褐煤成型技术分析

2020-03-01 20:48:58 来源：范文大全收藏下载本文

褐煤成型技术

1褐煤多联产技术

褐煤多联产是以褐煤为原料，集褐煤预处理，气化，化工合成，发电，供热，废弃物资源循环利用等单元工艺构成的褐煤综合利用系统，其整个核心工艺是褐煤预处理及煤的干燥，干馏，成型，气化，燃烧，其过程是通过大规模的褐煤预处理提质后，将提质煤放在燃烧炉或气化炉燃烧和气化，气化后粗合成气通过气体净化单元处理后再通过合成反应器，生成合成氨，甲醇，二甲醚，合成油等洁净燃料或其它高附加值化工产品，反应尾气直接通往燃气-蒸汽联合循环发电或开展热，电，冷联产。

褐煤多联产工艺具有产品结构灵活，生产成本低，能源转化效率高和环境友好等特点，可以最大限度地处理或利用煤炭中的污染物，体现了循环经济的理念。由于我国的能源结构是以煤炭为主，而褐煤又占有相当的比重，并在相当长的时间内难以改变这种格局。因此，我国的经济要想可持续发展，就必须在实现褐煤资源的高效，洁净利用，优化终端能源结构上下功夫。褐煤多联产就是解决这一问题的综合利用技术。

2褐煤干燥

2.1褐煤干燥工艺

褐煤干燥提质按干燥介质与褐煤接触的方式划分，可分为两类：直接干燥和间接干燥。直接干燥是褐煤直接与热介质接触，通过热介质蒸发褐煤水分而达到干燥褐煤的目的。直接干燥可分为普通蒸发干燥，热油干燥，热水干燥，蒸汽空气联合干燥等。间接干燥通常是褐煤不直接与热介质接触，通过换热器与热介质换热，吸收热量蒸发水分而达到干燥的目的。德国多特蒙德大学Strau等研究开发了热压脱水工艺（MTE），国内中国矿业大学通过\"985\"优势学科平台建设，已搭建了褐煤热压脱水实验系统，国内大唐华银及一些电厂等单位正在作相关研究。

2.1.1褐煤直接干燥工艺

褐煤直接干燥通常是将热介质直接与褐煤接触蒸发水分而达到干燥褐煤的目的。按照干燥床型，干燥温度，进料时间或产品是块煤还是粉煤等因素来进行划分，工艺略有区别。普通干燥方式有固定床，流化床，回转窑等。每一种都有其优缺点。它们大部分都在相对低温条件下的干燥，通常干燥介质为热烟气。由于褐煤的燃点较低，干燥过程中常因局部过热，使煤质变差，控制不好还会引起燃烧和爆炸。但由于这些工艺在常压低温下进行，所以成本较低。如果干燥后的产品立即使用的话，可采用这些工艺，由于没有改变煤的疏松结构，一旦重新处于潮湿的空气或水中，又会迅速吸收失去的水分。

2.1.2褐煤间接干燥工艺

褐煤间接干燥通常是热介质不直接与褐煤接触，通过换热器吸收热量蒸发水分而达到干燥褐煤的目的。管式干燥机就是采用这种间接干燥的原理，煤在管内流动，蒸汽通过管壁传热，褐煤吸热达到干燥的目的。这种工艺具有安全性，可靠性的特点，因而，特别适用于燃点低，易燃，易爆的年轻煤种。

采取合理的结构可以取得较好的干燥效果。管式干燥机就是一种较好的间接干燥工艺技术。

2.2褐煤成型工艺原理

褐煤热压成型工艺是根据褐煤毛细孔模型的原理，褐煤中有大量含水的毛细孔，毛细孔中含有一定量的内水，经采用干燥工艺后，大部分的内水被干燥，少部分水分作为黏结剂。根据褐煤的类型和成型原理，需保留一定的水分，成型时毛细孔被压溃，进而充填煤粒间的空隙，呈现出相互作用的分子间力，加强了煤粒间的接触而成型。成型后的褐煤毛细孔结构被破坏，故重新吸附水现象大为降低。无黏结剂高压热压成型与有黏结剂成型比较，有其独特的优点。产品能量密度较高，含水量少，强度高，不需要添加有机黏结剂，有一定的防水褐煤烘干机

性，适合长途运输。

2.3国内外褐煤干燥研究应用情况

为了更高效地利用褐煤，国内的研究机构和企业都进行了大量的工作。目前，澳大利亚，美国，德国，希腊，波兰等国家都有丰富的褐煤资源，为了增加低阶煤在市场的竞争力，提高电厂效率，都进行了褐煤干燥技术的研究工作，其中褐煤的预干燥处理技术是这几年的研究重点。在欧洲，褐煤的干燥也是洁净煤技术项目中的一个重要组成部分。

美国针对褐煤，也在开展煤炭干燥和煤质改性的研究。印度尼西亚（简称\"印尼\"）拥有丰富的褐煤资源，原煤灰分很低，但水分高达20～60，因此，印尼煤炭企业也在寻求经济高效的褐煤干燥技术，以增强印尼煤在国际市场的竞争力。

国外新近开发研究的用于褐煤的气流干燥，流化床干燥等技术，属于快速直接干燥，其效率高，蒸发强度大，自动化程度高，但其投资较高，目前尚处于试验阶段。如德国RWE公司研发的蒸汽流化床干燥褐煤的工艺，澳大利亚研发的闪蒸干燥管干燥褐煤技术等。

目前，褐煤加工利用在我国刚刚起步。褐煤提质应根据褐煤质量性能，产品市场定位，选择相应的加工技术。目前我国研究开发的若干种褐煤提质技术中，已进行工业化试生产的技术主要有：大连理工大学的褐煤固体热载体法快速热解技术，鞍山热能研究院的褐煤低温干馏改质技术，北京柯林斯达能源技术开发公司的褐煤低温干燥改性提质技术等。这几种技术所采取的干燥方法和加热温度不同，产品方案和产品性能也有差异，均已在国内褐煤产地建立了工业化试生产装置。国内还有常见的回转圆筒干燥机，属于直接干燥，技术成熟，操作稳定，但设备体积，质量大，蒸发强度低，干燥停留时间长，不适宜用于高挥发分的褐煤干燥。目前中国煤炭科学研究院对此做过一些工作，但由于回转圆筒干燥机出力较低，基本否定用于褐煤干燥工业化生产。由上述可见，要满足未来煤炭技术需要的干燥方法，必须达到以下目标：减少对环境的污染；适应未来褐煤深加工工艺过程的需要；降低干燥过程的能源消耗，提高深加工过程的效率；降低生产成本，提高对进口燃料的竞争能力。

3褐煤预处理后的综合利用工艺褐煤通过干燥，干馏，成型后的产品可采用先进的气流床（粉煤加压气化），碎煤移动床（固定床加压气化）等气化技术将其大规模加压气化，具有环保性能好，原料适应，效率高的特点。煤气化后得到CO H2 CH4粗合成气，是制合成氨，甲醇，甲烷气，油品和IGCC的原料气体.

3.1褐煤制合成氨工艺

褐煤通过干燥，干馏或成型后进入气化单元，得到的合成气中的CO可通过蒸气变换，在催化剂作用下反应得到H2 CO2，其中的CO2是生产尿素的原料。变换气再经过气体净化，如低温甲醇洗，甲烷化（或液氮洗），配氮，压缩后进行氨合成，最后得到产品尿素，内蒙古呼伦贝尔盟金新化工有限公司投资31.5亿元的年产50万吨合成氨，80万吨尿素的煤化工项目已经开工建设。该合成氨装置以宝日希勒煤田的褐煤为原料，采用英国BGL熔渣煤气化技术，将于2011年6月建成投产。

3.2褐煤制甲醇工艺

利用褐煤预处理后进行煤气化得到合成气再作为甲醇原料是一个非常好的原料路线，甲醇无论是作为过渡性混合燃料，还是成为燃料电池的重要原料，有很好的前景。关键决定选择煤气化技术和装置规模。煤气化后得到（CO H2）粗合成气中CO H2是制甲醇的原料气。粗合成气先经预变换后，再经低温甲醇洗，压缩，甲醇合成，甲醇精馏，最后得到甲醇。扎赉诺尔煤业有限公司建设年产60万吨褐煤制甲醇生产线项目已经立项。内蒙古鲁新能源开发有限公司依托当地丰富的褐煤，水资源，规划建设年产300万吨甲醇项目，一期建设年产120万吨甲醇及转化烯烃项目。

3.3褐煤制氢工艺

20世纪70年代初国际上出现的石油危机使人们对石油天然气的安全供应问题有了深刻

的认识，从而促进了煤气化技术的进步。

通过气化实现能量的有效转换，以减轻对石油资源的依赖。粗合成气经变换后CO可降至0.2左右。再通过酸性气体脱除后，能得到98以上的氢气。在煤制油的直接液化工艺中，氢气是重要的原料；氢还可用做燃料电池的燃料。

3.4褐煤间接液化制备油品工艺

褐煤间接液化技术是先将煤气化生产合成气，然后以合成气为原料通过费托合成生产出馏程不同的液态烃。煤间接液化包括煤气化单元，气体净化单元，F-T合成单元，分离单元，后加工提质单元等。与直接液化技术相比，间接液化技术对煤质要求不高。南非于20世纪50年代开始建设商业化工厂，目前已形成年产700万吨产品生产能力。国内间接液化技术开发也有20年的历史，已建成了低温浆态床合成油中试装置，并进行了长周期试验运行，获得了高质量柴油产品。

2009年我国煤制油项目先后试车成功，神华集团的直接液化和中科合成油公司的间接液化自主知识产权煤制油技术得到验证。2009年1月，神华集团鄂尔多斯百万吨级直接液化煤制油示范装置试车成功，并于三季度进行第二次试车，截至12月份，已经总计出产了10万吨左右汽油，柴油等油品，首列石脑油专列于10月18日载着2300吨石脑油出厂运往天津港外销。神华煤制油化工公司18万吨/年的铁剂浆态床间接液化装置也成功试运行，神华集团也已经正式拿到成品油批发执照。截至2009年年底，我国煤制油产能达到168万吨。应用中科合成油公司铁基浆态床间接液化技术的3套工业试验装置也陆续投产。伊泰16万吨/年煤制油项目于2009年3月试车成功，并于9月正式投产，截至4季度，该项目累计生产油品1.2万多吨。伊第8期汪寿建：褐煤干燥成型多联产在工程实践中的应用和发展？1383？

泰煤制油公司和内蒙古石油化学工业检验测试所制定了《F-T合成柴油》，《F-T合成石脑油》企业标准，这两项标准填补了我国煤制油品标准的空白。预计在2010年我国已经建成的煤制油示范项目将陆续迈向商业化运营阶段，直接液化煤制油和间接液化煤制油的经济性，产品方案和质量指标将经受市场的考验。

3.5褐煤用于燃气蒸汽联合循环发电工艺

燃气蒸汽联合循环发电（integratedgasificationcombinedcycle，IGCC），是把高效的联合循环总能系统和洁净的燃煤技术结合起来的先进发电系统。

它由两部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉，空分装置，煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统，余热锅炉，蒸汽轮机发电系统。IGCC洁净煤发电的主要特点如下所述。

（1）热效率高，目前已达43～46，计划2010年可达到50.

（2）环保性能好。脱硫率98～99，NOx排放等同于天然气，CO2排放也降低。

（3）燃料适应性强，对高硫煤有独特的适应性。

（4）可用于对燃油联合循环机组及老燃煤电厂改造，达到提高效率，改善环保的目的。褐煤作为原料用于燃气蒸汽联合循环发电技术工艺流程。

IGCC的发展主要经历3个阶段：原理概念性验证阶段，商业示范验证阶段，商业化阶段。目前，对第二代阶段技术进行完善与提高，向第三代技术过渡并实现商业化应用已成为发电技术的主要发展方向。目前，美国各大集团（如GE，Texaco，Destec，FosterWheeler等），有关高校以及专业机构[美国电力研究所（EPRI），美国能源部能源情报署（EIA），美国国家能源技术实验室（NETL），美国环境研究中心（NCER），美国气化技术协会，IGCC联合会，煤利用研究协会]一直在积极进行该技术的研究，使得美国在技术上处于世界领先地位。欧洲非常重视IGCC技术的研究开发，目前欧洲联盟委员会资助了3项IGCC示范项目。日本是目前世界上拥有PFBC-CC电厂的台数最多，单机容量最大的国家，但是IGCC

技术却在世界范围内的石化企业中获得了相当成功的应用，这就使日本的能源界开始关注IGCC技术的研发和应用。

随着国际上IGCC机组从示范到商业化的运行，国内也开始大力发展IGCC技术。华能天津IGCC绿色煤电工程示范项目已经于2009年5月批复，现正在建设过程中。目前国内已经报批和进行可行性研究的IGCC项目还有：华电杭州半山IGCC工程示范项目，中国烟台发电厂IGCC项目，中广核东莞电化太阳洲IGCC示范工程项目等。由于IGCC项目符合国家的节能减排政策，国家发改委已经开始重视并对IGCC项目采取很宽松的政策，以前对此没有审批，主要是出于对初期投资非常大的考虑。

4褐煤干燥成型技术的实际应用

4.1中国化学工程集团公司-德国泽玛克间接干燥型煤工艺

由中国化学工程集团公司-德国泽玛克联合开发的褐煤间接干燥型煤工艺具有安全，可靠性高的特点，特别适用于燃点低，易燃，易爆的年轻煤种。

由于结构合理，传热效率高，在褐煤应用过程中取得较好的干燥效果。管式干燥机为一回转窑系统，在鼓形体内有一个多管系统，鼓体稍微倾斜。原煤连续不断地从上方送入干燥机管内，由于鼓体是倾斜的，当鼓体旋转时，煤不停地流到出口，干燥所需的热能由多管系统内的低压蒸汽提供，低压蒸汽沿鼓体轴向进入，并迅速向管外表面扩散，与煤一起进入机体内的空气吸收了水分以后在除尘器内与干煤粉分离，一部分重新压缩进入干燥机，另一部分排入大气。

褐煤干燥成型工艺关键设备由高压成型机组成，无黏结剂高压成型设备目前国内还不能生产。国外无黏结剂高压热压成型与国内褐煤有黏结剂成型比较，有其独特的优点，不需要添加昂贵的有机黏结剂，产品适合长途运输。而有黏结剂成化型如果不作防水处理，会较快吸收空气中的水分，强度降低。采用间接干燥成型技术有下列特点。

（1）针对富含水的褐煤在干燥提质过程中具有含水量高，挥发分高，易着火发生爆炸的特点，采用具有安全措施的干燥工艺，控制安全的干燥温度范围，用低压过热蒸汽作为干燥热媒介质，使干燥输送过程中具有可控性和安全措施，防止褐煤由于温度过高，挥发分气体逸出及粉尘与空气中的氧气反应发生爆炸。

（2）采用褐煤无添加黏结剂热压成型工艺，其成型和产品输送过程安全，可靠，无污染排放，热压成型后的褐煤发热量增加。

（3）与煤一起进入干燥装置内的空气吸收了水分以后与水蒸气混合在除尘器内与煤粉分离除尘后排入大气。由于在低温下进行干燥，主要是以干燥煤粒为主，煤的组分基本没有发生变化，挥发分气体没有逸出，干燥成型对环境的影响较小，基本无废弃物排放。排放的气体符合环保的要求。

（4）干燥，热压成型设备大型化，结构合理，成熟可靠，易于制造，施工简单，操作容易，布置紧凑，具有较好的经济效益。

（5）褐煤热压成型对煤的毛细孔结构进行强制压溃和破坏，保证干燥成型效果。热压成型后的褐煤水分大量除掉，空隙大量减少，褐煤的机械强度明显增强，煤质密度增强，便于运输，为褐煤的综合利用提供了便利。

采用中国化学工程集团公司-德国泽玛克联合开发的间接干燥型煤工艺技术已有大型工艺生产装置的业绩，年产100万吨型煤工厂见图7所示，管式干燥机间接干燥辊压成型工艺流程见图9所示。

4.2神华集团-中国矿业大学低阶煤高温烟气直接干燥成型技术

由神华集团和中国矿业大学（北京）共同开发的低阶煤高温烟气成型技术，是一种高温烟气干燥的工艺，该方法适用于褐煤和其它低阶煤的干燥。使用燃煤高温烟气，通过直接接触法干燥褐煤等煤种。其特点是排烟量少，热效率高，干燥速度快。干燥后的煤中内水含量

明显降低，煤的发热量增加。褐煤高温烟气直接干燥成型提质的特点是干燥和成型相互依托，连续运行。\"热\"用于脱水，较少部分焦油脱出，为无黏结成型提供条件；\"压\"用于成型，破坏褐煤的孔隙结构，保证脱出水后在短时间内回吸。该核心技术是褐煤的成型，通过控制干燥特性，干燥工艺参数，既保持一定的干燥度，使部分焦油组分脱出作为粘接成分，又不能过热造成褐煤着火。辊压成型压力约需1t/cm2以上，设备技术和材质要求高。该工艺设计两条生产线，每条生产线的设计生产能力为50万吨/年，设计出力83.33t/h.每条生产线设1台41.2MW热烟气发生炉，一台气流干燥器，4台出力为7～25t/h的HPU140-100对辊成型机，产品为半枕状型煤。提质后褐煤发热量提高约25，根据褐煤煤质（主要是灰分）的不同，提质煤发热量可达到4500～5500kcal/kg（1kcal=4.183kg）。

5结语

综上所述，以煤为主的能源结构决定中国必须高效洁净利用煤炭资源，褐煤多联产系统显然是未来煤炭技术发展的一种趋势，发展褐煤多联产系统对我国能源工业的战略调整和国民经济的可持续发展将起到一定的作用。褐煤多联产的目的是要大幅度地提高褐煤利用的效率和经济性，从而减轻资源需求压力并减少污染，并同时大规模地制备液体燃料和高附加值化工产品，部分缓解油气进口压力。

因此，褐煤多联产应当是大容量而且能够大规模应用的，褐煤多联产的核心技术应能满足大型化装置的要求，只有如此，企业才能获得最好的经济效益和社会效益。