劉彥強

（中海油大同煤制氣項目組，山西 大同 037100）

1 低溫干餾原理

低溫干餾，是煤干餾方法之一，指采用較低的加熱終溫（500～600℃）使煤在隔絕空氣條件下，受熱分解生成半焦、低溫煤焦油、煤氣和熱解水的過程。

1.1 煤干餾機理

目前普遍認為煤的干餾過程是自由基反應(yīng)的過程［2］。煤的干餾首先是弱鍵受熱斷裂，主要是-CH2-、-CH2-CH2-、-O-、-S-S-和-CH2-O-等一些與結(jié)構(gòu)單元相連接的橋鍵發(fā)生裂解變成自由基。通過電子順磁共振的研究發(fā)現(xiàn)，在不斷的加熱過程中，溫度達到300℃左右時，煤中就會產(chǎn)生自由基，且自由基的濃度隨著溫度的升高會不斷增多，這個過程與熱解低級烴的過程相似，都是按照自由基的鏈?zhǔn)綑C理進行的［3］。自由基緊接著與氫結(jié)合轉(zhuǎn)變成揮發(fā)分，如果反應(yīng)因缺少氫而不能進行，則自由基之間相互發(fā)生聚合生成半焦或者焦炭。

1.2 煤干餾的一般特征

褐煤干餾的大致分為三個階段，即干燥脫氣階段、第一次受熱熱分解的階段和第二次受熱熱分解的階段。

1.2.1 干燥脫氣階段

褐煤的干燥脫氣發(fā)生在常溫到300℃附近，褐煤中含有大量的水分，受熱時蒸發(fā)脫出，大部分水分在溫度達到200℃時已經(jīng)蒸發(fā)。一些附著在煤的孔隙中的氣體同時脫出，溫度超過200℃后，褐煤中發(fā)生脫羧基的反應(yīng)，大量的CO2氣體在這個階段從煤中脫出。部分年輕的褐煤在此過程中由于脫水作用引起煤結(jié)構(gòu)的改變，崩裂導(dǎo)致細微粒度增多，產(chǎn)生大量的煤粉塵。

1.2.2 第一熱分解階段

褐煤在300℃到600℃左右發(fā)生劇烈的反應(yīng)，此階段為褐煤的活潑分解階段，褐煤中的大分子結(jié)構(gòu)單元大量分解解聚，生成大量的揮發(fā)氣體，主要是H2、CO、CH4等可燃性氣體，半焦是第一熱分解階段的主要固體產(chǎn)物，另外，焦油也在這個階段大量生成。

1.2.3 第二熱分解階段

大約600～900℃是煤干餾的第二熱分解階段，這個階段的主要反應(yīng)有三類：即氫的脫落反應(yīng)；芳香烴側(cè)鏈連接的小分子如甲基等的反應(yīng)；聚合反應(yīng)。焦油蒸氣由于在高溫下發(fā)生了二次熱解，因此焦油產(chǎn)率在這一階段隨著溫度的升高反而下降，揮發(fā)分的析出在此階段也逐漸下降。在這個階段固定碳的含量不斷增加，煤氣濃度也大幅度的提高，其中以H2含量增加最快。這個階段的主要固體產(chǎn)品仍然是高固定碳含量、低揮發(fā)分的半焦，焦油產(chǎn)率降低，而煤氣產(chǎn)量有較大的提高。

2 國內(nèi)外褐煤低溫干餾技術(shù)工藝

2.1 DG工藝

DG工藝是將熱解后的半焦作為熱載體，與煤混合后加熱，熱解得到半焦、煤氣和焦油的技術(shù)，全稱為固體熱載體熱解工藝，是大連理工大學(xué)開發(fā)的，已經(jīng)進行了工業(yè)試驗，取得了巨大的成功，這種工藝的主要特點是：固體產(chǎn)物半焦的發(fā)熱量顯著提高，可用于水煤漿氣化；液體產(chǎn)物焦油的黏度和凝點都很低，有利用進一步加工；氣體產(chǎn)物煤氣的熱值很高，能夠用于合成氣；易于和其他煤化工加工技術(shù)配合實行多聯(lián)產(chǎn)；對原料的利用效率相當(dāng)高，可有效解決褐煤利用效率低的問題。DG 工藝主要由三個系統(tǒng)組成，分別是脈沖氣干燥預(yù)熱系統(tǒng)、熱煙氣發(fā)生系統(tǒng)、熱載體提升循環(huán)和混合熱解反應(yīng)系統(tǒng)。

2.2 流化床熱解聯(lián)產(chǎn)工藝

此工藝由浙江大學(xué)開發(fā)，其典型特點是干餾得到的半焦和放熱后的循環(huán)灰一起進入循環(huán)流化床鍋爐，燃燒產(chǎn)生的過熱蒸汽用來供熱和發(fā)電。在氣化爐中干餾產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過處理后輸出作為產(chǎn)品出售。工藝程如圖3-1所示。

圖3-1 流化床熱解工藝流程圖

2.3 MRF工藝

此工藝由煤科總院北京煤化所研發(fā)，適用于塊狀低階煤的干餾。選取的原煤粒度為6～30mm，首先采用外部加熱干餾原煤，干餾產(chǎn)生的半焦再轉(zhuǎn)入到增碳爐中進行提質(zhì)，得到低揮發(fā)分的半焦。該工藝典型特點是產(chǎn)物容易分離，且能得到高質(zhì)量的煤氣、半焦。

2.4 魯奇-魯爾煤氣法

魯奇-魯爾煤氣法簡稱LR 工藝，由德國Lurgi 和Ruhrgas兩個公司聯(lián)合開發(fā)，是一種主要用于高揮發(fā)分的低階煤制取多量焦油的固體熱載體法工藝。它的工藝流程主要包括熱載體收集槽、提升管、干餾反應(yīng)器和螺旋式的混合器所組成的循環(huán)系統(tǒng)，核心設(shè)備是雙螺旋式混合器。該工藝與其他工藝相比，優(yōu)勢在于設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡單，產(chǎn)油率較高且能耗很低。

2.5 西方熱解法

西方熱解法又稱作Garrett法，是Garrett公司開發(fā)。該工藝比較成熟，其特點是用干餾半焦作熱載體，快速干餾以防止焦油進行二次熱解，目的是提高焦油的產(chǎn)率。不過該工藝處理原煤量比較小，原因是原煤與半焦熱載體的充分熱接觸加劇了煤的微粉碎，從而使循環(huán)的半焦熱載體增多。

2.6 二段加熱改質(zhì)工藝

二段加熱改質(zhì)工藝是由日本日立公司和丸紅公司聯(lián)合開發(fā)，原煤經(jīng)過干燥后先在250～450℃間進行輕度熱解，再進行冷卻，然后用熱解過程中產(chǎn)生的焦油進行涂敷，以減少煤表面的孔隙，大大改善了提質(zhì)煤的自燃性。實驗發(fā)現(xiàn)二段加熱改質(zhì)工藝使提質(zhì)煤的工藝性質(zhì)得到了明顯的改善。

2.7 TOSCOAL法

TOSCOAL法原先是為開發(fā)油頁巖資源而設(shè)計的，后來進行了改進，用于煤的干餾。與其他干餾工藝相比，TOSCOAL法的不同之處在于它使用的熱載體是陶瓷球，也是快速熱解以便得到液體產(chǎn)品焦油。但其明顯劣勢是煤在熱解過程中到達黏結(jié)性階段時會附著到陶瓷球上，使工藝能效降低。

2.8 3TX（ETCh）-175工藝

該工藝是由俄羅斯開發(fā)的固體熱載體粉煤干餾技術(shù)，其工藝流程為：低階煤首先破碎，然后用煙道氣進行干燥脫出大部分的水分，干燥后的粉煤送入氣流式預(yù)熱器中預(yù)熱后與熱載體混合干餾，分離處理得到產(chǎn)品煤氣和焦油，生成的半焦由干餾室排出用于發(fā)電。

3 結(jié)論

褐煤低溫干餾工藝較多，比對其優(yōu)缺點發(fā)現(xiàn)選取何種工藝技術(shù)，需要綜合考慮褐煤原料煤質(zhì)、目的產(chǎn)物產(chǎn)率、投資費用、工藝能耗和三廢排放等因素，褐煤低溫干餾工藝的優(yōu)化和選取需要綜合工藝的技術(shù)性和經(jīng)濟性。

［1］李春柱.維多利亞褐煤科學(xué)進展［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［2］鄒繼軍.對褐煤綜合利用的幾點認識［J］.科技信息，2009，（25）:362.

［3］賀永德.現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.