论煤炭加工及转化关键环节

1、论煤炭加工及转化关键环节-干燥脱水我国能源禀赋条件“富煤、缺油、少气”，煤炭占化石能源94%。在化石能源当中煤炭的地缘政治风险最低，同等热值性价比最高，其安全保障性和经济性最佳。石油、天然气对外依存度分别达到60%、32%，这给我国能源安全带来了一定风险。煤炭在今后较长时期内仍是我国主体能源，不容置疑，这是我国能源国情。煤炭的清洁利用是改变我国能源结构和保障国家能源安全重要手段，也是石油、天然气的重要补充。因此，实现煤炭的清洁高效利用对我国至关重要。煤化工是实现煤炭清洁利用及转化主要途径之一，而水资源容量大，工艺废水量大难处理或者处理成本高，又成为煤化工发展主要屏障之一。煤通过干燥脱水，不但能

2、提高装置效率和降低成本，而且可以回收水资源，降低废水排放量，有效缓解煤化工发展制约水的问题。煤的干燥低阶煤含水量比较高，尤其是褐煤高达30%-60%，不仅对煤的加工利用、转化有很大影响，易风化、易自燃、发热量低等也给煤的储存运输带来很多问题。煤加工及转化之前干燥脱水易被人们忽视或没引起足够的重视，如碎煤加压熔渣气化，煤分级分质利用中的热解技术等，煤中水往往是造成工艺废水量大、难处理主要原因，若达标回用或排放，既增加了投资和运行成本，又造成了气化或热解装置效率低下。干燥技术煤的干燥，尤其是低阶煤干燥最好采用低温、无氧环境，因其挥发分较高，干燥时易形成爆炸环境，给生产带来安全隐患。以煤中水脱出形式

3、，干燥可分为蒸发干燥和非蒸发干燥。蒸发干燥技术是将煤中的水以气态形式除去，水的汽化潜热大，因而耗能。非蒸发干燥则是将煤中的水以液态形式脱除，可节省水的汽化潜热，因而耗能少。从“安全、节能、环保、提质、回收水资源”角度讲，非蒸发干燥要好于蒸发干燥。虽然有的蒸发干燥如德国WTA和DWT蒸汽流化床干燥技术等，也可做到了水蒸发潜热和水资源回收利用，但毕竟还是消耗了大部分水的气化潜热。对煤的加工工艺性能改善不明显，如强度、热稳定性、成浆性、可磨性、水回吸性等。非蒸发干燥技术如比较成熟的美国K-燃料技术。6-80mm的粒度煤在特定高压釜式处理器中，高压的饱和蒸汽与煤直接接触，干燥压力、温度可控，温度最高不

4、超过260（以防煤热解），经一定时间，煤中的毛细孔结构和含氧亲水基团遭到破坏，将煤中的水分以液态形式“挤”出。其技术最大特点：1、安全。低温干燥脱水，煤没有发生热化学反应，并且又在无氧、蒸汽环境下进行；2、节能。煤中的水是以液态形式“挤”出，节省了大量水气化潜热。若年处理游离水35%，降到10%的100万吨煤来计算，年可节省25万吨水的气化潜热；3、减排。煤中的水在加工及转化过程中，基本上变成了工艺废水。若年处理游离水35%，降到10%的100万吨煤来计算，年减排废水25万吨；4、回收。被“挤”出来的煤中水，污染物比较少，经简单处理便可回用于生产。若年处理游离水35%，降到10%的100万吨煤

5、来计算，年回收25万吨水资源；5、环保。干燥脱水是在低温、高压下进行，煤不会发生热崩碎，并且又在蒸汽、密闭环境中进行，因此无粉尘产生；6、提质。煤干燥脱水是在低温、高压、一定时间下进行的，煤中内部毛细孔倒塌、压实及大量亲水基团脱出（如脱羧、脱羟、脱硫、脱氮等），煤的疏水性能增加（避免了回吸水现象），该过程犹如煤的变质成岩过程（该干燥形式相当于加速了煤的变质成岩过程）。水分每降低1%，煤的发热量就会增加70大卡，非蒸发干燥煤中水分可降低10%以下；煤的强度、热稳定性、成浆性、可磨性等工艺性能也将大幅度提升；煤中的有害元素S和重金属也会得到有效脱除。并且煤中的有效成分如挥发分、固定碳没有遭到破坏及

6、年轻煤特有的化学活性没有改变。这种提质程度，其它干燥技术是很难做得到的。非蒸发干燥煤的应用及意义1、提质煤低阶煤尤其是褐煤含水量较大，易风化、易自燃、发热量低不适合长距离运输和储存。煤经非蒸发干燥以后热值提高40%-80%（主要取决于煤中水分降低程度），煤回吸水率降低，强度增加，煤储存和长距离运输成为可能，有利于我国煤炭地域分布不均局面改善。此外，煤中的有害物质减少，对原煤讲又清洁了。2、缓解煤化工水资源容量大、废水量大难处理突出矛盾煤加工及转化前干燥脱水，既回收了水资源，又降低了工艺废水量，有效缓解煤化工发展水制约问题。对煤加工及转化，尤其是含有热解功能的转化技术工艺废水处理来讲，相当于是前

7、端处理，这要比后端处理简单得多，经济得多，投资也少。3、煤的工艺性能改善，有利于煤炭加工及转化该非蒸发干燥生产的煤，内在水可以降低50%以上，可磨性能也有较大改善，这为便于输送的清洁燃料及气化原料-水煤浆奠定了良好基础。尤其是改善了褐煤成浆性，浓度可提高10%以上，有助于褐煤应用领域拓宽。为热解及具有热解功能的碎煤加压气化炉提供良好原料煤。非蒸发干燥的煤机械强度、热稳定性显著提高，这是各种热解及碎煤加压气化炉对煤质所期望的。同时，也拓宽了原料煤来源。如无法适应固定床气体热载体热解或碎煤加压气化的煤，经非蒸发干燥脱水后煤强度、热稳定性得到了改善。有利于含有热解功能的煤转化工艺技术条件改善，尤其是

8、以热解为基础的低阶煤分级分质阶梯利用。热解工艺废水难处理（COD高），即便达标回用或排放，其投资和运行成本也比较高。非蒸发干燥，不但降低了工艺废水量和油气回收负荷，也相对提高了废水酚氨浓度，有利于酚氨回收经济性提高。水分低热解装置供热就少（15%水分煤蒸发所耗的热量与煤从120加热到550热解所需的热量相当），热解装置效率相对提高。此外，非蒸发干燥的煤粒度（6-80mm）与气体热载体热解和碎煤加压气化比较匹配，非蒸发干燥粒度还可根据需要进行合理调整。总之，非蒸发干燥与固定床气体热载体热解、碎煤加压气化等相结合，是降低运行成本和提高装置运行效率的最佳有效途径，可堪称其为“黄金搭档”！4、非蒸发干

9、燥有助于煤加工及转化整体效能效益提高煤的加工及转化主要以热加工为主，既然是热加工就要耗能，因此煤化工是一个高耗能产业。如何降低能耗，便是煤化工经济性所在。水的气化潜热大，水的蒸发去除在整个热加工过程当中所占能耗比例相当大。非蒸发干燥便可有效解决水蒸发耗能问题，同时还可以回收水资源。反过来讲，由于煤中水分的降低，也提高了后续如热解、气化、液化、燃烧等装置效率。产能效率提高，有助于煤化工项目经济性提高。否则煤中水带入装置，不但耗能，而且其潜热也不太好回收和利用，又浪费了水资源。同时，又增加工艺废水量，废水处理投资和运行成本又会增加。所以，煤炭加工及转化之前，干燥脱水环节十分重要，而非蒸发干燥是最佳

10、选择。非蒸发干燥技术完善方案非蒸发干燥K-燃料也有其短板，6mm粒度煤无法使用，资源利用率低。但可通过如下方法有效解决和完善：1、块状非蒸发干燥与小颗粒蒸发干燥结合小颗粒煤通过如山东天力的内加热流化床过热蒸汽干燥技术便可解决，该技术节能效果也比较好，也可回收水资源。也就是说，非蒸发干燥与蒸发干燥的内加热流化床过热蒸汽技术相结合，可做到煤100%脱水及回收水资源。2、非蒸发干燥与型煤结合通过型煤方式，做到煤100%脱水及回收水资源。型煤虽然会增加投资和运行成本，但在成型过程和应用当中可以得到弥补，甚至会带来一定的经济效益。型煤在非蒸发干燥温度、压力双重作用下，工艺加工性能如机械强度、热稳定性会得

11、到很大改善。另一大特点粒度均匀，气体热载体分布就均，有利于传热。作气体热载体干馏原料，由于粒度均匀，有利于油产率和半焦质量提高，其半焦（或兰炭）具有一定块度，便于储存、运输、应用，这也是半焦（兰炭）行业所期望的。作为碎煤加压气化炉原料也比较适宜，因非蒸发干燥型煤机械强度、热稳定性好，并且粒度均匀。在成型过程中添加各种物质，来弥补成本增加因素，而且还能起到事半功倍效果。如在煤成型过程中添加生石灰（CaO）或白云石（MgO、CaO）、氧化钡（BaO），一来可增加型煤和半焦强度；二来可减少热解过程中所需的热量；三来可提高煤气热值；四来可以脱除部分硫。其原理：CaO+CO2=CaCO3-H 117.3

12、6106J/kmol氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙，是一个强放热反应，可为热解提供一定热量，并且还能消耗煤气当中部分二氧化碳，相对提高了煤气热值。同样道理，氧化钙与硫化氢反应生成硫化钙，不但是一个放热反应，而且也除掉了一部分硫化氢。CaO+H2S=CaS+H2O-H固体活化剂在上述热解或气化反应过程中，主要起增强、供热、脱碳（CO2）、固硫（CaS）作用。此外，在型煤过程中，还可利用周边废弃生物质（如木屑、树枝、树叶、秸秆等）、有机垃圾、废旧橡胶、塑料等，来增加油气产量，弥补型煤所增加的成本。总结与评价干燥脱水是提升煤加工及转化装置效率、经济效益重要手段之一。尤其是非蒸发干燥在节能、减排、增效前提下，又回收了水资源，缓解煤化工水制约屏障。还能改善煤加工