低阶煤分质清洁利用多联产试验总结

孙双红

(山西阳煤丰喜肥业〔集团〕有限责任公司 山西运城 044000)

低阶煤分质清洁利用多联产试验总结

孙双红

(山西阳煤丰喜肥业〔集团〕有限责任公司 山西运城 044000)

为了指导晋北现代煤化工园区的项目建设，获得低阶煤热解后的提质煤、煤气、焦油和废水的产量、收率、组分等方面的数据，在不同工况下进行了为期2个月的低阶煤分质清洁利用多联产中试试验。试验结果表明：热解炉可将煤中90%以上的挥发分提取出来，生产出高附加值的油气产品；提质煤产率随热解温度的升高而降低，煤气产率随热解温度的升高而增大；在热解温度700 ℃、热解时间7 h的条件下，焦油产率达到最大值(6.29%)；热解废水产率随热解温度的升高变化不大；煤气中CH4含量较高，适合生产合成天然气。

低阶煤；提质煤；热解；试验总结

为获得山西阳煤丰喜肥业(集团)有限责任公司晋北公司(以下简称晋北公司)低阶煤热解后的提质煤、煤气、焦油和废水的产量、收率、组分等方面的数据，以指导晋北现代煤化工园区的项目建设，进行了不同工况下的低阶煤分质清洁利用中试试验。在为期近2个月的试验过程中，取样分析70余次，为项目建设提供了真实可靠的技术数据。

1 项目概况

1.1 试验概述

对晋北公司1#煤(<50 mm)在不同工况条件下进行了3个阶段的试验；2#煤采用20～50 mm块煤和<20 mm粉煤2个粒级在不同的工况条件下分别进行了3个阶段的试验。

试验于2016年2月15日开始，2016年4月10日结束，共计57 d，期间停炉降温检修17 d。

1.2 原料煤工业分析数据

入炉原料煤工业分析数据见表1。

1#煤具有高灰分、低挥发分、弱黏结性的特点，且粒度越小灰分越高，<0.5 mm的粉煤干基灰分高达39.54%，故所产提质煤灰分更高(>40%)，导致提质煤利用率低、用途受限且价格低、运输成本和热解能耗高。原煤挥发分低于25%(Vd=24.44)，则经热解得到高附加值的油气产品产率低，影响经济效益。

表1 入炉原料煤工业分析数据

煤种粒径/mm水分Mt/%灰分Ad/%挥发分/%VdVdaf固定碳FCd/%发热量Qnet,ar/(MJ·kg-1)焦渣特征CRC1#混煤<50.011.5237.4424.4439.0738.1216.2222#块煤20.0～50.05.2815.6132.6038.6351.7925.4142#粉煤<20.07.5521.6830.3138.7048.0222.7441#粉煤<0.514.3839.5423.5638.9622.5315.4521#块煤5.0～40.08.1931.3025.7637.4934.7719.4222#煤<0.512.4126.0628.8639.0345.0820.1242#煤0.5～10.09.2222.0430.3838.9647.5922.5542#煤>10.05.4817.4032.8639.7849.7524.674

注：1)水分、灰分、挥发分和固定碳均为质量分数，下同

2#煤的灰分显著下降，经热解得到的提质煤灰分也会显著降低；挥发分有了较大提升，经热解可以得到大量高附加值的油气产品；焦渣特征为4，黏结指数GRI为16，综合判断2#煤具有一定的黏结性。

从表1分析数据可看出，1#煤不宜作为热解原料，而2#煤则满足热解炉对煤质的要求。

2 试验流程

试验流程如图1所示。

原料煤经斗提机提升至煤仓后依靠自身重力进入热解炉干馏室，经干燥、预热、干馏等几个阶段后生成提质煤，然后进入炭化室底部的提质煤冷却器内。每隔一段时间关闭提质煤冷却器下部的平板闸门，降低出料小车位置并移出提质煤冷却器底部，将小车上出料槽内提质煤倒出称重、装袋储存，然后将出料槽放在小车上推至提质煤冷却器底部，再将小车升起后打开提质煤冷却器下部的平板闸门。提质煤冷却器水夹套内通入循环水，采用干法间接冷却提质煤至40 ℃。

图1 试验流程

煤在炭化室热解过程中产生的热煤气沿炭化室上升，并不断地将其显热传递给处于预热状态的煤料后汇集至干馏室顶部煤仓底座空间，经荒煤气导出管进入1#冷却分离器和2#冷却器分离器进行冷却，荒煤气中大部分的焦油和热解水冷凝后进入油水分离罐，冷却降温至35 ℃左右的荒煤气通过丝网除焦油器除去夹带的焦油雾后进入热解气燃烧火炬点火放散。

在丝网除焦油器中分离下来的含有焦油的冷凝液送入油水分离罐中，经静置分层后进行油水分离。

3 试验结果及数据分析

3.1 试验结果

在57 d内，先后进行了9次不同条件下的低阶煤分质清洁利用热解试验，试验产品为提质煤、焦油、热解煤气及热解水，每个条件下对应的试验结果如表2所示。

试验结果表明：1#煤的灰分含量高、挥发分含量低，造成热解试验油气产率低、提质煤产率高；2#块煤油气产率高于2#粉煤；在相同的热解时间下，随着热解温度的升高，半焦产率降低，煤气产率增加；以2#块煤为原料，在热解温度700 ℃、热解时间7 h的条件下，焦油产率达到最大值，为6.29%；对同一煤种，热解水产率随热解温度升高和热解时间的延长变化不大。

表2 不同条件下低阶煤分质清洁利用热解试验结果

煤种阶段试验条件原煤处理量/kg产品产量及产率提质煤焦油热解水煤气产量/kg产率/%产量/kg产率/%产量/kg产率/%产量/kg产率/%损失损失量/kg损失率/%耗热量/(kJ·kg-1)1#煤1750℃,60min出一次料1091.50762.0069.8121.902.01180.1016.50185.6010.2016.171.4828862750℃,90min出一次料1490.001010.0067.7929.101.95282.5518.96238.409.2830.072.0229623800℃,60min出一次料1487.00设备故障,未收集数据20～50mm2#块煤1700℃,90min出一次料698.15472.7567.7143.906.2966.109.50155.7014.9011.111.5930422700℃,40min出一次料645.05436.1567.6138.055.9069.0010.70123.2012.2023.003.5725283750℃,60min出一次料484.00322.1066.5527.355.6555.1011.4096.8012.8017.503.623831<20mm2#粉煤1650℃,60min出一次料628.65467.2074.3223.303.7170.2011.2069.157.0023.693.7727382700℃,60min出一次料524.15372.0570.9824.104.6071.9513.7378.629.904.160.7933383800℃,60min出一次料1153.20754.3565.4148.504.21131.7011.42267.6514.6050.044.343425

3.2 产品数据分析

3.2.1 提质煤

不同煤种在不同试验条件下所产生的提质煤工业分析数据如表3所示。

表3 提质煤工业分析数据

煤种阶段水分Mt/%灰分Ad/%挥发分/%VdVdaf固定碳FCd/%发热量Qnet,ar/(MJ·kg-1)焦渣特征CRC1#煤10.7840.692.834.7755.7016.62122.9346.672.795.2247.6113.65130.8345.752.594.7651.6714.71120～50mm2#块煤10.5118.652.933.6078.4325.01120.2323.374.255.5472.3823.33130.4423.303.604.7173.1023.281<20mm2#粉煤10.3825.423.534.7571.0522.51120.3527.075.026.8867.9121.89130.1828.161.902.6569.9421.541

由表3可知：试验产生的提质煤水分Mt<1%，几乎不含水，提质煤利用率高，同时降低了提质煤的运输成本；提质煤的挥发分随着热解温度的升高和热解时间的延长而降低，大部分试验条件下对应的提质煤挥发分Vdaf<5.00%，800 ℃试验条件下甚至达到挥发分Vdaf<2.50%，说明试验油气提取率很高，可以达到90%～95%。试验结果表明，产出的提质煤除可满足一般工业生产要求外，还可用作民用无烟燃料，可有效减少PM2.5和有害气体的排放。

3.2.2 焦油和热解水

焦油和热解水由热解过程中产生的冷凝液分离而来。热解产生的冷凝液在油水分离罐中静置约1 h后，焦油与热解水即可分层。试验所得焦油和废水数据如表4所示。

3.2.3 热解煤气

低阶煤提质热解煤气组成分析结果如表5所示。

表4 试验所得焦油和废水数据

煤种阶段废 水pH色度/倍组分/(mg·L-1)CODNH3-N油挥发酚焦 油密度/(kg·m-3)w(H2O)/%w(粉尘)/%1#煤9.78255278008739.1892.34728.81.01422.200.7920～50mm2#块煤19.872566097022245.1876.53587.71.0466.361.2629.277184514921814.41.0457.011.3439.287144514726944.81.0463.091.43<20mm2#粉煤19.025004064316742.61.0487.691.3629.095003790814225.81.0503.401.4439.136004103420154.81.0513.591.73

表5 低阶煤提质热解煤气组成分析结果

煤种阶段组分/%(体积分数)H2CH4COC2H4C2H6CmHmN2O2CO2热值Qnet,v,d/(MJ·m-3,标态)1#煤243.4532.997.461.182.911.502.880.557.0822.0520～50mm2#块煤142.7633.4610.031.613.371.001.640.265.8822.96239.6332.8013.671.523.351.001.420.286.3522.17343.0730.5010.020.882.751.502.980.737.5721.16<20mm2#粉煤144.9728.7711.500.863.121.502.290.176.8321.13253.5722.1412.150.351.211.000.950.218.4217.73345.5027.1511.992.262.821.003.070.605.6520.64

由表5可以发现：在煤质和热解时间相同的条件下，随着热解温度的不断升高，热解煤气中H2和CO含量也随之升高，而CH4和CO2含量不断下降；在煤质和热解温度相同的条件下，延长热解时间，热解煤气中的H2，CH4和CO含量均有所增加，煤气热值随着热解温度的升高整体呈下降趋势；热解煤气的热值较高，最小值与焦炉煤气热值接近。

试验结果表明，热解煤气中H2，CH4，CO和CO2的含量随热解温度和热解时间的改变而改变，而其他组分变化则不太明显，因此，在工业化生产过程中可通过调节热解时间和热解温度的方法来满足下游产业对煤气组成的要求。

5 结语

(1) 提质煤产品挥发分Vdaf均在5%以下，说明热解炉可将煤中90%以上的挥发分提取出来，生产出高附加值的油气产品。

(2) 提质煤产率随着热解温度的升高而降低，煤气产率随着热解温度的升高而增加。

(3) 在热解温度700 ℃、热解时间为7 h的条件下，焦油产率达到最大值(6.29%)；热解废水产率随热解温度的升高变化不大。

(4) 热解煤气中CH4含量较高，适合生产合成天然气。

Sum-UpofExperimentonPoly-GenerationofCascadeandCleanUtilizationofLowRankCoal

SUN Shuanghong

(Shanxi Yangmei Fengxi Fertilizer Industry 〔Group〕 Co., Ltd., Yuncheng 044000, China)

In order to guide the construction project of north Shanxi modern coal chemical industry park, and to obtain data from several aspects including output, yield, components etc. of upgraded low rank coal, coal gas, tar and waste water after pyrolyzation of low rank coal, a pilot scale experiment of cascade and clean utilization of low rank coal is carried out under different working conditions for a period of two months. Experimental results show that pyrolyzing furnace can extract more than 90% of volatile components from coal, producing oil- gas products with high added- value; yield of upgraded low rank coal decreases with the increase of pyrolysis temperature, and the yield of coal gas increases with the rising of pyrolysis temperature; under conditions that the pyrolysis temperature is 700 ℃ and pyrolysis time is 7 h, the yield of tar reaches a maximum value (6.29%); the yield of pyrolysis effluent shows no big change with the rising of pyrolysis temperature; the coal gas containing high content of CH4is suitable to produce synthetic natural gas.

low rank coal; upgraded low rank coal; pyrolyzation; sum- up of experiment

TQ530.2

A

1006- 7779(2017)04- 0045- 04

2017- 02- 12)

孙双红(1972—)，男，工程师，主要从事煤化工领域的技术研发及管理工作；ssh185@163.com