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锅炉制造BOILER MANUFACTURING第1期2021年01月No. 1Jan.2021煤的梯级利用工艺路线介绍和煤热解技术对比Introduction of coal cascade utilization technology andcomparison of pyrolysis technology in coal洪超，王桔（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046）摘要:煤炭作为国内未来较长时间内的主要能源消费来源，煤的梯级利用可以实现低阶煤的环保、经济和高效利用，本文介绍了几种国内典型的煤梯级利用工艺路线，从工艺流程、工业化进程、技术特点和经济效益等方 面进行阐述，对比各工艺路线的核心热解技术，并对以后的技术发展方向提出展望。
关键词:煤的梯级利用;热解;煤气;焦油;半焦中图分类号：X7 文献标识码：B 文章编号:CN23 -1249（2021 ）01 -0040 - 030引言长期以来，我国的能源消费都是以煤为主，根 据国家统计局公布数据,2019年全年能源消费总量中煤炭消费总量增长1-0%,占比57.7%,占比相比去年下降1.3个百分点。
近年来随着清洁能源和新能源技术的不断发展，煤炭能源比例虽逐 年下降,消费总量却逐年增加，煤炭在较长时间内仍将占据能源消费主导地位。
根据中科院公布数据，截至2019年，国内已探明原煤储量10077亿吨。
其中低变质烟煤、褐 煤等低阶煤占煤炭储量的50%以上，其挥发分高、含水量高、热值低等特点决定了常规的直接燃 烧或者气化等利用方式存在效率低、氮硫氧化物等污染物排放量大等缺点⑴。
随着技术的发展 和市场的需求，形成了如直接发电、液化、完全气化、干燥提质和煤的梯级利用等多种典型的低阶 煤利用技术路线⑵。
1低阶煤的梯级利用煤的梯级利用技术主要是通过热解分质、梯 级延伸加工，实现各级产物的梯级利用、吃干榨尽，具有资源利用率高、热能效率高、利于环保等 优势。
煤炭的分类及用途是煤炭是一种地球资源丰富、广泛应用的化石燃料。
根据不同的成因、组分和特性，煤炭可以被分为多个不同的分类。
下面将详细介绍煤炭的分类及其主要用途。
一、煤炭的分类1. 褐煤：褐煤是一种煤质较低的煤炭，含有高量的水分和低热值。
主要成因是由于植物在形成过程中未经过完整的压实作用。
褐煤存在于德国、波兰、中国等地。
其含水率高达60%，热值较低，主要用途是作为燃料和原料供应给化工行业。
2. 烟煤：烟煤是一种煤质较高的煤炭，具有较高的热值。
它是在较高温度和压力下由植物化石转变而成的。
烟煤以其高热值和较低的灰分含量而闻名。
该种煤炭多存在于中国、澳大利亚、俄罗斯等国家。
烟煤主要用于发电、炼焦和冶金工业。
3. 无烟煤：无烟煤是一种煤质更高、热值更高的煤炭。
与烟煤相比，无烟煤的挥发分和灰分含量更低。
因其含硫量较低，燃烧时不会产生浓烟。
无烟煤主要存在于中国、俄罗斯、印度等国家。
它是热电厂、钢铁和化工行业的重要燃料。
4. 肥煤：肥煤是一种灰分含量较低、镜面光泽度较高的煤炭。
肥煤主要存在于中国、澳大利亚、美国等地。
它是冶金、化工和液化气行业的重要原料。
肥煤由于含水率较高，适合直接燃烧和加工成为各种燃料。
5. 煤矸石：煤矸石是矿山和选矿中的废弃石头和煤炭碎屑。
它通常包含较低质量的煤和碳化物，但热值较低。
煤矸石通常在选矿过程中被丢弃，但可以通过进一步的处理和利用变成有用的燃料。
二、煤炭的主要用途1. 发电：煤炭是全球最重要的发电燃料之一。
通过燃烧煤炭，可以产生蒸汽来驱动发电厂的蒸汽涡轮机，产生电能。
煤电厂广泛分布于世界各地，特别是中国、美国和印度等国家。
烟煤和无烟煤是常用于发电的煤种。
2. 冶金工业：冶金工业主要依赖于焦炭，以提供高温源来熔化金属。
烟煤是冶金工业的关键原料之一，通过炼焦过程将其转化为焦炭。
焦炭广泛用于钢铁生产中的高炉和电炉。
3. 化工行业：煤炭是化工行业的重要原料之一。
通过煤的加工和转化，可制造许多有机化学品，如煤焦油、苯、甲醇和合成氨等。
第49卷第5期2011年10月化肥设计Chemical Fertilizer DesignOct．2011LCC低阶煤转化提质技术的开发与应用陈钢，黄学群（中国五环工程有限公司，湖北武汉430223）摘要：介绍了在美国LFC技术基础上开发的LCC低阶煤转化提质技术的研发过程和应用进展；阐述了LCC技术的工艺方案、工艺流程、技术特点以及主要设备、产品性质和用途；总结了1000t/d LCC示范装置的试运行效果；分析了LCC低阶煤转化提质技术的工程应用前景。
关键词：低阶煤；褐煤；转化；干燥；热解；提质中图分类号：TQ546．5文献标识码：A文章编号：1004－8901（2011）05－0007－05Development and Application for Upgrading Technology of LCC Low-rank Coal ConversionCHEN Gang，HUANG Xue-qun（China Wuhuan Engineering Company Ltd．，Wuhan Hubei430223China）Abstract：Author has introduced the development process and application progress for LCC low-rank coal conversion up-gradation technology developed on basis of the American LFC technology；has described the process scheme，process flow，technical features and its main equipment，product property and usage of the LCC technology；has summarized the trial operation effect for the LCC demonstration plant with a capacity of1000t/d；has analyzed the engineering application prospect of the LCC low valence coal conversion up-gradation technology．Key words：low valence coal；lignite；conversion；drying；hot decompositionLCC（Low-rank Coal Conversion）低阶煤转化提质技术是一种煤炭轻度热解工艺技术，主要过程分为3步：①干燥，去除低阶煤（如褐煤）中的大部分水分；②轻度热解，去除剩余水分和一部分挥发分，使褐煤改质成为物理化学性质相对稳定的优质固体燃料———PMC（Process Middle Coke），同时在轻度热解的过程中还可副产部分液体燃料———PCT （Process Coal Tar）；③精制，对干燥热解后的固体产物进行稳定钝化处理，降低其活性。
选煤基础必学知识点
1. 煤的形成与组成：煤是由植物残体在地下长期作用下形成的一种含碳、含氢、含氧、含少量氮、硫的有机燃料。
煤的主要组成元素是碳、氢、氧和硫。
2. 煤的分类：根据煤的成熟程度和煤中挥发分的含量，煤可分为无烟煤、烟煤、褐煤和泥炭等不同类型。
3. 煤的物理性质：包括密度、容重、孔隙度、抗压强度、抗拉强度、
抗冻性等。
4. 煤的化学性质：煤可以在高温下发生各种化学反应，例如燃烧、气化、液化和干馏等。
煤中的化学性质主要包括碳含量、挥发分含量、
固定碳含量、灰分含量等。
5. 煤的燃烧特性：煤在燃烧过程中释放出热能，并产生一系列燃烧产物，如烟气、灰渣和烟尘等。
煤的燃烧性质包括燃点、可燃性和热值等。
6. 煤的加工和利用技术：包括煤的洗选、煤的破碎、煤的干馏、煤的
气化、煤的液化等技术，以及煤的燃烧和发电技术。
7. 煤的矿产资源与开发利用：煤是世界上最重要的化石能源之一，对
于国民经济的发展和能源安全具有重要意义。
煤的开采、加工和利用
对于实现煤炭资源的有效利用和环境保护非常重要。
8. 煤矿安全：煤矿是煤的开采和生产基地，煤矿安全对于保障矿工生
命财产安全、保持煤炭生产稳定具有重要意义。
煤矿安全知识包括煤矿通风、防灭火、安全设备、事故预防和应急措施等。
我国年青褐煤的开发价值和前景分析本文所说的年轻褐煤,是指形成晚第三纪的褐煤。
其主要特点：水分高（Mt35%-60%）、挥发分高（Vdaf50%-70%）、灰分中等（Ad10%-30%）、发热量低（Qnet.v.ar3000大卡左右）；同时，富含蜡、腐植酸、锗等稀有资源。
国内主要分布在云南（昭通、夸竹、蒙自、禄丰、罗茨、寻甸、临沧等，云南褐煤大部为晚第三纪的年轻褐煤）、黑龙江（萝北、宝清、虎林等）、吉林（春化）、内蒙（丹峰煤田）、广西（钦州捻子坪）、山西（繁峙）、海南（詹州）、四川等地区。
该煤若作为能源利用与开发，属于低品位能源，水分高、发热量低，不适合于长途运输，其经济性远不及作为原料。
该煤种不但含蜡量较多，而且腐植酸往往也较高。
另一大特点，挥发分高，所以是较理想的褐煤蜡、腐植酸及低温干馏原料。
一、年轻褐煤开发工艺路线1、精细化学品与环保产品煤首先干燥、破碎、筛分；0.5-5mm粒度煤，用于提蜡；提完蜡后的残煤与<0.5mm细煤粉，一道作为腐植酸原料；提完腐植酸后残渣，经催化水解，加工成土壤改良剂。
该产业链主要产品：褐煤蜡及其深加工制品；腐植酸及其深加工制品；土壤改良剂系列产品。
2、精细化学品、环保产品、清洁源能煤首先干燥、破碎、筛分；<0.5mm的细煤粉，作为腐植酸原料。
提完腐植酸后的残渣作为土壤改良剂原料；0.5-5mm粒度煤，先提蜡，提完蜡后残煤作为低温干馏原料。
通过低温干馏，获得半焦、煤焦油、煤气清洁能源。
该产业链主要产品：褐煤蜡及其深加工制品；腐植酸及其深加工制品；土壤改良剂系列产品；热解半焦清洁燃料；热解低温煤焦油；热解煤气。
从上述产业链不难看出，工艺路线不同于传统煤化工和现代煤化工。
与其相比：工艺技术相对比较简单，投资少，技术含量相对较低，但经济附加值高；并且充分体现了年轻褐煤的特点（含蜡、腐植酸，挥发分高），资源得以充分利用。
使低品位能源变成资源、原料，或资源、能源并举。
基于Galoter工艺分析固体热载体技术应用于回转类设备进行褐煤低温热解的可行性报告2013年4月26日基于Galoter工艺分析固体热载体技术应用于回转类设备进行褐煤低温热解的可行性报告1.背景技术简介（1）固体热载体低温热解技术煤热解工艺按加热方式可分为外热式和内热式两类，其中内热式为借助热载体把热量直接传递给物料，物料受热后发生热解反应。
根据供热介质不同内热式热解工艺又可分为气体热载体与固体热载体。
固体热载体热解工艺一般利用高温半焦或其它的高温固体粉料与物料在热解室内混合，利用热载体的显热进行物料热解。
与气体热载体热解工艺相比，固体热载体热解避免了物料热解析出的挥发产物被烟气稀释，同时降低了冷却系统的负荷。
（2）Galoter工艺Galoter工艺是俄罗斯TTU公司专有的油页岩热解技术。
TTU公司位于俄罗斯圣彼得堡，成立于2006年，拥有世界领先的油页岩提质技术——Galoter工艺技术（SHC，固体热载体）。
在油页岩的开采及加工利用领域，TTU可以提供“交钥匙”工程。
2009年，TTU为爱沙尼亚VKG Oil A.S公司设计并建设完成了日处理能力3000吨的示范项目，是目前世界上最先进的油页岩加工厂。
目前（2013.4）TTU正在实施的有7个国际项目，（约旦3个，以色列1个，乌兹别克斯坦1个，缅甸1个，摩洛哥1个）主要涉及到油页岩的勘探及利用TTU-3000 SHC技术进行油页岩的热解（目前大多数处于可研及油页岩勘探阶段）。
2. Galoter工艺技术介绍Galoter方法是基于利用固体热载体实现油页岩高速热解的方法。
该方法的本质是这样的：原料热解所需的热由燃烧自身热解产生的焦炭进而产生的灰转移而来。
Galoter干馏炉是一种回转式固体热载体干馏炉，用热页岩灰作为固体热载体，与颗粒页岩在炉内混合而进行干馏，制取页岩油。
干馏后的半焦和页岩灰混合物依靠空气在喷射式管中燃烧，生成的页岩灰的一部分作为热载体循环使用。
收稿日期:2004-09-07
作者简介:初 茉(1966-),女,内蒙呼和浩特人,高级工程师,中国矿业大学(北京校区)在职博士研究生,现在中国矿业大学(北京校区)工作。
褐煤的加工与利用技术初 茉1,李华民1,2(11中国矿业大学(北京校区),北京 100083;21中煤国际工程集团北京华宇工程公司,北京 100011)
摘 要:介绍了我国褐煤的分布、特性,对褐煤传统的初步加工和深加工技术,以及新技术发展进行了综合叙述。 关键词:褐煤;气化;液化;干馏;水煤浆;添加剂;复合保水剂 中图分类号:TQ529;TQ536 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2005)0220047203
1 前 言褐煤是煤化程度最低的煤种,它是泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物,因外表呈褐色或暗褐色而得名。我国褐煤资源主要形成于晚侏罗纪、早第三纪和晚第三纪。晚第三纪褐煤多为土状褐煤,煤田零星分布在辽宁、山东、广西、广东、云南等省区;晚侏罗纪褐煤则多为硬褐煤,或称老年褐煤,主要分布在我国内蒙古自治区东部海拉尔含煤区霍林河盆地以及黑龙江三江—穆林河含煤区,
这一地区是我国褐煤资源集中地区,基本特点为埋藏浅,
煤层厚度大。
2 褐煤的特征组分及性质褐煤大多数无光泽,真密度在1110～1140g/cm3之间,
水分高达30%～60%,挥发分高,燃点低,不粘结,易风化变质,含原生腐植酸,含氧高,化学反应性强,热稳定性差。原生腐植酸是褐煤区别于其它煤种的主要特征组分。煤中能溶于稀苛性碱和焦磷酸钠溶液的多种缩合酸性基的高分子化合物即为腐植酸。腐植酸可分为原生腐植酸和次生腐植酸。成煤过程中形成的腐植酸为原生腐植酸,
煤经氧化(包括风化)形成的腐植酸为次生腐植酸。腐植酸是动植物遗骸(主要是植物的遗骸)经微生物分解、转化,以及地球化学的一系列过程造成和积累起来的一类有机物质。最有希望开发利用的腐植酸资源是泥炭、褐煤和风化煤,腐植酸含量达10%～80%。我国不同成煤时代褐煤中的腐植酸含量见表1。
表1 我国不同成煤时代褐煤中的腐植酸含量(干燥无灰基)%
晚第三纪早第三纪晚侏罗纪早中侏罗纪全部褐煤381671210215183512921113
褐煤的含氧量较高,一般为15%～30%,且大部分以含氧官能团的形式存在,只有少量氧在煤的大分子结构中成为杂环氧。含氧官能团以酚羟基为主,其次是羟基和羰基,甲氧基很少,这些基团有随碳含量增加而降低的趋势。褐煤是一种反应性较高的煤类,能与许多化学试剂反应,生成新的物质。
3 褐煤的加工利用311 初级加工褐煤是一种易风化自燃、发热量低、含水量高的年轻煤种,经过初级加工,有利于运输、贮存,以及满足各燃料、原料用户的质量要求。褐煤初级加工包括筛分、洗选、成型等。31111 褐煤的分选褐煤分选时,通常采用干法和湿法两种工艺。一般来讲褐煤属较难选煤。由于褐煤质地比较松软,尤其是煤化度极低的土状褐煤遇水易泥化,这会给选煤过程带来很多的困难,因此褐煤在采用湿法分选时,首先应该避开易泥化的褐煤。在实际应用中,多采用干法分选工艺,例如唐山神州机械有限公司开发的FGX复合干法选煤工艺和中国工程院院士陈清如开发的空气重介干法选煤工艺都特别适合褐煤洗选。干法分选工艺的特点是投产快、处理能力大、成本低,而且选煤不用水,特适合干旱缺水地区。31112 褐煤的成型褐煤成型主要分为无粘结剂成型和有粘结剂成型两大类。年轻褐煤无粘结剂成型技术比较成熟,已实现了工业化大规模生产。褐煤无粘结剂成型工艺一般需经过原煤的破碎和筛分、干燥、冷却、压制成型等过程。褐煤有粘结剂成型工艺主要是针对煤化度高的褐煤,
粘结剂的种类有粘土、腐植酸、生物质、淀粉、沥青等。312 褐煤的深加工
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2005年第2期 煤 炭 工 程 研究探讨 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 褐煤的深加工利用方法主要有气化、液化(直接液化和间接液化)和干馏(热解)。31211 褐煤的气化煤炭气化是指在一定温度、压力下,用气化剂对煤进行热化学加工,将固体煤转变为煤气的过程。对所产煤气进一步加工,可制得其它气体、液体燃烧料或化工产品。煤炭气化技术是洁净、高效利用煤炭的重要技术之一。它是煤炭化工合成、煤炭直接/间接液化、IGCC技术、燃料电池等高新洁净煤利用技术的先导性技术和核心技术。煤炭气化技术有固定床、流化床与气流床三种主要形式。目前气化工艺的研发集中于提高气化压力、提高气化炉容量、扩大煤种适应性、环境友好、提高碳转化率和提高气化效率和液态排渣等。褐煤是化学活性非常好的煤种,比较容易气化,褐煤气化技术已经非常成熟,褐煤气化厂广泛分布于许多国家。31212 褐煤液化1)褐煤的间接液化。煤的间接液化是指先将煤气化产生合成气(CO+H2),再以合成气为原料合成液体燃料或化学品的过程。在液化的合成过程中,根据所选用的催化剂以及反应条件的不同,最终的产品可以是石蜡、烯烃类化合物或醇类(特别是甲醇)。目前煤的间接液化技术除了在南非早已商业化发展的改良F-T合成工厂外,目前还开发出了甲醇转变成优质汽油的Mobil法。随着合成反应器的改进和合成复合催化剂的研制成功,使合成气直接合成汽油的一段和二段新的工艺技术,简化了工艺过程,降低了产品成本。我国开发的MFT技术是将F-T合成的复杂产物直接通过具有特殊作用的分子筛催化剂进行改质,使产品分布由原来的C1～C40缩小到C1～C11,汽油馏分由原来的30%左右提高到70%,且含有较多的芳烃与环烷烃,辛烷值有较大提高,产物中重质烃类和含氧化合物的含量很少。目前还未利用该项技术建成商业化生产厂。2)褐煤的直接液化。煤炭直接液化是指在适当的温度、压力等反应条件下,在催化剂的作用下,将煤炭直接加氢裂解成液体烃类,并生成少量气体,脱除氮、氧和硫等杂原子的深度转化过程,又称加氢液化。适合直接液化的原料煤为碳含量65～85%,H/C原子比大于018、挥发分含量大于40%、活性组分含量90%左右、镜质煤反射率Rmax小于017～019、灰分低于10%的煤。褐煤碳含量相对于烟煤而言较低,H/C比较高,且其结构单元中有较多的羧基、氧桥、羰基和亚甲基,具有较高的液化活性,是比较容易直接液化的煤种。经对我国褐煤液化性能的实验室初步评选,结果表明,云南先锋褐煤和沈阳褐煤都是比较理想的直接液化原料煤。此外,内蒙东胜、红旗矿褐煤,山东龙口梁家矿褐煤,以及扎赉诺尔低灰褐煤也是适合直接液化的原料煤。31213褐煤干馏褐煤干馏(热解)是指在隔绝空气(或在惰性气体、或在氢气存在)的条件下将褐煤加热,最终可得到热解煤气、焦油或酚类产品、半焦产品的加工方法。对于褐煤,按加热的温度主要可分为低温(550～600℃)干馏和中温(700～800℃)干馏。褐煤干馏产出的煤气产品可以作为燃料气和化工合成气,焦油或酚类可作化工原料,半焦是良好的炭质还原剂和无烟燃料。31214 腐植酸制品褐煤用稀碱溶液萃取出的物质中,扣除沥青和矿物质的那一部分即为腐植酸,它由溶于水的黄腐酸、溶于乙醇等有机溶剂的棕腐酸和只溶于碱的黑腐酸组成。利用褐煤生产的腐植酸产品类型很多,目前已成功用于生产的产品包括:硝基腐植酸、硝基腐植酸铵、硝基腐植酸钾、腐植酸钠、磺甲基腐植酸钠、腐植酸钾、黄腐酸、黄腐酸铁、腐西酸复混肥等。褐煤腐植酸还可以生产钻井液添加剂、陶瓷用腐植酸钠、混凝土减水剂、蓄电池阴极膨胀剂、锅炉防垢剂等。磺化褐煤是褐煤腐植酸的衍生物,是褐煤在磺化剂、适当温度等条件下合成制得的,其外观性状为棕黑色粉末,
是一种廉价、高效的钻井泥浆处理剂。主要用于石油、地质勘探钻井,在钻井泥浆中具有明显的降滤失和抑制降粘作用。31215 褐煤蜡用有机溶剂萃取富含蜡的褐煤,在溶剂沸点下所得到的复杂化合物的混合物为粗褐煤蜡。粗褐煤蜡脱除部分树脂为脱脂蜡,再经过化学改性,则得到一系列浅色精制蜡制品,其化学组成主要是树脂和酯蜡等,其中树脂含量约40%。酯蜡中为长链的饱和脂肪羧酸(C16～C36)和长链的
脂肪族醇(C10～C
21)的单酯,常用于制造对颜色要求不高
的上光蜡、鞋油、地板蜡等。
4 褐煤加工利用的新进展411 吸附及离子交换剂褐煤本身的孔隙及含有羧基、醌基、羰基、甲氧基、酚羟基等活性基团,使褐煤成为一种良好的天然有机离子吸附剂,具有优异的吸附、络合及交换性能。经加工可制得活性炭、分子筛等。煤基活性炭的制取,一般采用低温炭化(600℃左右)和高温活化(900℃左右)的方法要求原煤灰分越低越好。大连理工大学采用扎兰诺尔褐煤加碳酸钾制得活性炭表面积可达1600m
2
/g;采用平庄褐煤加入氯化钾制得活性炭表面积
为1200m
2
/g;采用黄县褐煤加碳酸钾快速热解制得了碘值
为529mg/g的活性炭。炭分子筛是一种具有较均一孔隙结构的新型炭质吸附剂,它和沸石分子筛一样能够筛分分子,在气体分离方面有广泛的用途。用褐煤作原料制备炭分子筛的主要优点有:
①煤化度低,结构疏松,有发达的孔隙结构;②挥发分含84
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