煤热解技术研究与开发进展
兰玉顺;陈文文
【摘要】3 kinds of coal pyrolysis technologies are introduced,including process with gas heat carrier,e.g.COED process and LFC process of
USA,coal flash pyrolysis process and ECOPRO process of Japan,MRF process and pyrolysis process of moving bed with internals of
China;process with solid heat carrier,e.g.Toscoal process of USA,LR process of Germany,ETCH-175 process of the former Soviet Union and DG process of Dalian University of Technology;process without heat
carrier,e.g.regenerative rotary bed pyrolysis process of Beijing Shenwu Co.,Ltd.These processes are compared and analyzed from the aspects of process flow,technical characteristics and industrial application,and also
the development trend of the technology is put forward.%介绍了国内外3
种类型的煤热解技术,其中:气体热载体工艺包括美国的COED工艺、LFC工艺、日本的粉煤快速热解工艺、ECOPRO工艺、我国的MRF工艺和内构件移动床热解
工艺等;固体热载体工艺包括美国的Toscoal工艺、德国的LR工艺、前苏联的ETCH 175工艺和大连理工大学开发的DG工艺等;无热载体工艺即神雾科技集团
股份有限公司开发的无热载体蓄热式旋转床热解工艺.主要从工艺流程、技术特点、工业化应用等方面,对这些工艺进行了分析,并指出了煤热解技术的发展趋势.
【期刊名称】《煤化工》
【年(卷),期】2017(045)002
【总页数】6页(P66-70,18)
【关键词】煤热解;热载体;蓄热式;旋转床;煤气;半焦
【作者】兰玉顺;陈文文
【作者单位】北京华福工程有限公司,北京100015;北京华福工程有限公司,北京100015
【正文语种】中文
【中图分类】TQ530.2
传统煤化工技术存在煤炭利用方式粗放、能耗高、污染重的弊端，而煤热解技术具有能源转化效率高、水耗少、污染小等优点，可以有效克服传统煤化工的技术缺陷。按《煤炭清洁高效利用行动计划（2015—2020年）》的要求，应提倡低阶煤提
质技术的研发，鼓励建设百万吨级大规模煤热解工业示范装置，实现热解装置规模化、多联产、典型化，提高我国低阶煤清洁高效梯级利用的水平，实现煤化工产业的优化升级和绿色发展。煤通过热解可生成气体（煤气）、液体（焦油）、固体（半焦）3种形态的产品[1]。煤热解技术的分类按加热介质的不同，可分为气体
热载体法（高温热烟气、煤气或惰性气为热载体）、固体热载体法（半焦、热灰、陶瓷球等为热载体）和无热载体法（辐射传热或微波加热）。
现今煤热解技术种类繁多，其工业化进展程度也各有不同。按加热介质的不同，现对国内外几种典型煤热解工艺的原理、特点及工业化程度进行介绍。
典型的气体热载体工艺有美国的COED（Char Oil Energy Development）工艺、LFC（Liquid from Coal）工艺、日本的粉煤快速热解工艺、ECOPRO（Efficient Co-production with Coal Flash Partial Hydropyrolysis Technology）工艺、
我国的MRF工艺和内构件移动床热解工艺。
1.1 COED工艺
COED工艺[2]由美国食品机械公司（FMC）与OCR（Office of Coal Research）联合开发，设备主体为低压多段流化床反应器，反应器分4段。破碎至2 mm以
下的原煤在Ⅰ段反应器中，由流化气体预热至合适温度，依次进入各段反应器，发生热解反应，煤粉与各反应器产生的煤气对流，将煤气流化。从第Ⅳ段反应器底部通入的水蒸气和氧气与部分半焦发生燃烧反应，产生的热煤气为热载体，将一部分高温煤气送入前三段反应器内，加热煤粉进行热解反应。由第Ⅱ段反应器产生的热解气经净化加工，制得产品气和合成粗油。
该工艺显著特点为分级热解和负压运行，最大程度削弱了热解产物的二次反应，热效率高，可达90%，焦油产率11.2%～21.9%，热解气产率5%～10%。采用该
工艺，可将煤破碎至较细尺寸，细焦粒与焦油分离困难，且流程复杂，难以维持各段反应器的平衡，较难工业放大。该工艺的工业示范规模为550 t/d。
1.2 LFC工艺
LFC工艺由美国SGI公司和SMI公司联合研发[3]，属于轻度热解工艺。破碎至合格粒度（3 mm～50 mm）的原煤经干燥后，在热解炉内发生热解反应，从热解
炉中出来的固体在激冷盘、旋转冷却器中冷却至常温，之后进入精制反应器精制，得到固体产品PDF（Process Derived Fuel）。为了有效抑制粉尘飞扬和吸附水分，添加了MK粉尘抑制剂。从热解炉中出来的气体经除尘冷却后，进入静电捕
集器，收集得到液体油CDL（Coal Derived Liquids）。经捕集CDL后的气体分
两部分：一部分进入热解燃烧炉作为燃料，另一部分进入干燥燃烧炉，产生的烟气和干燥炉中循环回来的一部分烟气一起作为干燥炉的干燥热源。
该工艺将低阶煤热解，得到固体PDF和液体CDL两种产品。1 t原煤可产出0.5 t 固体产品（PDF）和0.5桶（约64 kg）液态产品（CDL）。但该工艺复杂，操作水平、控制水平要求高；热解气热值低，系统热量无法平衡，需额外补充30%的
热量。ENCOAL集团采用该工艺，于1992年建成了处理能力1 000 t/d的示范
装置（ENCOAL工厂），2012年大唐华银公司与中国五环工程有限公司合作建成了30万t/a的示范装置。
1.3 日本粉煤快速热解工艺
日本粉煤快速热解工艺的反应器包含两段气流床，实现了煤热解与半焦气化的技术耦合[4]。原料煤经干燥并磨到有80%小于0.074 mm后，进入热解反应器，再被气化反应器产生的高温煤气加热，发生快速热解反应，热解反应器中的气、固两相同时向上流动，进入高温旋风分离器，分离出来的粗煤气经冷却、净化处理后，得到煤气、焦油和苯类等产品。分离后的半焦一部分返回气化反应器，剩余部分冷却后，作为半焦产品。
该工艺将热解与气化反应集中在同一反应器中的不同阶段进行，节约了空间，使设备结构紧凑，但加压条件增大了设备成本。1 t高挥发分原料煤经快速热解，大致
可得到1 000 m3热值为17.87 MJ/m3的煤气，半焦产率为25%（基于原料煤），焦油产率为7%（基于原料煤），同时副产35kg苯类产品。日本于1998年建成
了100 t/d的中试装置。
1.4 ECOPRO工艺
ECOPRO工艺[5-6]由日本新日铁公司开发，是一种粉煤部分加氢快速热解技术。该工艺反应器由下部的部分氧化气化反应器和上部的部分加氢热解及重整反应器组成。破碎至粒径小于50 μm的煤粉进入下部反应器，与上部热解反应器产生的由半焦热回收器送来的半焦混合，以氧气和水蒸气为气化剂，在1 500℃～1 600℃、2.5 MPa下发生气化反应，产生富含CO和 H2的合成气，液态排渣。上部反应器加氢热解所需的热量由下部气化产生的高温合成气提供，瞬间完成热解反应。热解产生的半焦全部返回反应器下部进行气化，热解产生的气体经净化后，一部分作为富氢气体，进入部分加氢热解反应器，提供氢源，另一部分作为合成气产品（H2
与CO体积分数可达78%，热值为12560 kJ/m3），净化冷却后得到的轻油作为
液体产品。
该工艺的特点是耦合了气化和热解技术，在气化产生的富氢气体气氛下，进行快速热解反应，产生的焦油轻质组分可高达90%，系统的能源转化效率为88%。该技术的研究始于1996年，日本新日铁公司于2008年建成了20 t/d的中试装置。1.5 MRF工艺
MRF工艺[7]由煤炭科学研究院有限公司煤化工分院开发，设备主体是3台串联的卧式回转炉。破碎至一定粒度的原煤（6 mm～30 mm）在干燥回转炉内，被热
烟气直接接触干燥后，由炉外的高温烟气间接加热，提供热解热量，于550℃～750℃下，在热解炉中发生热解反应，避免了荒煤气被其他气体稀释。热解产生的荒煤气经冷却、分离净化后，得到煤气和焦油产品，半焦经冷却后，得到固体产品。MRF工艺的特点：（1）干燥炉的加热采用内热式，即热解炉排出的热烟气与煤料逆向接触换热，原煤脱水率不小于70%，极大简化了含酚废水处理系统；（2）热解炉为间接加热，避免了煤气被其他气体稀释，煤气品质好；（3）加热炉的燃料种类灵活性高，可为固体或气体，也可二者混合使用。该工艺半焦、焦油的产率分别为69.3%、2.5%（基于干热解煤），缺点是热效率低、粉尘易沉积和堵塞。该
工艺的最大规模为20世纪90年代初在内蒙古海拉尔建成的5.5万t/a示范装置。
1.6 内构件移动床热解工艺
内构件移动床热解工艺由中科院过程工程研究所开发。其工艺原理为在热解反应器的含碳物质充填层中，设置若干传热性能好、耐高温的板式内构件，至少内构件的一端或一侧与热解反应器的高温或加热壁面紧密接触，另一端直接与含碳物质接触，热量由高温反应器的边壁快速传向内构件，从而经内构件快速加热含碳物质，板式内构件壁面与含碳物质间构成间隙，提供热解气相产物的排出通道。
该工艺的特点为，通过强化高温向低温的煤层逐级加热和实现热解气由高温向低温的定向流动，显著提高了热解油产率和品质，焦油收率可达葛金焦油收率的80%，
轻质组分质量分数在70%以上，可以处理0～10 mm的非黏结性碎煤和油页岩。中国科学院过程工程研究所于2013年设计并建成了煤处理量1 000 t/a的中试装置，目前正与山西临汾永荣实业公司合作建设40万t/a的内构件移动床煤热解示
范项目。
典型的固体热载体工艺有美国的Toscoal工艺、德国的LR工艺、前苏联的
ETCH-175工艺和大连理工大学开发的DG工艺。
2.1 Toscoal工艺
Toscoal工艺由美国油页岩公司和Rocky Flates研究中心开发[8-9]。粉碎至粒度小于6 mm的原煤在提升管中被热烟气预热，经旋风分离后，在热解反应器中，
与热瓷球混合，于约500℃下发生热解反应。产物进入回转筛中进行分离，分离
后的热半焦经冷却，得到半焦产品，热解气经冷凝分离，得到煤气和焦油，瓷球在提升管、加热器中，分别被提升、加热后，又返回热解反应器中，作为固体热载体循环使用。
该工艺采用转筒式热解反应器、瓷球作热载体，优点是加热速度快、产油率高等，但存在系统热效率低、设备复杂、维修量大的问题。由于瓷球的频繁加热和使用，其耐磨性降低，可影响其加热效果和使用寿命，另外瓷球易黏聚黏结性煤，因而不适用于黏结性煤。该工艺的最大规模为1982年建成的6.6万t/a的工业示范装置。
2.2 LR工艺
LR工艺由德国鲁奇（Lurgi GmbH）公司和美国鲁尔（Ruhrgas AG）公司联合开发[10-11]。粉碎至5 mm以下的原煤由干燥提升管提升到煤仓，经螺旋给料器送入导管，在冷煤气的气流作用下，进入热解反应器，与上部加入的热半焦机械搅拌后，于480℃～590℃下进行热解反应。产生的气体挥发物经除尘及冷却分离，得到煤气和焦油产品，产生的半焦一部分经加热提升管，送入收集槽作为热载体循环使用，剩余作为半焦产品。
该工艺以自产半焦为热载体，采用粉煤进料，具有设备结构简单、热解时间短、反应器处理能力大、焦油收率高、系统热效率高等优点，主要缺点是焦油含尘量高，分离及后续加工难度大；煤和热半焦采用机械搅拌方式进行混合，对设备抗磨损性能有较高要求。该工艺的最大规模为1963年在前南斯拉夫建成的2套800 t/d的工业装置。
2.3 ETCH-175工艺
ETCH-175工艺是由前苏联开发的粉煤快速热解工艺[12]。原料煤粉碎后，进入气流式干燥提升管中，用热烟气预热至100℃～120℃，经旋风分离后，与半焦加热提升管送来的热半焦混合，之后于600℃～650℃下，在反应器内发生热解反应，产生的气体经净化处理，得到煤气和焦油产品，产生的半焦一部分重新回到提升管中，加热后，送入旋风混合器，作为固体热载体循环使用，剩余半焦作为产品。该工艺具有设备结构简单、热解时间短的优点，系统能量效率可达83%～87%。缺点是以烟气作为干燥粉煤的热源，煤热解产生的气体产物被烟气稀释，煤气品质下降，增大了气体分离净化系统的复杂性和能耗。该工艺的最大规模为在克拉斯诺雅尔建成的4 200 t/d的工业化装置。
2.4 DG工艺
DG工艺是由大连理工大学开发的一种褐煤固体热载体热解多联产工艺[13-14]。原煤破碎至6 mm以下，在提升管中,由550℃热烟气干燥后，进入旋风分离器，分离后的干煤和经加热提升后循环利用的热半焦混合，于550℃～650℃在反应器中发生热解反应。产生的半焦一部分经加热提升后，作为固体热载体循环利用，剩余部分冷却后，作为半焦产品。产生的气体挥发物经分离净化后，得到煤气和焦油产品。
该工艺具有煤气热值高、热解废水量少等优点，但气固分离系统复杂，且半焦颗粒与焦油易在旋风分离器内壁冷凝黏结。2011年神木富油能源科技有限公司采用该
工艺，建成单套60万t/a的工业装置。
无热载体工艺[15-16]是由神雾科技集团股份有限公司开发的低阶煤热解新技术，
其关键技术是旋转床本体和蓄热式辐射管燃烧技术。与现有国内外各种热载体热解工艺不同，其热解反应所需热量由蓄热式辐射管提供，利用高温空气燃烧技术，燃烧器燃烧产生的烟气余热被蓄热体达到近乎极限回收，回收热量用于预热空气，排出的烟气温度低于150℃，辐射管燃烧器的热效率可达90%以上，其工艺流程示
意图见图1。
原煤预处理单元中，原料煤经破碎、筛分、干燥后，粒度为10 mm～100 mm的煤块进入旋转床，进料口有专门设计的布料机，使煤块均匀分布于旋转料床上，料床随炉底机械转动，煤块随床底作整体平面圆周运动，料床上的煤块不运动、不翻滚、不搅动，煤块之间没有相对运动，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，通过炉床上下的辐射管管壁辐射加热物料，物料依次经过旋转床的各个反应温区，在500℃～750℃（根据需要选定）下，发生热解反应，生成气态产物和提质煤。从炉侧多个出口，气态产物经冷却排出，汇集后送往油气分离系统进行处理，分离出热煤气和焦油，热煤气经净化后，得到净煤气和副产品硫磺、硫铵和粗苯。提质煤由出料装置卸出炉外，经冷却熄焦，得到半焦产品。
该工艺的特点及优势为：（1）对原料煤的粒度、机械强度、热稳定性、结焦性等指标要求低；（2）通过优化配置不同区域的辐射管燃烧器的功率、数量，调节旋转床的转动速度，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灵活调节；（3）没有热载体、热解气和燃料烟气隔离，解决了热解气的品质难题，煤气中H2、烃类气体、CO等有效气的体积分数达80%以上，可作为合成气制高附加值化工品；（4）系统能源转化效率可达86%以上，采用蓄热式辐射管燃烧器，无需传统热载体，低成本的低热值煤气即可作燃料，热效率可达90%以上，能耗低于其他热解工艺；（5）旋转床热解规模大，单炉处理能力可
达100万t/a，并可应用于钢铁、电力、电石等行业，突破了传统行业的技术瓶颈。该技术目前已应用于电石行业，实现了传统电石行业的技术创新。
每种热解工艺具备不同的特点，从热载体类型、进料粒度、焦油和煤气产率、工业化程度等方面，对典型的热解工艺进行了综合分析（见表1）。
从工艺技术分析可知：
（1）气体热载体工艺存在的主要问题为：（a）内热式工艺热解气中夹带粉尘颗粒，降低了焦油品质，且易造成管道堵塞；（b）外热式工艺热效率低；（c）以
热烟气作为热载体的工艺，由于热解气被热烟气稀释，热解气品质低，后续分离净化系统复杂，经济性不高。
（2）固体热载体工艺存在的主要问题为：（a）原煤进料粒度很小，焦油中夹带
半焦颗粒，焦油品质较低，不利于净化处理；（b）通过机械搅拌，使煤粉与热载体混合均匀并进行热传递，能耗大，且对设备抗磨损性能要求高；（c）与煤粉进
行热传递前，需对热载体加热升温，燃料消耗量大，因而系统的热效率较低。（3）与传统热载体工艺相比，无热载体工艺具有原料适应范围广、热解气品质好、能耗低等优点，为我国低阶煤的清洁高效利用提供了很好的解决方案。
目前，国内外传统的低阶煤气体热载体和固体热载体热解工艺大多处于试验或示范性装置运营阶段，未实现大规模运行，主要有两大原因：第一，焦油含尘量高，后续加工处理难度大，且焦油和半焦颗粒易黏附在分离设备上，影响系统的长周期运行；第二，热解工艺较复杂，规模放大和操作稳定性方面存在问题。根据国内外近年来热解技术的现状来看，煤热解技术的发展趋势如下：
（1）应实现热解装置大型规模化：目前我国煤热解装置处理能力普遍较小，有的为处于实验室研发阶段，有的处于中试阶段，有的为在建示范装置，未来应进行工程规模化放大，建设单系列百万吨级的大型热解装置。
（2）应实现热解初级产品的深加工，延伸产业链：目前我国多数煤热解装置还处
于单纯热解阶段，半焦、焦油产品未实现下游深加工，煤气未进行有效利用，系统的能源利用效率较低，应提倡焦、油、气产品的深加工及热解与其他行业如钢铁、电力的耦合，实现低阶煤的清洁高效梯级利用。
（3）应实现热解装置典型化：选择自动化程度高、安全可靠、操作性能好、技术指标先进的工艺技术，搞工业化建设，避免盲目无序发展，提高我国煤热解技术的整体水平。
【相关文献】
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我国低阶煤热解提质技术进展 低阶煤是指煤化程度比较低的煤( 一般干燥无灰基挥发分＞20%) ，主要分为褐煤和低煤化程度的烟煤。 褐煤包括褐煤一号( 年轻褐煤) 和褐煤二号( 年老褐煤) 2类，约占我国煤炭探明保有资源量的13%，主要分布于内蒙古东部和云南，少量分布于黑龙江辽宁山东吉林和广西等地区，近年发现新疆等区域亦赋存褐煤。 低煤化程度的烟煤包括长焰煤、不黏煤和弱黏煤，约占我国煤炭探明保有资源量的33%，主要分布于陕西、内蒙古西部和新疆，其次为山西、宁夏、甘肃、辽宁、黑龙江等地区，吉林、山东和广西等地区少量赋存。 褐煤全水分高达20%～60%，收到基低位发热量一般为11．71～16．73MJ/kg 。由于高水分，高含氧量，低发热量，再加上褐煤易风化和自燃的特性，其不适合远距离输送，应用受到很大限制。 低煤化程度的烟煤原煤灰分一般低于15%，含硫量低于1% 鄂尔多斯盆地不黏煤和弱黏煤为特低硫-低硫特低灰-低灰煤。 国家能源科技十二五规划将褐煤/低阶煤提质改性技术和中低温煤焦油制清洁燃料及化学品关键技术列为重大技术研究计划，研究具有自主知识产权的、适应性广的褐煤/低阶煤提质改性技术与工艺，针对中低温干馏焦油开发提取化学品及加氢制清洁燃料先进技术，低阶煤热解提质迎来了一次良好的发展机遇。 1 热解提质技术发展历程 (1) 我国煤热解技术的自主研究和开发始于20世纪50年代，北京石油学院( 现为中国石油大学)、上海电业局研究人员开发了流化床快速热解工艺并进行10t/d规模的中试; 大连工学院( 现为大连工工大学) 聂恒锐等人研究开发了 辐射炉快速热解工艺并于1979年建立了15t/d规模的工业示范厂; 大连理工大学郭树才等人研究开发了煤固体热载体快速热解技术，并于1990年在平庄建设了5．5万t/a工业性试验装置，1992年8月初投煤产气成功; 煤炭科学研究总院北京煤化学研究所( 现为煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院) 研究开发了多段回转炉温和气化工艺，并于上世纪90年代建立了60t/d工业示范装置，完成了工业性试验后续国内又涌现出的代表性工艺有浙江大学循环流化床煤分
我国低阶煤热解提质技术研究现状及未来发展趋势 近年来，我国低阶煤热解提质技术研究逐步发展，目前已取得了一定的进展。这些技 术不仅可以提高低阶煤的能源利用效率，还可以降低环境污染，具有较好的经济效益和社 会效益。本文将介绍我国低阶煤热解提质技术研究现状及未来发展趋势。 一、现状 1.低温干馏技术 低温干馏技术是低阶煤热解提质技术中的一种重要方式，其通过在不加压的条件下让 低阶煤在较低温度下分解，从而得到较高质量的煤制品。目前国内已有几个低温干馏试验 装置，包括华能集团的华润煤化工研究院、山西煤化工研究院等。这些试验装置主要用于 对各种粉煤、褐煤等低阶煤进行干馏试验和产品制备试验，部分产品已得到广泛应用。 2.高温煤浆气化技术 3.热解提质联合生产技术 热解提质联合生产技术是一种将低阶煤热解提质和化工产品生产有机结合的新型技术。这种技术的实现需要专业的联合生产技术、丰富的原料资源、高水平的技术人才以及完善 的市场、政策等多方面的支持。目前国内已有几家企业在推进热解提质联合生产技术的研 发和应用，如陕西天成煤化工有限公司。 二、未来发展趋势 1.技术创新 未来我国低阶煤热解提质技术研究的主要方向是技术创新。这方面的创新包括提高产 品质量、减少能耗和环境污染等方面，以使低阶煤的利用更加高效、环保和经济，同时推 进低阶煤的清洁高效化利用。 2.产业化推广 低阶煤热解提质技术不仅需要技术创新，还需要产业化推广。这需要各产业链上的企 业合作推进技术在实践中的应用与更新；同时，需要政府制定相关的政策支持，并加强监管，保障技术的推广与应用。 3.国际合作 国际合作是推动我国低阶煤热解提质技术发展向前的重要手段。加强与国际知名企业、院所和高校的合作，建立产学研一体化的平台，可以有效地推广先进技术和理念，提升我 国低阶煤热解提质技术的国际竞争力，实现技术的双向流动。通过国际合作，我国低阶煤
我国低阶煤热解提质技术现状及研究进展 一、引言 低阶煤是一种质量较差、热值低的煤炭资源，占据了我国煤炭资源的绝大部分。然而，低阶煤在燃烧和利用过程中存在着许多问题，如高含灰量、高含硫量、易发生自燃等，对环境造成了严重污染。为了充分利用这些资源并减少对环境的影响，我国近年来加大了对低阶煤热解提质技术的研究力度，取得了一系列研究成果。本文将对我国低阶煤热解提质技术的现状及研究进展进行全面评估和探讨。 二、低阶煤热解提质技术现状 1. 低温干馏提质技术 低温干馏是一种对低阶煤进行热解处理的技术，通过对低温下的热解过程进行控制，实现低阶煤中有机质的裂解和提质。该技术在我国早期被广泛应用，但由于设备简单、成本低、能够有效处理一些低级煤种等优点，目前仍在一些地区得到应用。 2. 高温高压条件下的热解技术 随着煤炭加工技术的不断发展，高温高压条件下的热解技术逐渐受到重视。在高温高压条件下，低阶煤中的有机质能够更充分地裂解，提质效果更加显著。这种技术相较于低温干馏技术，虽然设备投入和运
行成本较高，但能够得到更高品质的煤炭产品。 3. 生物质共热解技术 生物质具有较高的固定碳含量和较低的硫、磷等杂质含量，可以作为优质的热解剂。通过生物质与低阶煤的共热解，不仅可以提高低阶煤的质量，还可以减少环境中的二氧化碳排放量，是一种可持续发展的解决方案。 三、低阶煤热解提质技术的研究进展 1. 热解条件优化 近年来，研究人员通过实验和模拟等手段，对低阶煤热解过程中的温度、压力、反应时间等条件进行了优化，使得热解过程更加高效、节能。 2. 催化剂的应用 催化剂在低阶煤热解提质过程中发挥着重要作用。研究人员通过引入合适的催化剂，可以有效地降低热解温度，提高反应速率，从而实现低阶煤的高效提质。 3. 热解产品的利用 除了提高低阶煤的热值和质量外，研究人员还通过进一步对热解产物进行加工利用，生产出更多高附加值的化工产品、燃料等。
煤层气开发与利用技术研究进展 煤层气是一种被广泛开发和利用的清洁能源，具有丰富的储量和广泛的分布。 随着全球对清洁能源需求的不断增长，煤层气的开发与利用技术也得到了快速发展。 一、煤层气开发技术的进展 煤层气开发技术主要包括煤层气勘探、开采和提取等环节。 在煤层气勘探方面，传统的勘探方法主要依靠地震勘探和钻探技术，但这些方 法成本高、效率低。近年来，随着地球物理勘探技术的发展，如地震反演技术和三维地震勘探技术的应用，使得煤层气的勘探更加精确和高效。 在煤层气开采方面，传统的开采方法主要是煤层气抽采和煤层气热解。然而， 这些方法存在着煤层气资源浪费和环境污染等问题。为了提高煤层气开采效率和减少环境影响，煤层气开采技术也在不断创新。例如，利用水力压裂技术可以增加煤层气的产量，而利用CO2注入技术可以提高煤层气的采收率。 在煤层气提取方面，传统的提取方法主要是通过煤层气井将煤层气抽取到地面。然而，这种方法存在着煤层气井的建设和维护成本高的问题。为了降低成本和提高效率，煤层气提取技术也在不断创新。例如，利用水平井和多级压裂技术可以提高煤层气的产量和采收率。 二、煤层气利用技术的进展 煤层气的利用主要包括发电、供热和化工等领域。 在煤层气发电方面，传统的发电技术主要是燃煤发电和燃气发电。然而，这些 方法存在着煤炭资源浪费和环境污染等问题。为了提高发电效率和减少环境影响，煤层气发电技术也在不断创新。例如，利用煤层气联合循环发电技术可以提高发电效率，而利用煤层气气化发电技术可以减少污染物排放。
在煤层气供热方面，传统的供热技术主要是燃煤供热和燃气供热。然而，这些 方法存在着煤炭资源浪费和环境污染等问题。为了提高供热效率和减少环境影响，煤层气供热技术也在不断创新。例如，利用煤层气热泵供热技术可以提高供热效率，而利用煤层气直接供热技术可以减少能源损失。 在煤层气化工方面，传统的化工技术主要是燃煤化工和燃气化工。然而，这些 方法存在着煤炭资源浪费和环境污染等问题。为了提高化工效率和减少环境影响，煤层气化工技术也在不断创新。例如，利用煤层气合成油技术可以提高石油替代能力，而利用煤层气合成天然气技术可以减少天然气进口。 三、煤层气开发与利用技术的挑战与前景 煤层气开发与利用技术的发展面临着一些挑战。 首先，煤层气资源的分布不均匀。全球各地的煤层气资源储量和质量存在着很 大的差异，这给煤层气开发与利用技术带来了一定的困难。 其次，煤层气开发与利用技术的成本较高。煤层气开发与利用需要大量的投资 和技术支持，这对于一些发展中国家来说是一个巨大的挑战。 再次，煤层气开发与利用技术的环境影响较大。煤层气开发与利用会产生大量 的废水、废气和固体废弃物，这对环境造成了一定的影响。 然而，煤层气开发与利用技术仍然具有广阔的前景。 首先，煤层气是一种清洁能源，具有丰富的储量和广泛的分布。随着全球对清 洁能源需求的不断增长，煤层气的市场前景非常广阔。 其次，煤层气开发与利用技术的不断创新，可以提高能源利用效率和减少环境 影响。这将有助于推动煤层气的可持续发展。
国内外褐煤热解技术的应用及发展 褐煤是一类煤种，它在地壳中分布广泛，含水量高、低热值、灰分较高的特点使得其在现代能源消耗的大环境下变得更加重要。为了充分利用和开发褐煤这种资源，人们逐渐开发出了各种褐煤热解技术，以提高其热值、改善使用效果、减少环境污染。 一、国内褐煤热解技术的应用与发展 自上世纪50年代起，中国就开始尝试热解褐煤的技术， 经过多年的发展和改进，目前已形成了以热干法、分期分级热解法、水煤浆、热风气化等为主要代表的褐煤热解技术体系。其中，热干法是目前应用最广泛的一种技术，其原理是将经过破碎、筛分处理的褐煤块通过高温干燥、冷却等多段工序，分解出大量有机物质，并分离出水分、灰分等无机成分。 随着技术的不断发展，中国的褐煤热解技术也越来越成熟。江苏华电褐煤干法热解厂、内蒙古褐煤热解综合利用工程、鄂尔多斯市褐煤综合利用示范项目等一系列项目的建设，为全国褐煤资源的高效利用奠定了坚实的基础。 同时，中国在褐煤热解领域也取得了多项重大科技成果。如近年来发展起来的“煤岩顶板式煤浆泵送导流台阶热解工艺”，以其独特的热解方式，避免了煤浆在热解过程中粘壁和结块等问题，在节能、减排、安全性等方面均表现出非常明显的优势。
二、国外褐煤热解技术的应用与发展 相比于国内的热干法、热风气化等热解技术，国外的褐煤热解技术水平相对更加先进。主要表现在以下几个方面： 1、气固流化床热解技术 该方法利用高温气体对褐煤进行热解，具有热转化效率高、操作稳定、产品质量好等优点。该技术已在欧洲、美国等地进行应用，成为国际上流行的褐煤热解技术之一。 2、液态中温热解技术 该技术利用液态废物作为热解剂，完成对褐煤的热分解。同时，这种技术还具有减少二氧化碳排放、降低投资成本等优点。目前，德国、日本等国家已经对该技术进行了研究和应用。 3、热解气化联合技术 该技术将直接热解和气化过程相结合，从而实现对褐煤在一个系统内的高效转化。该技术被广泛应用于欧洲，是目前欧洲褐煤热解技术的重要组成部分。 总的来说，国内外褐煤热解技术各具特色，具有一定的优势和不足之处。随着技术的不断发展，相信各国在褐煤热解领域会继续取得更多的科技进步和创新成果，为全球气候变化等环境问题的应对提供更多的解决方案。
煤热解气化分质转化制清洁燃气关键技术研究结题报告 一、选题背景及意义 随着全球能源需求的不断增加，煤资源成为了最为重要的能源之一。然而传统燃煤方式所产生的废气、废水、固体废弃物等对环境产生了极大的污染，不符合可持续发展的理念。因此，对于煤的清洁利用已经成为当今社会发展的趋势。 以煤热解气化为代表的技术，可以将碳质燃料转化为清洁燃气，提高了燃料利用效率，减少了污染物排放，在推广应用中具有非常重要的意义。然而，煤热解气化等过程中会产生大量的气体组分，需要进行精细分离和制备，这就对煤热解气化分质转化制清洁燃气的关键技术提出了严峻的挑战。 因此，本研究旨在对煤热解气化分质转化制清洁燃气的关键技术进行探究和研究，为清洁能源的发展做出一定贡献。 二、研究内容 本研究主要包括以下内容： 1.煤热解气化过程中产生的气体组分特征的研究。 2.煤热解气化过程中气体组分的分质技术研究。 3.对煤热解气化分质转化制清洁燃气的关键技术进行研究。
4.探索煤热解气化过程中固体废弃物的处理技术。 5.煤热解气化分质转化制清洁燃气的应用研究。 三、研究方法 本研究将采用实验研究与理论探索相结合的方法，主要包括以下方面： 1.通过煤热解气化实验研究，得到不同气体组分的产生特征和 产量情况。 2.结合气相色谱等仪器，对煤热解气化过程中气体组分进行精 细分离和制备。 3.通过对煤热解气化分质转化制清洁燃气的关键技术进行研究，掌握其工艺流程和操作技术。 4.通过对煤热解气化废弃物进行研究，探索其可行的处理方式。 5.通过应用研究，验证该技术的可行性和实用性。 四、预期成果 本研究的主要预期成果如下： 1.煤热解气化过程中产生气体组分的特征与产量规律。
煤与生物质共热解的研究进展 1研究背景 目前，国内外对单独的煤或生物质热解气化研究都相对比较成熟，由于煤是由生物质经几千万年以上转换而得来的，研究表明，生物质特性和利用方式与煤炭有很大的相似性。如果能将两者热解过程有效地结合起来，实现生物质与煤的共热解，势必能扬长避短，得到更好的效果。热解是生物质与煤利用技术中具有共性的重要问题。 煤在500°C热解产物以焦炭为主；在500~650°C快速热解产物以焦油或生物油为主；在800~1100°C以可燃气为主。 影响生物质与煤热解过程及产物的因素有：①生物质或煤的物料特性；②热解终温的高低；③升温速率的快慢。生物质与煤的混合共热解，既能克服生物质能量密度低的问题，又能发挥生物质本身的特点，实现高附加值化工产品的富集。在对煤与生物质的热解研究中，目前对于催化热解机理，升温速率影响，混烧方式以及反应动力学进行了较多的研究，其中对于二者的混合共热解成为重要课题。 2生物质与煤共热解特性及动力学研究 目前，国内外对生物质与煤共热解研究主要在于二者的协同作用。对于协同作用问题，主要存在两种观点：一种认为生物质与煤共热解时存在协同作用；另一种是二者不存在协同作用 2.1 单独生物质和煤的热失重曲线比较. 图2-1[1]比较了生物质和煤的热失重曲线，可以看出，煤和生物质的DTG 曲线图中都出现了两个峰，也即脱水峰和脱挥发分峰。在50~200℃的低温阶段，煤和生物质都出现不同程度的脱水峰，这是由于煤和生物质本身都含有水分所致，物料所含水分越高，该段TG 曲线变化越明显。随着热解温度的上升，煤和生物质进入热解主要失重阶段。此段生物质的失重率急剧增大，且生物质的总热解转化率明显高于煤，这与两者的组成成分和分子结构有关。由于生物质与煤组成结构不同，其热解过程也大不相同。生物质是由纤维素、半纤维素以及木质素通过相对较弱的醚键(R-O-R)结合，其结合键能较小(380～420kJ/mol)，在较低的热解温度下就断裂。因此，成分中含有较多纤维素和半纤维素的玉米秸秆（CS）在220℃左右就已开始热解，并在540℃左右就已基本热解完毕。而成分中含有较多木质素的木屑（SD）的热解起始温度稍高于CS，在230℃左右开始析出挥发分，并在590℃左右就已基本热解完毕。煤主要是C=C 键(键能为1000kJ/mol)相连的多环芳香碳氢化合物构成的大分子芳香聚合物，分子结合较强，在较低温度下很难断裂，因此煤热解温度较高。从表2-1 工业分析可知，生物质的挥发分含量要远远大于煤。以上因素都可能导致生物质更高的总热解转化率。 从DTG 曲线来看，两种生物质的挥发分开始析出温度为在225℃左右，其最大热解峰温分别为340℃左右（CS）和370℃左右（SD）左右，两种煤的挥发分开始析出温度分别为350℃左右（LC）和440℃左右(MC)，其热解峰温分别约为470℃（LC）和580℃（MC）。煤的挥发分开始析出温度比生物质要高130~210℃，其主要热解阶段温度比生物质要高130~240℃。可见，生物质和煤的热解过程中主要热解阶段温度相差较大，当煤开始热分解时，生物质的大部分已经热解掉了。 因此，使两种物料在相同或相近的温度范围内共热解，生物质中富裕的氢才会尽可能有效的被煤利用而使两者共热解过程中发生协同效应。
煤化学工程在煤炭加工中的应用与研究进展 煤炭是我国主要的能源资源之一，其加工利用一直是煤炭工业的重要领域。而煤化学工程作为煤炭加工的核心技术之一，不断取得了重要的应用与研究进展。 一、煤化学工程的基本概念与研究内容 煤化学工程是研究煤的物理、化学和工程性质的学科，旨在通过对煤的结构与性质的认识，开发出高效、环保的煤炭加工技术。煤化学工程的研究内容涉及煤的热解、气化、液化等方面，以及煤的结构与性质分析、煤的改性与功能化等。 二、煤化学工程在煤炭加工中的应用 1. 煤的热解技术 煤的热解是指在高温下将煤分解为气体、液体和固体产物的过程。煤化学工程在煤的热解技术方面取得了重要的应用。例如，通过煤的热解可以得到煤焦油、煤气和焦炭等产品，其中煤焦油可以作为化工原料，煤气可以用于发电和城市燃气供应，焦炭可以用于冶金和化工等领域。 2. 煤的气化技术 煤的气化是指将煤在高温下与气体或氧化剂反应，生成合成气的过程。合成气可以作为燃料或化工原料，具有广泛的应用前景。煤化学工程在煤的气化技术方面进行了深入研究，开发出了多种气化工艺，如固定床气化、流化床气化和煤水浆气化等。这些技术可以有效地利用煤炭资源，减少环境污染。 3. 煤的液化技术 煤的液化是指将煤在高温、高压和催化剂的作用下转化为液体燃料的过程。煤化学工程在煤的液化技术方面也取得了重要的进展。通过煤的液化可以得到煤油、
柴油和液化煤等产品，这些产品可以替代传统的石油燃料，具有重要的经济和环保意义。 三、煤化学工程的研究进展 1. 煤结构与性质分析 煤的结构与性质分析是煤化学工程的基础研究内容之一。近年来，随着分析技 术的不断发展，研究人员对煤的结构与性质有了更深入的认识。例如，通过核磁共振技术可以揭示煤的微观结构特征，通过质谱技术可以分析煤的组分和结构。这些研究成果为煤化学工程的应用提供了重要的理论基础。 2. 煤的改性与功能化 煤的改性与功能化是指通过物理、化学或生物方法改变煤的结构和性质，使其 具有特定的功能。煤化学工程在煤的改性与功能化方面也取得了一系列的研究进展。例如，通过煤的热解和催化反应可以得到活性炭和炭纤维等材料，这些材料在环境治理和新能源开发等方面具有重要的应用前景。 总之，煤化学工程在煤炭加工中的应用与研究进展丰富多样。通过煤的热解、 气化和液化等技术，可以高效地利用煤炭资源，减少环境污染。同时，煤化学工程的研究也为煤的结构与性质分析、煤的改性与功能化提供了重要的理论基础。随着科学技术的不断发展，相信煤化学工程将在煤炭加工领域发挥更加重要的作用。
煤炭资源的煤炭热解与煤制气技术煤炭作为一种重要的能源资源，在现代工业发展中起到关键作用。 然而，传统的煤炭利用方式存在一些问题，如煤炭的高效利用以及对 环境的污染等。为了解决这些问题，煤炭热解与煤制气技术应运而生。本文将重点介绍煤炭热解与煤制气技术的原理、应用及前景。 一、煤炭热解技术 煤炭热解是指在高温（500-1000摄氏度）和缺氧（或无氧）条件下，将煤炭分解为气体、液体和固体产物的过程。这种热解过程可以利用 石油炼制过程的废气，或者通过专门设计的煤气化设备进行。 1. 煤炭热解的原理 煤炭热解的原理是将煤炭中的有机成分分解为可燃气体、焦炭和液 体产物。在热解过程中，煤炭中的挥发分子和焦油分子被释放出来， 而不可燃的矿物质则留在焦炭中。这种反应可以通过控制热解温度和 施加适当的压力来调节产物的比例。 2. 煤炭热解的应用 煤炭热解技术具有广泛的应用前景。首先，它可以将煤炭中的有机 物质转化为可燃气体，用于供热和发电。其次，通过热解后产生的焦 炭可用于冶金和化工行业。此外，煤炭热解还可以产生液体燃料，如 煤油和煤焦油，用于交通运输和化工领域。 3. 煤炭热解技术的前景
煤炭热解技术在能源转型和环境保护方面具有重要意义。它可以提 高煤炭利用效率，减少温室气体排放，并降低对环境的污染。此外， 煤炭热解技术还可以减轻对传统石油资源的依赖，并为煤炭行业带来 新的发展机遇。 二、煤制气技术 煤制气技术是指通过气化反应将煤炭转化为合成气的过程。合成气 主要由一氧化碳和氢气组成，可以作为燃料或原料用于化学工业的合 成反应。 1. 煤制气的原理 煤制气是通过将煤炭与氧气或蒸汽进行气化反应，生成一氧化碳和 氢气。气化过程需要高温和压力条件下进行，煤炭中的有机物质被转 化为可燃气体。反应过程可以分为两个阶段，首先是煤的干馏反应， 生成挥发分子；然后是气化反应，将挥发分子转化为一氧化碳和水蒸气。 2. 煤制气的应用 煤制气技术在化工和能源领域有广泛的应用。合成气可以作为燃料 供应给燃气锅炉、燃气轮机和内燃机等设备，用于供热和发电。此外，合成气还可作为合成氨、合成甲醇、合成液体燃料等化学原料进行加 工和转化。 3. 煤制气技术的前景
煤热解原理 煤热解是指煤在高温下分解为煤焦油、煤气和焦炭的过程。这一过程是通过将煤加热到高温，使其内部的化学键断裂，从而释放出各种化合物。煤热解是研究煤的结构和性质的重要手段，也是煤化学工业中重要的生产过程之一。 煤热解的原理是基于煤的组成和结构特点。煤是一种含碳化合物，其主要成分是碳、氢、氧和少量的硫、氮等元素。煤中的碳是其主要组成元素，占据了煤的大部分质量。当煤加热到高温时，其内部的化学键会发生断裂，从而产生各种气体和液体产物。 煤热解的过程可以分为两个主要阶段：干馏和蒸馏。在干馏阶段，煤中的挥发分开始被释放出来，形成煤气和煤焦油。煤气主要由一氧化碳、二氧化碳、甲烷等组成，而煤焦油则是一种具有复杂化学结构的液体。在蒸馏阶段，煤焦油继续分解，产生更多的煤气和焦炭。焦炭是煤热解的固体产物，其主要成分是碳。 煤热解的温度和反应时间对产物的分布和性质有重要影响。通常情况下，较低的温度和短的反应时间会产生较多的煤焦油，而较高的温度和较长的反应时间则会产生较多的煤气和焦炭。此外，煤热解的反应速率也会随着温度的升高而增加。 煤热解的产物具有广泛的应用价值。煤焦油可以用作涂料、沥青、染料、塑料等的原料，也可以通过进一步处理得到高附加值的化学
品。煤气可以作为燃料用于发电、供热等，也可以用于合成天然气、液化石油气等。焦炭是冶金工业中重要的还原剂和燃料，也可以用于制造电极、碳素材料等。 煤热解技术的发展与应用对于煤炭资源的高效利用和能源结构的优化具有重要意义。通过研究煤热解的机理和控制方法，可以提高煤热解的效率和产物的质量，减少对环境的影响。同时，煤热解也为煤炭资源的综合利用提供了新的途径和思路。 煤热解是一种重要的煤化学过程，通过加热煤使其分解产生煤焦油、煤气和焦炭。煤热解的原理基于煤的组成和结构特点，通过断裂化学键释放出各种化合物。煤热解的产物具有广泛的应用价值，对于煤炭资源的高效利用和能源结构的优化具有重要意义。煤热解技术的发展与应用是当前煤化工领域的研究热点，也是实现绿色低碳发展的重要途径之一。