中国褐煤开发利用技术及发展动态

褐煤开发利用技术及发展动态探讨张殿奎、田华2011.1目录一、背景及意义二、褐煤提质技术的发展动态三、典型褐煤提质技术简介四、褐煤气化技术简介五、褐煤精炼多联产模式探讨六、结束语一、背景及意义1、全世界褐煤地质储量约为4万亿t，约占全球煤炭储量的40%-50%。2、我国褐煤探明保有储量1300亿t，占全国煤炭总储量的13%-15%左右，另有褐煤预测资源量1903亿t。3、褐煤毛细孔发达，氧含量高（无水无灰基20％左右），内水丰富，全水分高达30～50％，热值较低，且热稳定性较差，不宜长距离运输，直接作为大规模气化原料又有很大局限性，目前主要用作局部地区动力燃料，开发率较低，仅占全国煤炭产量的4-5%。一、背景及意义一、立项背景及意义4、我国褐煤资源分布相对集中，以内蒙古东北部地区最多，约占全国褐煤保有储量的3/4；以云南省为主的西南地区的褐煤储量约占全国的1/5；东北、华东和中南地区的褐煤仅占全国的5%左右。褐煤烟煤无烟煤发电、热解、直接液化、气化化肥、民用、冶金喷吹、碳素材料长焰煤气、肥、焦煤瘦、贫煤冶金、化工发电、动力一、背景及意义传统：现代：炼焦用煤现代煤化工（鼓励）民用及传统煤化工炼焦用煤（保护）5、国家鼓励开发利用“劣质”煤——褐煤。6、褐煤资源往往赋存于西部落后地区，当地政府期望早日利用该褐煤资源。褐煤提质技术是适合的高效利用途径，有利于提高我国褐煤资源利用水平，可为当地经济发展做出贡献。7、褐煤半焦可远距离运输，与运输同热量褐煤比较，可以节省运力25-30%以上。8、褐煤半焦可制成水煤浆（也称水焦浆），成浆浓度达到60%以上，可以用于水煤浆气化（技术成熟）；而褐煤成浆浓度通常在45-50%。通过褐煤热解提质可以有效克服其煤质局限，使之成为高质量的气化原料，同时，回收高附加值的焦油产品，实现褐煤资源利用价值最大化。一、背景及意义目录一、背景及意义二、褐煤提质技术的发展动态三、典型褐煤提质技术简介四、褐煤气化技术简介五、褐煤精炼多联产模式探讨六、结束语二、褐煤提质技术的发展动态国内外褐煤提质加工技术归纳起来大体可分为非蒸发脱水提质技术、成型提质技术、热解提质技术三大类。非蒸发脱水提质技术

以高温高压蒸汽(或高温热油)干燥技术为代表的褐煤非蒸发脱水提质技术，是一种通过高温高压等条件来改变褐煤的物理和化学结构，将之转变成为洁净、高效的烟煤燃料的提质方法。这种新型提质技术是将褐煤与高温高压蒸汽(或高温热油)直接接触，使水分脱出，从而使褐煤收缩变得更加致密，疏水性增强。该方法热效率及其安全性都比较高。成型提质技术

长期以来，欧洲许多盛产褐煤的国家除将褐煤用于发电和大型锅炉外，其余都是将其加工成型煤后用于工业和民用，澳大利亚亦不例外。褐煤在成型过程中，经过高压或剪切等物理作用，使其凝胶结构及孔隙系统受到了不可逆的破坏，因而从本质上改变了煤样的煤阶，煤化度也随之提高。

二、褐煤提质技术的发展动态热解提质技术

1、褐煤热解始于20世纪初，其目的是制取石蜡油和固体无烟燃料。二战期间，德国基于战争目的建立了大型褐煤低温千馏厂。开发了褐煤制取汽油、柴油等发动机燃料的工艺。上世纪50年代，随着石油、天然气的开发应用，煤的热解加工发展速度减缓甚至停顿。但在一些褐煤资源丰富的国家，并没有间断对褐煤热解技术的研发。特别是上世纪70年代石油危机后，人们重新重视廉价的褐煤资源的开发利用，对褐煤热解工艺进行了研究，开发了一些新工艺。国内外典型的褐煤热解工艺包括：美国的TOSCOAL煤热解工艺、美国的流化床-固热载体低温快速热解工艺、德国的L-R工艺、澳大利亚的流化床快速热解工艺、中国的多段回转炉工艺、中国的固体热载体新法干馏工艺等。2、近几十年国外褐煤热解工艺开发的共同点可以归纳为：①已获得可以生产液体燃料的煤焦油为主要目标产品，多采用快速加热的低温热解工艺。二、褐煤提提质技术的的发展动态态②褐煤是是重要原料料煤种，褐褐煤经过热热解提质得得到质量优优良的固体体燃料。③对各种种工艺的煤煤热解特性性和产品产产率、性状状进行了大大量实验基基础研究。。如澳大利利亚CSIRO针对对所开发的的沙子炉流流化床气-固热载体体内热式闪闪裂解技术术，进行了了改变温度度、改变煤煤种的大量量试验，分分析了650oC以上一次次焦油发生生二次分解解、以及分分解前后对对焦油产率率、化学组组成的影响响等变化，，提出获得得最高焦油油产率的适适宜工艺条条件。④开发重重点是研究究和示范可可实现工业业化生产的的工艺路线线和关键装装备，如TOSCOAL工艺艺中的磁球球加热与分分离装备，，法国马力力诺工厂的的可控温挥挥发物内燃燃烧分段加加热回转炉炉装备等。。⑤上世纪纪80年代代后，石油油价格回落落和供应改改善，导致致当时各国国前后停止止开发各类类煤热解技技术。近年年来随着全全球工业技技术提高和和大规模现现代煤化工工发展，加加氢液化和和合成油（（间接液化化）技术成成为煤制油油的主导发发展路线，，由于煤热热解（干馏馏）焦油产产率较低，，所以一般般不再将其其作为大规规模工业化化获得液体体燃料的技技术途径。。二、褐褐煤提提质技技术的的发展展动态态3、近近年来来国内内褐煤煤热解解提质质工艺艺开发发现状状及发发展趋趋势：：①专门门以优优质气气化原原料为为目标标的褐褐煤提提质工工艺已已经引引起有有关企企业和和地方方的关关注，，正在在进行行相关关新工工艺研研发。。②褐煤煤提质质已有有较充充分的的技术术基础础支持持，新新工艺艺开发发的重重点应应该是是设计计基础础工艺艺路线线，对对关键键装备备实施施重点点研究究和工工业技技术开开发。。③褐煤煤热稳稳定性性差、、粉尘尘率高高、重重焦油油黏度度大，，挥发发物热热态气气固分分离难难度大大，是是工业业放大大的关关键问问题，，也是是国内内外许许多工工艺开开发的的重要要遗留留难题题，也也是新新工艺艺技术术和装装备开开发的的重点点。④以生生产优优质气气化原原料为为主，，构成成褐煤煤提质质-气气化合合成（（燃料料油或或化工工品））耦合合新工工艺将将是今今后推推动褐褐煤提提质工工艺发发展的的重要要需求求，国国内一一些大大型能能源企企业都都在致致力于于推动动实现现中试试和工工业化化示范范，从从而也也将成成为洁洁净煤煤技术术专题题的重重要技技术发发展方方向。。目录录一、背背景及及意义义二、褐褐煤提提质技技术的的发展展动态态三、典典型褐褐煤提提质技技术简简介四、褐褐煤气气化技技术简简介五、褐褐煤精精炼多多联产产模式式探讨讨六、结结束语语三、典典型褐褐煤提提质技技术简简介1、褐褐煤提提质技技术一一般指指：干燥成型热解以下简简单介介绍几几种典典型褐褐煤干干燥、、成型型、热热解技技术。。三、典典型褐褐煤提提质技技术简简介美国K-Fuel高压釜蒸汽干燥工艺美国KFx公公司在在上世世纪80年年代代中期期开发发了K燃料料工艺艺（K-FuelProcess））技术术，经经过20年年的的完善善已进进入工工业应应用阶阶段。。煤经粉粉碎后后，通通过过传送送装置置送入入高压压釜。。高压压釜内内压力力和温温度分分别维维持在在3.7MPa和和238℃℃。在在高压压釜中中，煤煤块块发生生破裂裂，将将硫硫化物物从煤煤中分分离出出来，，煤中中的水水分也也随之之蒸发发掉。。经过高高温高高压处处理的的煤粉粉和蒸蒸发出出来的的水蒸蒸汽可可以直直接送送入锅锅炉进进行发发电或或供热热。三、典典型褐褐煤提提质技技术简简介日本D-K非蒸发脱水工艺日本电电源开开发公公司（（D））和川川崎重重工公公司（（K））从1976年年开开始研研究并并成功功开发发出了了D-K非非蒸蒸发脱脱水工工艺。。DK脱脱水水工艺艺可实实现褐褐煤水水分在在非蒸蒸发条条件下下加热热，使使水分分以液液体状状态从从褐煤煤中脱脱出。。装置内内有4台台压力力釜，，可实实现半半连续续运转转，压压力釜釜之间间可实实现排排出蒸蒸汽和和热水水的回回收。。三、典典型褐褐煤提提质技技术简简介日本神神户制制钢所所（KobeSteelGroup））于1993年年开开始研研究UBC（UpgradingBrownCoal））褐煤煤提质质技术术，其其特特点是是用轻轻油去去除褐褐煤中中的水水分。。将褐煤煤研磨磨成粉粉状后后，与与再生生油（（通常常是石石油裂裂解产产生的的轻油油）和和重油油混合合，形形成煤煤浆，，然后后在一一个蒸蒸发器器中加加热煤煤浆，，水分分被蒸蒸发，，再用用细颈颈盛水水瓶从从脱水水的煤煤浆中中回收收油，，得到到提质质粉煤煤，最最后将将提质质的煤煤压制制成型型。日本UBC轻油法脱水成型工艺三、典典型褐褐煤提提质技技术简简介原煤在在干燥燥器中中干燥燥使其其水分分降至至12%～～18%。。经冷冷却、、分离离，并并破碎碎至0～6mm，再再将其其送入入带式式型煤煤机，，在不不添加加粘结结剂情情况下下以500~2000Bar的压压力挤挤压，，最终终生产产出不不同形形状的的型煤煤。早在1858年年，年年轻褐褐煤无无粘结结剂冲冲压成成型工工艺在在德国国西奥奥多矿矿井实实现了了工业业化应应用，，到1988年年，德德国莱莱茵地地区共共有4个型型煤厂厂，年年产型型煤400万t，其其中70%用于于民用用取暖暖。德国年轻褐煤干燥冲压成型工艺三、典典型褐褐煤提提质技技术简简介德国泽泽玛格格(ZEMAG)公公司开开发了了采用用蒸汽汽管式式干燥燥机进进行干干燥再再辊压压成型型工艺艺，用用于低低阶煤煤的无无粘结结剂成成型。。其工艺艺是将将褐煤煤在蒸蒸汽管管式干干燥器器中不不完全全干燥燥，然然后将将其输输入一一个辊辊压成成型机机压制制成型型煤。。德国ZEMAG蒸汽管式干燥辊压成型工艺三、典典型褐褐煤提提质技技术简简介澳大利亚BCB气流干燥辊压成型工艺澳大利利亚怀怀特公公司开开发了了用于于低阶阶煤的的无粘粘结剂剂成型型BCB技技术术，其其工艺艺是将将次烟烟煤在在气流流干燥燥器中中不完完全干干燥，，然然后将将其输输入一一个辊辊压成成型机机压制制成型型煤。。三、典典型褐褐煤提提质技技术简简介德国LurqiGmbH公公司司开发发的Lurgi-Spuelgas低低温热热解工工艺。。其特点点是：：褐煤煤或型型煤（（约25～～60mm）由由上至至下移移动，，与燃燃烧气气逆流流直接接接触触受热热干燥燥段，，干燥燥后原原料在在干馏馏段被被600℃℃～700℃烟烟气加加热至至约500℃，，发生生热分分解，，生成成的半半焦进进入冷冷却段段被冷冷气体体冷却却，半半焦排排出后后再进进一步步用水水和空空气冷冷却，，从干干馏段段逸出出的挥挥发物物经过过冷凝凝、冷冷却等等步骤骤，得得到焦焦油和和热解解水。。三、典型型褐煤提提质技术术简介德国和美国Lurqi－Ruhurgas固体热载体低温干馏工艺德国LurqiGmbH公公司和和美国RuhurgasAG公公司联合合开发的的固体热热载体低低温干馏馏工艺。。初步预热热的小块块原料煤煤同来自自分离器器的热半半焦在干干馏器内内混合，，发生热热分解反反应。从从干馏器器出来的的半焦进进入提升升管底部部，由热热空气提提送，同同时在提提升管中中烧除其其中的残残碳，使使温度升升高，然然后进入入分离器器内进行行气固分分离，半半焦再返返回干馏馏器，如如此循环环。从干馏器器逸出的的挥发物物，经除除尘、冷冷凝、回回收焦油油后，得得到热值值较高的的煤气。。三、典型型褐煤提提质技术术简介LFC热热解提质质工艺由由美国SGI公公司1987年年研发，，随后壳壳牌矿业业公司(SMC)加入入，现为为MR&E公司司拥有。。将煤筛分分成3-50mm，在在干燥炉炉和热解解炉中，，有一个个细格子子的转鼓鼓，将上上部落下下来的煤煤与下部部吹上来来的循环环加热气气体形成成对流并并进行混混合。干干燥后的的煤进入入热解器器里热解解。1992年年第一座座1000t/d示范范厂(ENCOAL工工厂)在在科罗拉拉多州建建设完成成并投产产运行5年。三、典型型褐煤提提质技术术简介Encoal工工艺1000t/d示范工工厂三、典型型褐煤提提质技术术简介Encoal工工艺1000t/d示范工工厂三、典型型褐煤提提质技术术简介干燥、热热解装置置应用案案例全世界300多多家应用用实例。。广泛用用于金属属热处理理，矿石石煅烧，，直接还还原生产产铁，煤煤与焦炭炭的干燥燥与热解解。最大工业业装置直直径为75米。。三、典型型褐煤提提质技术术简介Toscoal煤低低温热解解技术是是美国油油页岩公公司和RockyFlats研研究中心心基于油油页岩干干馏工艺艺开发的的。于1970年至至1976年年间在25t/d的的中试厂厂先后对对次烟煤煤、粘结结性烟煤煤进行了了试验。。粉碎干煤煤在提升升管内用用来自瓷瓷球加热热器的热热烟道气气预热，，预热热煤在热热解转炉炉中和热热瓷球接接触，受受热并发发生分解解。半焦焦在回转转筛中与与瓷球分分离，瓷瓷球再进进入提升升管被提提升、加加热循环环使用。。美国Toscoal瓷球固体热载体热解工艺三、典型型褐煤提提质技术术简介流化用氮气澳大利亚流化床快速热解工艺澳大利亚联联邦科学与与工业研究究院(CSIRO)自上世纪纪70年年代开始研研究开发了了流化床快快速热解工工艺。煤粉用氮气气从加煤器器通过管道道喷入流化化床热反应应器，反应应器床层由由0.3～～1mm大大小的砂砂粒组成,预热的的氮气通过过反应器底底部的分布布板进入流流化床，煤煤粉在热热解反应器器中快速热热解。三、典型褐褐煤提质技技术简介多段回转炉炉工艺是中中国煤炭科科学研究总总院北京煤煤化工分院院开发的低低变质煤热热解工艺。。粒度为6～～30mm的褐煤煤在回转干干燥器中干干燥后进入入外热式回回转热解炉炉中低温热热解，所所得半焦在在冷却回转转炉中用水水冷却熄焦焦后得到提提质半焦产产品。中国煤科总总院MRF多段回转转低温热解解工艺三、典型褐褐煤提质技技术简介中国提升管固体热载体热解系统工艺流程图大连理工大大学开发的的褐煤固体体热载体法法干馏技术术。将褐煤通过过干燥提升升管干燥后后与半焦加加热提升管管加热的热热半焦快速速混合热解解而得到焦焦油、煤气气和半焦。。此技术研究究开始于1981年年，并并于1992年在在平庄建成成了一套处处理量150t/d的褐煤煤固体热载载体干馏工工业性试验验装置。三、典型褐褐煤提质技技术简介2006年年，神神华集团与与中国矿业业大学（北北京）联合合开发了热热压成型HPU（hotpressupgrading）工工艺。将褐煤破碎碎至0～3mm，再再经过气流流提升干燥燥，在热反反应器中经经轻度热解解后，再进进入成型机机中辊压成成型。50万吨/年工业示示范正在调调试。中国HPU热压成型工艺三、典型褐褐煤提质技技术简介循环烟气热半焦干煤半焦加热回转窑煤回转干燥器湿煤分料器除尘器引风机半焦冷却空分N2半焦产品热半焦燃烧器洗涤冷却筛分热解器除尘器混料器伴热鼓风机油水分离焦油放空11提升机中国神华模块化固体热载体热解工艺神华煤制油油化工研究究院正在开开发的低阶阶煤热解工工艺。将褐煤破碎碎至0～30mm，，经过双套套桶回转干干燥器干燥燥后，与半半焦加热窑窑来的高温温半焦混合合，在移动动床热解器器内热解。。该工艺为固固体热载体体加热方式式，宽粒度度入料，热热态除尘。。目前正在在进行6000吨/年中试研研究。三、典型褐褐煤提质技技术简介序号技术名称来源工艺特点备注国外技术1TOSCOAL固体热载体低温快速热解工艺美国，TOSCOAL公司瓷球热载体，卧式回转窑，热解温度550oC1976年，中试规模1500t/a，80年代停止2FMC串联流化床汽提热载体低温热解工艺美国，FMC公司多级串联流化床，汽提热载体1970-1980年，中试规模10000t/a3Lurgi-Ruhrgar汽提流化床半角加热固体热载体热解工艺德国，Lurgi-Ruhrgar气流床半焦加热，固体热载体热解，部分半焦为燃料

4CSIRO沙子炉流化床气-固热载体体内热式闪裂解技术澳大利亚，CSIRO公司气-固热载体（沙子作固体热载体），内热式，加热速率达104oC/S1971-1985年，1g/h，100g/h，480kg/d，7个煤种试验国内外热解解技术特点点对比一览览表三、典型褐褐煤提质技技术简介序号技术名称来源工艺特点备注国外技术5加拿大ATP固体热载体混和加热油砂热解回转窑技术加拿大，UMATAC公司固体热载体，回转窑采用间接换热进行冷媒预热，直接燃烧灰渣残碳提供热量用于油砂和油页岩热解6LFC褐煤提质技术美国SGI公司1987年研发，随后壳牌矿业公司(SMC)加入，现为MR&E公司拥有Encoal褐煤热解技术是一种褐煤轻度热解技术，将煤干燥、煤热解和钝化技术相结合，将低阶煤提质成为性质稳定的固体半焦和煤焦油产品；能耗低，70%能量自身提供，外部提供约30%能量；煤种适应性强，适用于烟煤、褐煤于1992年在怀俄明州建成1000吨原煤/天示范装置，并经5年的试运行共：处理246,900吨原煤；产114,900吨优质半焦；生产500万加仑油品；15个电厂用户成功使用了产品国内外热解解技术特点点对比一览览表三、典型褐褐煤提质技技术简介序号技术名称来源工艺特点备注国内技术1DG工艺大连理工大学固体热载体，半焦为固体热载体，移动床热解器，高温烟道气加热半焦，气体提升管提升。20世纪90年代，内蒙平庄5.5万t/a工业示范2工艺MRF煤炭科学研究总院多段回转窑，外热式，干燥段采用烟道气内热式，热解段采用外热式，半焦冷却采用内冷试。1987-1993年，内蒙海拉尔2万t/a工业示范3循环流化床固体热载体快速热解工艺中国科学院下行循环流化床，与循环流化床锅炉耦合，利用循环热灰作为循环热灰固体热载体。完成8kg/h开发装置，正在进行25~50t/d工业试验装置4循环煤气介质——固体热载体流化床热解工艺浙江大学煤气介质——固体热载体，流化床热解炉，与循环流化床锅炉耦合

5模块化褐煤热解提质制取气化原料新工艺神华在研技术国家863资助神华集团配套宽粒度入料，模块化设计，半角固体热载体，热态组合除尘，春热解煤气组分（可用于制备合成气），热量梯级利用，与先进气化技术耦合2009年——2011年6000t/a中试规模国内外热解解技术特点点对比一览览表目录录一、、背背景景及及意意义义二、、褐褐煤煤提提质质技技术术的的发发展展动动态态三、、典典型型褐褐煤煤提提质质技技术术简简介介四、、褐褐煤煤气气化化技技术术简简介介五、、褐褐煤煤精精炼炼多多联联产产模模式式探探讨讨六、、结结束束语语四、、褐褐煤煤气气化化技技术术简简介介Lurgi气气化化炉炉结结构构图图Texaco气气化化炉炉结结构构图图Shell气气化化炉炉结结构构图图GSP气气化化炉炉生产产能能力力：：2500t/d压力力：：3.0-4.0MPa温度度：：1400-1600℃℃原料料：：各各种种煤煤/生生物物质质/石石油油焦焦GSP气化化炉炉结结构构示示意意图图目录录一、背景景及意义义二、褐煤煤提质技技术的发发展动态态三、典型型褐煤提提质技术术简介四、褐煤煤气化技技术简介介五、褐煤煤精炼多多联产模模式探讨讨六、结束束语五、褐煤煤精炼多多联产模模式探讨讨采用德国国泽玛克克技术的的间接干燥型煤煤工艺技技术，年年产100万万吨型煤煤工厂流流程图。。采用热烟烟气的直接褐煤干