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加工利用
低阶煤热解:粉煤利用是焦点
2018-10-18 16:07:28   来源: 中国化工报

  低阶煤占我国煤炭总量的一半以上,作为低阶煤清洁分质利用的最好方式,热解提质技术逐渐成为我国煤化工行业的研发重点和创新方向。中国石油和化学工业联合会煤化工专委会委员、陕西省化工学会名誉理事长贺永德向记者介绍说,热解在低阶煤清洁分质利用上技术优势明显,目前这项历史悠久的技术已日趋成熟,新技术层出不穷,单套装置规模也越来越大,但粉煤的热解关键技术瓶颈仍待破解。

  分质利用 最好方式

  贺永德告诉记者,低阶煤一般油含率高,通过中低温热解,煤在隔绝空气或缺氧条件下加热到500℃~800℃,可将煤分解为气体(热解气)、液体(煤焦油)和固体(半焦)。

  热解技术最突出的特点是可有效提高资源利用效率。这是因为低阶煤直接燃烧会使大量高附加值组分转化为CO2。通过热解,可将煤中的焦油提出,同时产出煤气和半焦,将原煤一分为三,避免资源浪费。而且煤热解的生产工艺条件温和,热解温度一般为550℃~700℃,反应压力接近常压,生产系统不需要大型空分装置;还具有良好的环保性,煤热解得到的半焦可作为锅炉燃料和气化原料,所含的污染物少于原煤,对环境影响较小,相对于气化来说水耗也较低。

  古老技术 焕发生机

  煤热解技术源远流长。早在17世纪后期中低温热解就开始出现,至今已有200多年的历史。上世纪初至50年代,低温热解工业得以迅速发展,相继出现了德国的Lurgi-Spuelgas、美国的Disco、德国的Lurgi-Ruhrgas、前苏联的固体热载快速热解等工艺。

  我国也在1953年由抚顺石油四厂着手设计新建1套试验装置和1台日处理量45吨的低温热解炉,其工艺类似鲁奇炉。到1957年以后,中低温热解单炉规模达到330~450吨/天的能力。

  近年来,我国低阶煤热解技术开发和示范取得突破性进展,新一代热解技术达20多种,一半实现了工业化生产。其中核心的热解装置主要包括内热立式方形炉、外热立式方形炉、回转炉、国富炉、带式炉、双循环快速热解炉、固体热载体热解炉、气体热载体热解炉、流化床热解炉、气流床、热解气化一体化炉、真空微波干馏炉等,单炉年处理规模从几万吨、十万吨到如今的80万吨以上,原料煤既有块煤,也有碎煤和粒度小于1毫米的粉煤。

  规模扩大 产品多样

  据介绍,在我国单系列50万吨/年及以上的低阶煤热解技术中,已实现工业化生产或试验的,主要包括河南龙成80万吨/年旋转床低温热解、陕煤集团与北京国电富通合作开发的50万吨/年煤气热载体分段多层低阶煤热解、北京柯林斯达100万吨/年褐煤带式炉热解等。此外,陕煤在建的低阶粉煤气固热载体快速热解项目,单套装置处理能力达120万吨/年;神木天元在建的粉煤回转炉热解项目,单套装置处理能力为60万吨/年。

  “大型化固然是煤热解发展的趋势,有利于提高能源转化效率、综合利用和降低能耗,但也不是越大越好,要确定一个经济合理的单套规模。”贺永德对记者说,热解炉大型化体积超过一定标准就会出现一些问题。不同热解炉型应有不同的经济规模,同时还要考虑焦油、煤气和半焦三者之间的优化产率。煤热解目标是要提高焦油收率和能源转化效率,降低能耗。因此热解温度应控制在600℃以下,缩短热解的时间。

  “此外,煤热解的综合利用仍需下功夫,比如产品附加值需进一步提高,热解气、焦油和半焦的后续利用也应创新突破。热解气主要组分可提取后加工乙二醇、LNG、烷烃、烯烃等;焦油应先提取后再加氢合成柴油和石脑油馏分等,还可加工为高密度航空煤油、高档润滑油基础油等;半焦除作为高炉喷吹原料、工业及民用燃料外,可经活化制取吸附材料或过滤材料,也可将其进行气化生产甲醇,进一步与焦油制取的石脑油重整耦合生产芳烃,再与热解气加工的乙二醇合成PTA、PET,或者用甲醇直接生产烯烃(MTO),形成完整的高附加值产业链。”贺永德表示。

  粉煤热解 尚待突破

  贺永德认为,尽管我国煤热解技术发展较快,但仍存在一些制约瓶颈,主要是粉煤中低温热解技术尚未完全突破。

  目前,粉煤热解技术逐渐成为业内研究的热点和攻关的方向。比如,陕煤集团自主研发的低阶粉煤气固热载体双循环快速热解工艺(SM-SP)、陕煤—国富煤气热载体分段多层低阶煤热解工艺、北京煤化院外热式多段回转炉工艺、大唐华银—中国五环LCC工艺、神雾集团蓄热式无热载体热解工艺、清华—天素固体热载体褐煤热解技术、中科院工程热物理所固体热载体流化床低温热解工艺、西安华龙公司真空微波煤干馏等,绝大多数已进入工业化试验阶段,有的正在开展工业化示范。

  “然而,粉煤热解迄今尚没有大规模产业化推广应用。”贺永德坦言,存在的主要问题是热解油、气、煤尘在线分离和干熄焦技术,以及粉焦的钝化、储运和大规模应用等技术尚未完全突破,废水有效处理还没有成熟的方法。大型化的工程问题已基本解决,但还不理想,热解炉气固分布的特殊结构仍需完善优化。


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