我国低阶煤热解提质技术进展.docx
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我国低阶煤热解提质技术进展
我国低阶煤热解提质技术进展
低阶煤是指煤化程度比较低的煤(一般干燥无灰基挥发分>20%),主要分为褐煤和低煤化程度的烟煤。
褐煤包括褐煤一号(年轻褐煤)和褐煤二号(年老褐煤)2类,约占我国煤炭探明保有资源量的13%,主要分布于内蒙古东部和云南,少量分布于黑龙江辽宁山东吉林和广西等地区,近年发现新疆等区域亦赋存褐煤。
低煤化程度的烟煤包括长焰煤、不黏煤和弱黏煤,约占我国煤炭探明保有资源量的33%,主要分布于陕西、内蒙古西部和新疆,其次为山西、宁夏、甘肃、辽宁、黑龙江等地区,吉林、山东和广西等地区少量赋存。
褐煤全水分高达20%~60%,收到基低位发热量一般为11.71~16.73MJ/kg。
由于高水分,高含氧量,低发热量,再加上褐煤易风化和自燃的特性,其不适合远距离输送,应用受到很大限制。
低煤化程度的烟煤原煤灰分一般低于15%,含硫量低于1%鄂尔多斯盆地不黏煤和弱黏煤为特低硫-低硫特低灰-低灰煤。
国家能源科技十二五规划将褐煤/低阶煤提质改性技术和中低温煤焦油制清洁燃料及化学品关键技术列为重大技术研究计划,研究具有自主知识产权的、适应性广的褐煤/低阶煤提质改性技术与工艺,针对中低温干馏焦油开发提取化学品及加氢制清洁燃料先进技术,低阶煤热解提质迎来了一次良好的发展机遇。
1热解提质技术发展历程
(1)我国煤热解技术的自主研究和开发始于20世纪50年代,北京石油学院(现为中国石油大学)、上海电业局研究人员开发了流化床快速热解工艺并进行10t/d规模的中试;大连工学院(现为大连工工大学)聂恒锐等人研究开发了辐射炉快速热解工艺并于1979年建立了15t/d规模的工业示范厂;大连理工大学郭树才等人研究开发了煤固体热载体快速热解技术,并于1990年在平庄建设了5.5万t/a工业性试验装置,1992年8月初投煤产气成功;煤炭科学研究总院北京煤化学研究所(现为煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院)研究开发了多段回转炉温和气化工艺,并于上世纪90年代建立了60t/d工业示范装置,完成了工业性试验后续国内又涌现出的代表性工艺有浙江大学循环流化床煤分级转化多联产技术、北京柯林斯达科技发展有限公司带式炉改性提质技术、北京国电富通科技发展有限责任公司国富炉工艺。
(2)近年来,我国在进行自主研发的同时引进了美国的CCTI工艺,计划用于内蒙褐煤的热解提质。
(3)在引进LFC工艺的基础上,大唐华银电力股份有限公司和中国五环工程有限公司组建技术联合体对其进行创新性研究开发,重新申请专利和商标,更名为LCC工艺。
2典型的热解提质工艺技术
以下为国内正在规划建设或运行的典型热解提质工艺技术。
2.1DG工艺
DG工艺(也称煤固体热载体法快速热解技术)由大连理工大学开发。
平庄150t/d工业试验装置流程由备煤煤干燥流化提升加热焦粉冷粉煤与热粉焦混合换热煤热解流化燃烧煤气冷却输送和净化等部分组成平庄工业性试验新法干馏流程见图1
图1平庄工业性试验新法干馏流程
1煤槽;2干燥提升;3干煤槽;4混合器;5反应器;6加热提升管;7热焦粉槽;8流化燃烧炉;9旋风分离器;10洗气管;11气液分离器;12分离槽;13间冷器;14除焦油器;15脱硫箱;16空气鼓风机;17引风机;18煤气鼓风机
原煤粉碎后进入干燥预热系统,用热烟气(约550℃)进行气流干燥预热并提升至干煤贮槽,烟气除尘后经引风机排入大气。
干煤(约120℃)经给料机加入到混合器,在此与来自热焦粉槽的粉焦(约800℃)混合,然后进入反应器完成快速热解反应(550~650℃),析出热解气态产物。
荒煤气经除尘去洗气管,在气液分离器分离出水和焦油,经间冷器分离出轻汽油,煤气经鼓风机加压除焦油和脱硫后入煤气柜。
由反应器出来的半焦部分经冷却后作为产品,剩余半焦(约600℃)在加热提升管底部与来自流化燃烧炉的含氧烟气发生部分燃烧,半焦被加热至800~850℃后提升到热焦粉槽作为热载体循环。
由热粉焦槽出来的热烟气去干燥提升管,原煤在干燥提升管完成干燥过程。
2.2MRF工艺
MRF工艺(多段回转炉温和气化工艺)由煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院开发该工艺主体设备是3台串联的卧式回转炉,MRF工艺流程见图2
图2MRF工艺流程
1干燥炉;2热解炉;3熄焦炉;4加热炉;5除尘器;6引风机;7排料阀
原料煤在干燥炉经直接干燥脱出70%的水分;原料煤热解在外热式热解炉内进行,避免荒煤气被其他气体稀释,热解温度550~750℃,热解得到的荒煤气经除尘冷却后回收煤气和焦油;热半焦经水力熄焦后排出。
辅助工艺包括原料煤储备焦油分离储存煤气净化半焦筛分及储存锅炉房和质量检验等单元。
热解加热炉可以单独或同时使用气体燃料和固体燃料。
2.3循环流化床煤分级转化多联产技术
75t/h循环流化床煤分级转化多联产工业示范装置由浙江大学与淮南矿业集团合作建立。
示范装置主要由2部分组成:
流化床气化(热解)炉和循环流化床锅炉半焦燃烧发电系统,75t/h循环流化床多联产装置工艺流程见图3
图375t/h循环流化床多联产装置工艺流程
1锅炉;2分离器;3热解炉;4激冷塔;5电捕焦油器;6间冷器;7二次电捕;8缓冲罐;9煤斗;10点火器;11汽包;12水封槽;13焦油池;14循环水池;15轻油池;16除尘器;17烟囱
原料煤进入气化炉后与来自锅炉旋风分离器的高温循环灰混合,在600℃左右的温度下进行热解,产生的粗煤气焦油雾及细灰渣经气化炉旋风分离器除尘进入急冷塔和电捕焦油器,冷却捕集焦油和轻油后由煤气排送机送入缓冲罐,部分煤气送回气化炉作为流化介质,其余进入脱硫等设备净化后再利用。
热解半焦和循环灰经返料机构进入锅炉燃烧,高温物料随高温烟气一起通过炉膛出口进入旋风分离器,分离后的烟气进入锅炉尾部烟道,先后经过热器再热器省煤器及空气预热器等受热面产生蒸汽用于供热和发电。
分离下来的高温灰进入返料机构,部分高温灰进入气化炉,其余则直接送回锅炉炉膛。
2.4带式炉改性提质技术
带式炉改性提质技术是北京柯林斯达科技发展有限公司开发的褐煤提质工艺。
带式炉由炉体驱动系统输送系统和自动控制系统4部分组成,配套系统为燃煤热风炉和产品冷却系统,带式炉改性提质工艺见图4。
图4带式炉改性提质工艺
1干燥段;2改性炭化段;3冷却段;4热风炉;5烟冷器
原料煤由入炉端均匀分布在耐热金属材质的输送带上,在中性气氛下依次经过干燥段改性(炭化)段,与热烟气(含氧量<3%)穿层换热完成干燥脱水和改性(炭化)提质过程,最后进入冷却段被冷烟气(含氧量<3%)冷却成为提质煤改性提质时所用热量来自燃煤热风炉,炭化提质热源来自自产煤气,并副产焦油输送带速度可调,温度能够实现自动控制。
2.5GF-I型褐煤提质工艺
GF-I型褐煤提质工艺由北京国电富通科技发展有限责任公司开发。
该工艺核心设备是采用外燃内热式的低温热解方炉,GF-I型褐煤提质工艺流程见图5。
图5GF-I型褐煤提质工艺流程
1煤斗;2预热段;3干燥段;4干馏段;5冷却段;6半焦;7除尘器;8双竖管;9间冷器;10电捕;11酚水槽;12初焦油分离器;13焦油槽;14油分离器;15轻油槽;16最终油分离器;17煤气加压机;18燃烧器;19冷水塔
煤斗内的原料煤利用冷却段出来的热烟气进行初步预热后经插板门进入干燥段。
干燥段设有4个燃烧器,燃烧所需煤气来自热解煤气,在该段煤中95%以上的水分被脱除,同时煤的温度被提高到150℃左右,干燥段烟气送入冷却段用于半焦冷却,干煤继续下行进入干馏(热解)段热解段设有4个燃烧器,燃烧所需煤气同样来自热解煤气,热解反应温度约560℃。
热解段产生的荒煤气经除尘后进入冷却净化系统回收焦油和煤气,最后煤气经由加压机抽出返送回提质炉供干燥段和热解段燃烧用。
热解半焦下行进入冷却段,经来自干燥段的冷烟气冷却降至80℃以下,由推焦机推入埋刮板机内汇集到输焦胶带运往储焦仓。
2.6神华模块化固体热载体热解工艺
神华模块化固体热载体热解工艺由神华煤制油化工研究院开发神华模块化固体热载体热解工艺流程见图6。
图6神华模块化固体热载体热解工艺流程
1煤回转干燥器;2混料器;3热解器;4除尘器;5洗涤冷却器;6油水分离器;7提升机;8分料器;9半焦加热回转窑;10筛分;11鼓风机;12燃烧器;13引风机
原料煤经回转干燥器干燥后与来自半焦加热回转炉的高温半焦混合,在移动床热解反应器内完成热解反应。
2.7固体载热褐煤热解技术
基于固体载热褐煤热解技术由清华大学-天素投资节能减排联合研发中心开发,120万t/a褐煤深加工项目热解系统工艺流程见图7。
图7120万t/a褐煤深加工项目热解系统工艺流程
1干燥段;2存料槽;3一级干馏;4二级干馏;5半焦槽;6冷却器;7提升管;8燃烧床;9热焦槽;10混合;11荒煤气净化;12补燃室;13热风炉;14鼓风机;15除尘器
该系统采用固体热载体流化床快速干馏(热解)工艺,利用自产煤气作为流化介质,燃烧床内高温含灰半焦作为热载体。
燃烧床内为贫氧状态,部分半焦燃烧提供系统运行所需要的热量,其余半焦升温后作为热载体。
燃烧床生成的烟气(含可燃成分)进入补燃装置燃烬并副产蒸汽供园区使用,降温后的烟气作为干燥装置的热源。
2.8褐煤热溶催化新工艺
自1998年起,顺鑫煤化工科技有限公司开始研究褐煤热溶催化新工艺120kg/d小型连续试验装置工艺流程见图8。
图8120kg/d小型连续试验装置工艺流程
1备煤制浆;2一段预热器;3脱氧预处理反应器;4二段预热器;5催化热熔反应器;6常压塔;7外循环减压塔;8减压焦化器;9溶剂加氢反应器
在热溶催化转化过程中,采用加氢蒽油作为反应的初始溶剂通过一定次数的循环,溶剂达到稳定平衡,自身产生的转化油可以作为循环溶剂,并满足工艺要求。
2.9煤拔头煤炭综合利用新工艺
20世纪80年代中国科学院郭慕孙院士提出了煤拔头工艺,中国科学院过程工程研究所对煤拔头。
煤炭综合利用新工艺进行了开发,该项技术也称BT工艺,属于多联产范畴煤拔头中试工艺系统由5部分组成:
锅炉主机系统快速加热快速分离系统快速冷却系统物料输配系统和控制与测量系统。
煤拔头中试工艺系统见图9。
图9煤拔头中试工艺系统
1循环流化床;2空气预热器;3快速热解下行床;4惯性分离装置;5急冷器;6沉降池;7空气冷却器;8轻质油槽;9罗茨鼓风机;10快速分离器;11热回料旋风分离器;12贮煤斗;13旋转卸料器;14煤气风机;15接灰器
该工艺通过下行床与循环流化床的耦合实现煤粉从下行床的顶部加入,与来自提升管的循环热强烈混合并升温,在常压较低温度(550~700℃)无氢气无催化剂的条件下实现快速热解。
生成的气相产品在下行管的底部通过快速分离器分离后,进入急冷器进行快速冷却,最终得到液体产品。
2.10优质煤产品生产装置及生产系统
李柏荣公开了一种优质煤产品生产装置及生产系统,该生产装置包括外壳进料斗出料斗导热机构和排气机构国邦清能采用连续干馏热解定位提质技术及成套设备(LCP)建成了100万t/a褐煤热解提质工程优质煤产品生产装置见图10。
图10优质煤产品生产装置
1上部进料段;2中部进料段;3下部进料段;4上出料段;5下出料段;6多个导热介质导出部;7多个导热介质导入部;8多个导热管;9翅片;10中心排
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- 我国 低阶 煤热解提质 技术 进展