国内低阶煤最新热解提质梯级利用技术发展概述

吕庆銮+满杰+王丽+尹慧君

摘 要：简述了近年几种最新低阶煤提质梯级利用技术，并总结了各自的技术特点，同时提出开展和建设低阶煤分质转化项目建议。

关键词：低阶煤；热解提质；梯级利用；概述

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.064

1 低阶煤提质利用背景

低阶煤的煤化程度较低，包括长焰煤、不黏煤、弱黏煤、褐煤等煤种，其资源储量丰富，占我国已探明煤炭储量的50%以上，主要特征为挥发分高、含水量高、发热量低、易燃易碎、不适宜长距离运输，褐煤在这方面尤其突出，应用受到很大限制。国家“十三五”规划纲要中，将“煤炭清洁高效利用”列为九项重大工程之一，特别是将“低阶煤中低温热解分质转化”列为国家“十三五”时期“能源发展重大工程”和“能源关键技术装备”。低阶煤分质梯级利用思路就是通过一个相对简单的中低温加热，常压生产，实现煤炭的分质，得到气（煤气）、液（焦油）、固（半焦）三相物质，这是目前能耗、物耗最低的煤炭转化方式。

目前，我国已开发了很多热解工艺，如煤炭科学研究总院的多段回转炉（MRF）热解技术[1]，大连理工大学研究开发的DG工艺[2]，浙江大学的多联产技术[3]，中国科学院过程工程研究所“煤拔头”工艺[4]，大唐华银电力股份有限公司低阶煤低温热解改质利用技术（LCC）[5]等。笔者现将近年来新开发研制的几种低温热解技术作一简要概括并总结其技术特点，为尽早实现低阶煤综合利用的工业化，促进能源结构合理调整和产业结构升级转型，产生积极的促进作用。

2 近年低阶煤主要热解提质技术概况

2.1 低阶煤旋转床低温干馏制油、制气分质利用技术

该技术由河南龙成集团有限公司开发，解决了梯级供热智能控温、高温旋转动态密封两大煤干馏技术难题，并在世界范围内率先实现了规模化、工业化稳定运行，为低阶煤分质梯级利用开辟出一条新路子。

2011年10月，30万吨/年装置正式运营；2014年3月，1000万吨/年试生产，其单套装置处理能力达100吨/小时，洁净煤、煤焦油、煤气产率分别为71.53%、11.05%、9.87%。能源转换效率达90.7%，技术原料适应性很强（褐煤、长焰煤，碎煤、粉煤）；污水零排放，脱硫率达98%以上；可脱除原煤中20%的水，使洁净煤热值提高5%-10%；制油成本1724元每吨，制气成本1.57元每立方米，经济效益明显。

2.2 气化-低阶煤热解一体化技术（CGPS）

该技术由陕煤化集团开发并建成处理煤量为1万吨/年工业化试验装置。该技术的工艺特点主要有：利用热解半焦为气化原料，热解煤气作为热载体为热解炉提供热量，在热量上实现自平衡；产生的热解气主要成分为CO、CH4和H2，含有少量的N2，热值高、品质较好；焦油产率高，且焦油中高附加值轻质组分多，油品品质高，同时热解煤气合成气成分高，可直接提取LNG和H2；热解焦油轻质组分含量高，可最大限度的获得石脑油和汽油柴油等；单位产品CO2排放量明显降低，基本实现污水零排放，节能环保优势明显；实现了能量、物料、产品、工艺和装置的多重耦合。该技术推进了低阶煤定向热解制高品质焦油与煤气技术研发进程，居世界一流水平。

2.3 内构件移动床热解技术

该技术由中科院过程工程研究所开发，西南化工研究设计院完成40万吨/年示范项目工程设计。该技术的核心在于使用内构件移动床反应器，通过传热强化板、热解产物通道等内构件调控传热、传质，优化传递与热解反应间的匹配关系，实现重质组分在反应器内的选择性吸附截留，再分解重质组分，增加轻质组分，并通过反应器内部的颗粒床层的过滤减少热解产物的粉尘夹带。同时，通过短途径快速导出热解产物，避免热解产物在高温区的过度二次反应而降低焦油产率。

以气体热载体工艺开展1000吨级中试，在加热温度达到1200℃时，油收率可能达到理论收率的85%以上，所收集的油轻质组分含量高达70%以上，尘含量仅0.2%。我国目前每年生产消耗褐煤、次烟煤达到20亿吨，若将本项目示范的热解技术应用这些低阶煤，产生热解油的潜力可达到1.5亿吨/年，剩余热值4500 kcal/Nm3以上的热解气超过2000亿Nm3，大幅带动煤低温热解制油气产业的发展。

2.4 中-低温分段热解提烃技术

该技术由山西畅翔科技有限公司研发。外热式中低温分段热解装置设计采用型块物料下行速度<0.5mm/s的相对静态加热，避免了焦油受粉尘污染；设易控梯级温度加热区使馏出物分多段导出，有效克制二次裂解，大幅度降低焦油重质化。

以2000万吨/年长焰煤为例，每吨干长焰煤直接转化后的产品产率为洁净炭600～650kg，轻质焦油90～110kg，重质焦油10～20kg，轻烃油～25kg，富烃煤气200～250m3。能耗大大降低，比常规干熄焦降低电耗80%以上，降低热耗16%以上，余热回收综合利用；连续冷态密封加煤和排料，杜绝烟尘污染；烃二次热解率控制在20%以下，有效控制轻质焦油的重质化。若以每年10亿吨低阶煤先提取油气资源再发电，可提取油1亿吨左右（相当于原油1.5亿吨），提取烷烃气产品1000多亿m3，其余利用余热生产的合成气合成甲烷接近甚至超过提取烷烃气的量。

3 结论

低阶煤经过提质后，可作为优质水煤浆原料和优质动力燃料，实现了低阶煤资源利用价值最大化。开展低阶煤分质转化项目重点就是要开发出煤种适应性强、技术指标先进的核心技术和关键设备。项目建设应综合考量水资源、煤资源、交通运输、环境容量等条件，科学布局，推动热解工艺向规模化发展；建立健全低阶煤分质利用排放标准，通过先进净化、硫回收等技术，有效降低污染物排放，实现能源高效转化和经济绿色发展。

参考文献：

[1]马国君，戴和武，杜铭华.神木煤回转炉热解实验研究[J].煤炭科学技术，1994，32（11）：37-39.

[2]郭树才，罗长齐，张代佳等.褐煤固体热载体干馏新技术工业性试验[J].大连理工大学学报，1995，35（01）：46-50.

[3]方梦祥，岑建孟，王勤辉等.25MW循环流化床热、电、煤气多联产装置[J].动力工程，2007，27（04）：635-639.

[4]郭慕孙.煤拔头工艺[C].中国科学院第九次院士大会报告汇编.北京：科学出版社，1998：202-204.

[5]魏远，宾文锦，何曙光等.一种低阶煤的分步提质加工工艺和加工系统[P].中国：200810188298.8，2012（03）：28.