我国褐煤的开发利用现状与发展趋势

我国褐煤的开发利用现状与发展趋势

棕榈树是土壤形成岩石的产物，是物理、生物和化学作用下的植物残留物。褐煤是煤炭资源中煤化程度较小的煤,属于软质煤,呈褐色,无光泽,与其他煤种相比,褐煤含氧量高,灰分及灰熔点变化大,密度小,易于自燃,煤粉容易爆炸。从我国主要褐煤矿区商品煤煤质资料中可知,我国的褐煤是一种高挥发分(50%左右)、高水分(30%左右)、高灰分(30%左右)、低热值(14MJ/kg左右)、低灰熔点的劣质燃料。据国际地质学家预测:全球褐煤地质储量约4万亿t,占煤炭储量的40%弱。到1995年底,全球已探明的褐煤及次烟煤可采储量5100亿t。我国褐煤资源丰富,已探明的保有储量达1303亿t,占全国煤炭储量的13%弱,主要分布在东北、西北、西南、华北等地,集中在内蒙古、云南和黑龙江等省。因此,合理开发和充分利用褐煤资源是值得深入讨论的课题。褐煤是由芳香烃环组成并由盐桥、脂肪链等连接起来的大分子网状结构化合物,其有机部分的化学族组成分析见图1。褐煤的用途十分广泛,工业利用的途径主要有:燃烧、热解、炼焦、液化、气化、提取褐煤蜡及褐煤微生物的转化与利用1电厂褐煤燃烧发电燃烧是褐煤直接利用最常见的方法。由于褐煤通常含有较高的水分,不便于远距离运输,所以世界各国生产的褐煤主要用于坑口电站燃烧发电。其燃烧过程可以分为干燥、干馏、挥发分燃烧和半焦燃烧四个阶段。褐煤燃烧的最终产物是二氧化碳、水、少量硫和氮的氧化物及灰渣。褐煤燃烧不但浪费了大量能源、资金及设备,还严重污染了环境。燃烧产物中含有粉尘、硫氧化物、氮氧化物、烃和一氧化碳等有害气体,这些物质排放到大气中会造成粉尘污染和气体污染。2性气体的干馏技术褐煤热解(干馏)是指在隔绝空气(惰性气体或氢气存在)的条件下将褐煤加热,最终得到热解煤气、焦油、酚类产品、焦炭或半焦产品的加工过程。褐煤的低温干馏是在惰性气体中进行的,目的是减少二氧化硫的排放量,其产品有半焦、干馏煤气和低温煤焦油。低温干馏的优点如下:(1)操作条件温和(常压和中等温度);(2)不需要氧气、氢气及昂贵的催化剂;(3)对原料煤无严格要求;(4)设备简单;(5)技术简单;(6)基建投资少。褐煤新法干馏是用625℃的半焦作热载体,焦煤比为3∶8,原煤粒度在0.6～2.5mm,经过干燥、脱水,并预热到120～150℃,干馏温度为500～590℃,产物为焦油、轻油和煤气,优点是褐煤不直接燃烧。3间接液化工艺褐煤液化是通过化学方法将固体煤转变成液体产品,主要工艺有直接液化和间接液化。褐煤液化是高效、洁净利用煤炭,增加液体燃料油来源,发展煤化工,解决煤炭直接燃烧污染的重要途径。直接液化是在适当温度、压力等条件下,借催化剂作用,将褐煤加氢裂解成液体烃类,并生成少量气体,同时脱除氧、氮和硫等杂原子的过程,又称加氢液化。其工艺包括:原料煤干燥、破碎、制备煤浆、加氢液化、固液分离、净化气体、分离液态产物、分馏液态产物、精制加工以及将残渣气化制取氢气等过程。褐煤直接液化的产品是优质汽油、喷气柴油、柴油、芳烃和炭素化工原料,并副产燃料气、液化石油气、硫磺和氨等。间接液化是先将褐煤气化为合成气(CO+H2),再以合成气为原料通过费托合成(F-T合成)生产出液体燃料和化学品的过程。间接液化工艺包括:造气单元、F-T合成单元、分离单元、后加工提质单元等,其核心是合成反应单元。煤炭高温间接液化工艺的产品以汽油和轻烯烃为主,经提质加工后可得到高质量的汽油;煤炭低温间接液化工艺的产品以链状烃为主,主要为煤油、柴油并含有一定量的石脑油和石蜡。褐煤直接液化与低温间接液化法相比,从投资规模看,前者投资少,后者投资高;从柴油馏分产物的性质看,前者直链烃少,环烷烃及芳烃含量高,十六烷值低,凝点较低,硫、氮等杂质含量较高,后者则以链烷烃组分为主,十六烷值过剩,不含硫、氮等杂质,但凝点较高。两者的柴油馏分均需经过较苛刻的加氢提质工艺,花费较大的代价才可生产出合格的柴油。4煤中碳的性质褐煤气化是指在某种气化剂存在的条件下对煤炭进行加工的过程。其反应工艺以煤为原料,以氧气(包括空气、富氧和纯氧)和水蒸气(或二氧化碳、氢气)为气化介质,通过最低度的氧化(不同于燃烧),将煤中所含的碳、氢转化为一氧化碳、氢气和甲烷等有效成分。褐煤气化工艺包括原料准备煤气的生产净化脱硫煤气变换煤气精制以及甲烷合成。褐煤气化可生产城市煤气、管道煤气、氨、尿素、甲醇和烃类的中间产物等。煤炭气化比直接燃烧具有更大的优越性:燃烧稳定,无环境污染;便于输送、净化,原料的组成和投料量都容易调节控制;简化了生产工艺和设备。5原料的提取褐煤蜡是指褐煤经有机溶剂抽提所得的抽提物———粗蜡煤油,即沥青A。提取的蜡是制造涂料、油漆、橡胶添加剂、润滑油和高级蜡纸的原料。利用褐煤生产的腐植酸类型很多,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。6微生物及其产物用微生物降解褐煤,以生产各种燃料及一些化工原料(如甲烷、氢气、丙酸、丁酸、乙酸)的研究近年来很受重视。煤在微生物参与下大分子会发生解聚。生物降解的机理一般认为有以下几种:(1)微生物生长过程中培养基中的多肽或多胺产生的碱性物质可溶解褐煤中的酸性成分。(2)微生物分泌的螯合剂和表面活性剂对褐煤具有部分液化作用。(3)微生物分泌的胞外酶对褐煤的降解。其中微生物通过向体外分泌胞外因子来解聚煤中大分子物质是主要的降解机制。褐煤经微生物降解后,黄腐酸含量有所提高,腐植酸化学活性有所增强,可改良土壤,促进农作物生长,同时,它还可促进植物对氮、磷、钾等养分的吸收,是不可多得的植物生长调节剂。在各种深井钻探中,褐煤的腐植酸可作为泥浆的调整剂,调节和维护泥浆的工艺性能,提高钻探质量。褐煤的微生物转化与利用与传统的工业转化相比,具有能耗低、转化条件温和、转化效率高、转化产物的经济效益和应用价