預(yù)熱的氮氣通過反應(yīng)器底部的分 布板進(jìn)入流化床，煤粉在熱解反應(yīng)器中快速熱解（停留時間小于0.5s），離開反應(yīng)器的氣體 通過溫度約350的高效旋風(fēng)分離器使大量半焦分離出來，氣體則經(jīng)過冷卻器進(jìn)入約80r的 電捕焦油器，分離出焦油并收集。我國中科院過程所研發(fā)的噴動載流床工藝與之類似。2）以移動床熱解為基礎(chǔ)的熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)其基本原理與以流化床為基礎(chǔ)的熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)相