褐煤低温干馏原理及工艺分析

刘彦强

（中海油大同煤制气项目组，山西 大同 037100）

1 低温干馏原理

低温干馏，是煤干馏方法之一，指采用较低的加热终温（500～600℃）使煤在隔绝空气条件下，受热分解生成半焦、低温煤焦油、煤气和热解水的过程。

1.1 煤干馏机理

目前普遍认为煤的干馏过程是自由基反应的过程［2］。煤的干馏首先是弱键受热断裂，主要是-CH2-、-CH2-CH2-、-O-、-S-S-和-CH2-O-等一些与结构单元相连接的桥键发生裂解变成自由基。通过电子顺磁共振的研究发现，在不断的加热过程中，温度达到300℃左右时，煤中就会产生自由基，且自由基的浓度随着温度的升高会不断增多，这个过程与热解低级烃的过程相似，都是按照自由基的链式机理进行的［3］。自由基紧接着与氢结合转变成挥发分，如果反应因缺少氢而不能进行，则自由基之间相互发生聚合生成半焦或者焦炭。

1.2 煤干馏的一般特征

褐煤干馏的大致分为三个阶段，即干燥脱气阶段、第一次受热热分解的阶段和第二次受热热分解的阶段。

1.2.1 干燥脱气阶段

褐煤的干燥脱气发生在常温到300℃附近，褐煤中含有大量的水分，受热时蒸发脱出，大部分水分在温度达到200℃时已经蒸发。一些附着在煤的孔隙中的气体同时脱出，温度超过200℃后，褐煤中发生脱羧基的反应，大量的CO2气体在这个阶段从煤中脱出。部分年轻的褐煤在此过程中由于脱水作用引起煤结构的改变，崩裂导致细微粒度增多，产生大量的煤粉尘。

1.2.2 第一热分解阶段

褐煤在300℃到600℃左右发生剧烈的反应，此阶段为褐煤的活泼分解阶段，褐煤中的大分子结构单元大量分解解聚，生成大量的挥发气体，主要是H2、CO、CH4等可燃性气体，半焦是第一热分解阶段的主要固体产物，另外，焦油也在这个阶段大量生成。

1.2.3 第二热分解阶段

大约600～900℃是煤干馏的第二热分解阶段，这个阶段的主要反应有三类：即氢的脱落反应；芳香烃侧链连接的小分子如甲基等的反应；聚合反应。焦油蒸气由于在高温下发生了二次热解，因此焦油产率在这一阶段随着温度的升高反而下降，挥发分的析出在此阶段也逐渐下降。在这个阶段固定碳的含量不断增加，煤气浓度也大幅度的提高，其中以H2含量增加最快。这个阶段的主要固体产品仍然是高固定碳含量、低挥发分的半焦，焦油产率降低，而煤气产量有较大的提高。

2 国内外褐煤低温干馏技术工艺

2.1 DG工艺

DG工艺是将热解后的半焦作为热载体，与煤混合后加热，热解得到半焦、煤气和焦油的技术，全称为固体热载体热解工艺，是大连理工大学开发的，已经进行了工业试验，取得了巨大的成功，这种工艺的主要特点是：固体产物半焦的发热量显著提高，可用于水煤浆气化；液体产物焦油的黏度和凝点都很低，有利用进一步加工；气体产物煤气的热值很高，能够用于合成气；易于和其他煤化工加工技术配合实行多联产；对原料的利用效率相当高，可有效解决褐煤利用效率低的问题。DG 工艺主要由三个系统组成，分别是脉冲气干燥预热系统、热烟气发生系统、热载体提升循环和混合热解反应系统。

2.2 流化床热解联产工艺

此工艺由浙江大学开发，其典型特点是干馏得到的半焦和放热后的循环灰一起进入循环流化床锅炉，燃烧产生的过热蒸汽用来供热和发电。在气化炉中干馏产生的煤气经过处理后输出作为产品出售。工艺程如图3-1所示。

图3-1 流化床热解工艺流程图

2.3 MRF工艺

此工艺由煤科总院北京煤化所研发，适用于块状低阶煤的干馏。选取的原煤粒度为6～30mm，首先采用外部加热干馏原煤，干馏产生的半焦再转入到增碳炉中进行提质，得到低挥发分的半焦。该工艺典型特点是产物容易分离，且能得到高质量的煤气、半焦。

2.4 鲁奇-鲁尔煤气法

鲁奇-鲁尔煤气法简称LR 工艺，由德国Lurgi 和Ruhrgas两个公司联合开发，是一种主要用于高挥发分的低阶煤制取多量焦油的固体热载体法工艺。它的工艺流程主要包括热载体收集槽、提升管、干馏反应器和螺旋式的混合器所组成的循环系统，核心设备是双螺旋式混合器。该工艺与其他工艺相比，优势在于设备结构比较简单，产油率较高且能耗很低。

2.5 西方热解法

西方热解法又称作Garrett法，是Garrett公司开发。该工艺比较成熟，其特点是用干馏半焦作热载体，快速干馏以防止焦油进行二次热解，目的是提高焦油的产率。不过该工艺处理原煤量比较小，原因是原煤与半焦热载体的充分热接触加剧了煤的微粉碎，从而使循环的半焦热载体增多。

2.6 二段加热改质工艺

二段加热改质工艺是由日本日立公司和丸红公司联合开发，原煤经过干燥后先在250～450℃间进行轻度热解，再进行冷却，然后用热解过程中产生的焦油进行涂敷，以减少煤表面的孔隙，大大改善了提质煤的自燃性。实验发现二段加热改质工艺使提质煤的工艺性质得到了明显的改善。

2.7 TOSCOAL法

TOSCOAL法原先是为开发油页岩资源而设计的，后来进行了改进，用于煤的干馏。与其他干馏工艺相比，TOSCOAL法的不同之处在于它使用的热载体是陶瓷球，也是快速热解以便得到液体产品焦油。但其明显劣势是煤在热解过程中到达黏结性阶段时会附着到陶瓷球上，使工艺能效降低。

2.8 3TX（ETCh）-175工艺

该工艺是由俄罗斯开发的固体热载体粉煤干馏技术，其工艺流程为：低阶煤首先破碎，然后用烟道气进行干燥脱出大部分的水分，干燥后的粉煤送入气流式预热器中预热后与热载体混合干馏，分离处理得到产品煤气和焦油，生成的半焦由干馏室排出用于发电。

3 结论

褐煤低温干馏工艺较多，比对其优缺点发现选取何种工艺技术，需要综合考虑褐煤原料煤质、目的产物产率、投资费用、工艺能耗和三废排放等因素，褐煤低温干馏工艺的优化和选取需要综合工艺的技术性和经济性。

［1］李春柱.维多利亚褐煤科学进展［M］.北京:化学工业出版社，2009.

［2］邹继军.对褐煤综合利用的几点认识［J］.科技信息，2009，（25）:362.

［3］贺永德.现代煤化工技术手册［M］.北京:化学工业出版社，2004.