中国褐煤开发利用技术及发展动态探讨

dwd神华集团SHENHUAGROUP褐煤开发利用技术及发展动态探讨张殿奎、田华2011.1dwd神华集团SHENHUAGROUP目录一、背景及意义二、褐煤提质技术的发展动态三、典型褐煤提质技术简介四、褐煤气化技术简介五、褐煤精炼多联产模式探讨六、结束语dwd神华集团SHENHUAGROUP一、背景及意义1、全世界褐煤地质储量约为4万亿t，约占全球煤炭储量的40%-50%。2、我国褐煤探明保有储量1300亿t，占全国煤炭总储量的13%-15%左右，另有褐煤预测资源量1903亿t。3、褐煤毛细孔发达，氧含量高（无水无灰基20％左右），内水丰富，全水分高达30～50％，热值较低，且热稳定性较差，不宜长距离运输，直接作为大规模气化原料又有很大局限性，目前主要用作局部地区动力燃料，开发率较低，仅占全国煤炭产量的4-5%。dwd神华集团SHENHUAGROUP一、背景及意义dwd神华集团SHENHUAGROUP一、立项背景及意义4、我国褐煤资源分布相对集中，以内蒙古东北部地区最多，约占全国褐煤保有储量的3/4；以云南省为主的西南地区的褐煤储量约占全国的1/5；东北、华东和中南地区的褐煤仅占全国的5%左右。dwd神华集团SHENHUAGROUP褐煤烟煤无烟煤发电、热解、直接液化、气化化肥、民用、冶金喷吹、碳素材料长焰煤气、肥、焦煤瘦、贫煤冶金、化工发电、动力一、背景及意义传统：现代：炼焦用煤现代煤化工（鼓励）民用及传统煤化工炼焦用煤（保护）5、国家鼓励开发利用“劣质”煤——褐煤。6、褐煤资源往往赋存于西部落后地区，当地政府期望早日利用该褐煤资源。褐煤提质技术是适合的高效利用途径，有利于提高我国褐煤资源利用水平，可为当地经济发展做出贡献。dwd神华集团SHENHUAGROUP7、褐煤半焦可远距离运输，与运输同热量褐煤比较，可以节省运力25-30%以上。8、褐煤半焦可制成水煤浆（也称水焦浆），成浆浓度达到60%以上，可以用于水煤浆气化（技术成熟）；而褐煤成浆浓度通常在45-50%。通过褐煤热解提质可以有效克服其煤质局限，使之成为高质量的气化原料，同时，回收高附加值的焦油产品，实现褐煤资源利用价值最大化。一、背景及意义dwd神华集团SHENHUAGROUP目录一、背景及意义二、褐煤提质技术的发展动态三、典型褐煤提质技术简介四、褐煤气化技术简介五、褐煤精炼多联产模式探讨六、结束语dwd神华集团SHENHUAGROUP二、褐煤提质技术的发展动态国内外褐煤提质加工技术归纳起来大体可分为非蒸发脱水提质技术、成型提质技术、热解提质技术三大类。非蒸发脱水提质技术以高温高压蒸汽(或高温热油)干燥技术为代表的褐煤非蒸发脱水提质技术，是一种通过高温高压等条件来改变褐煤的物理和化学结构，将之转变成为洁净、高效的烟煤燃料的提质方法。这种新型提质技术是将褐煤与高温高压蒸汽(或高温热油)直接接触，使水分脱出，从而使褐煤收缩变得更加致密，疏水性增强。该方法热效率及其安全性都比较高。成型提质技术长期以来，欧洲许多盛产褐煤的国家除将褐煤用于发电和大型锅炉外，其余都是将其加工成型煤后用于工业和民用，澳大利亚亦不例外。褐煤在成型过程中，经过高压或剪切等物理作用，使其凝胶结构及孔隙系统受到了不可逆的破坏，因而从本质上改变了煤样的煤阶，煤化度也随之提高。dwd神华集团SHENHUAGROUP二、褐煤提质技术的发展动态热解提质技术1、褐煤热解始于20世纪初，其目的是制取石蜡油和固体无烟燃料。二战期间，德国基于战争目的建立了大型褐煤低温千馏厂。开发了褐煤制取汽油、柴油等发动机燃料的工艺。上世纪50年代，随着石油、天然气的开发应用，煤的热解加工发展速度减缓甚至停顿。但在一些褐煤资源丰富的国家，并没有间断对褐煤热解技术的研发。特别是上世纪70年代石油危机后，人们重新重视廉价的褐煤资源的开发利用，对褐煤热解工艺进行了研究，开发了一些新工艺。国内外典型的褐煤热解工艺包括：美国的TOSCOAL煤热解工艺、美国的流化床-固热载体低温快速热解工艺、德国的L-R工艺、澳大利亚的流化床快速热解工艺、中国的多段回转炉工艺、中国的固体热载体新法干馏工艺等。2、近几十年国外褐煤热解工艺开发的共同点可以归纳为：①已获得可以生产液体燃料的煤焦油为主要目标产品，多采用快速加热的低温热解工艺。dwd神华集团SHENHUAGROUP二、褐煤提质技术的发展动态②褐煤是重要原料煤种，褐煤经过热解提质得到质量优良的固体燃料。③对各种工艺的煤热解特性和产品产率、性状进行了大量实验基础研究。如澳大利亚CSIRO针对所开发的沙子炉流化床气-固热载体内热式闪裂解技术，进行了改变温度、改变煤种的大量试验，分析了650oC以上一次焦油发生二次分解、以及分解前后对焦油产率、化学组成的影响等变化，提出获得最高焦油产率的适宜工艺条件。④开发重点是研究和示范可实现工业化生产的工艺路线和关键装备，如TOSCOAL工艺中的磁球加热与分离装备，法国马力诺工厂的可控温挥发物内燃烧分段加热回转炉装备等。⑤上世纪80年代后，石油价格回落和供应改善，导致当时各国前后停止开发各类煤热解技术。近年来随着全球工业技术提高和大规模现代煤化工发展，加氢液化和合成油（间接液化）技术成为煤制油的主导发展路线，由于煤热解（干馏）焦油产率较低，所以一般不再将其作为大规模工业化获得液体燃料的技术途径。dwd神华集团SHENHUAGROUP二、褐煤提质技术的发展动态3、近年来国内褐煤热解提质工艺开发现状及发展趋势：①专门以优质气化原料为目标的褐煤提质工艺已经引起有关企业和地方的关注，正在进行相关新工艺研发。②褐煤提质已有较充分的技术基础支持，新工艺开发的重点应该是设计基础工艺路线，对关键装备实施重点研究和工业技术开发。③褐煤热稳定性差、粉尘率高、重焦油黏度大，挥发物热态气固分离难度大，是工业放大的关键问题，也是国内外许多工艺开发的重要遗留难题，也是新工艺技术和装备开发的重点。④以生产优质气化原料为主，构成褐煤提质-气化合成（燃料油或化工品）耦合新工艺将是今后推动褐煤提质工艺发展的重要需求，国内一些大型能源企业都在致力于推动实现中试和工业化示范，从而也将成为洁净煤技术专题的重要技术发展方向。dwd神华集团SHENHUAGROUP目录一、背景及意义二、褐煤提质技术的发展动态三、典型褐煤提质技术简介四、褐煤气化技术简介五、褐煤精炼多联产模式探讨六、结束语dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介1、褐煤提质技术一般指：干燥成型热解以下简单介绍几种典型褐煤干燥、成型、热解技术。dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介美国K-Fuel高压釜蒸汽干燥工艺美国KFx公司在上世纪80年代中期开发了K燃料工艺（K-FuelProcess）技术，经过20年的完善已进入工业应用阶段。煤经粉碎后，通过传送装置送入高压釜。高压釜内压力和温度分别维持在3.7MPa和238℃。在高压釜中，煤块发生破裂，将硫化物从煤中分离出来，煤中的水分也随之蒸发掉。经过高温高压处理的煤粉和蒸发出来的水蒸汽可以直接送入锅炉进行发电或供热。dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介日本D-K非蒸发脱水工艺日本电源开发公司（D）和川崎重工公司（K）从1976年开始研究并成功开发出了D-K非蒸发脱水工艺。DK脱水工艺可实现褐煤水分在非蒸发条件下加热，使水分以液体状态从褐煤中脱出。装置内有4台压力釜，可实现半连续运转，压力釜之间可实现排出蒸汽和热水的回收。dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介日本神户制钢所（KobeSteelGroup）于1993年开始研究UBC（UpgradingBrownCoal）褐煤提质技术，其特点是用轻油去除褐煤中的水分。将褐煤研磨成粉状后，与再生油（通常是石油裂解产生的轻油）和重油混合，形成煤浆，然后在一个蒸发器中加热煤浆，水分被蒸发，再用细颈盛水瓶从脱水的煤浆中回收油，得到提质粉煤，最后将提质的煤压制成型。日本UBC轻油法脱水成型工艺dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介原煤在干燥器中干燥使其水分降至12%～18%。经冷却、分离，并破碎至0～6mm，再将其送入带式型煤机，在不添加粘结剂情况下以500~2000Bar的压力挤压，最终生产出不同形状的型煤。早在1858年，年轻褐煤无粘结剂冲压成型工艺在德国西奥多矿井实现了工业化应用，到1988年，德国莱茵地区共有4个型煤厂，年产型煤400万t，其中70%用于民用取暖。德国年轻褐煤干燥冲压成型工艺dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介德国泽玛格(ZEMAG)公司开发了采用蒸汽管式干燥机进行干燥再辊压成型工艺，用于低阶煤的无粘结剂成型。其工艺是将褐煤在蒸汽管式干燥器中不完全干燥，然后将其输入一个辊压成型机压制成型煤。德国ZEMAG蒸汽管式干燥辊压成型工艺dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介澳大利亚BCB气流干燥辊压成型工艺澳大利亚怀特公司开发了用于低阶煤的无粘结剂成型BCB技术，其工艺是将次烟煤在气流干燥器中不完全干燥，然后将其输入一个辊压成型机压制成型煤。dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介德国LurqiGmbH公司开发的Lurgi-Spuelgas低温热解工艺。其特点是：褐煤或型煤（约25～60mm）由上至下移动，与燃烧气逆流直接接触受热干燥段，干燥后原料在干馏段被600℃～700℃烟气加热至约500℃，发生热分解，生成的半焦进入冷却段被冷气体冷却，半焦排出后再进一步用水和空气冷却，从干馏段逸出的挥发物经过冷凝、冷却等步骤，得到焦油和热解水。dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介德国和美国Lurqi－Ruhurgas固体热载体低温干馏工艺德国LurqiGmbH公司和美国RuhurgasAG公司联合开发的固体热载体低温干馏工艺。初步预热的小块原料煤同来自分离器的热半焦在干馏器内混合，发生热分解反应。从干馏器出来的半焦进入提升管底部，由热空气提送，同时在提升管中烧除其中的残碳，使温度升高，然后进入分离器内进行气固分离，半焦再返回干馏器，如此循环。从干馏器逸出的挥发物，经除尘、冷凝、回收焦油后，得到热值较高的煤气。dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介LFC热解提质工艺由美国SGI公司1987年研发，随后壳牌矿业公司(SMC)加入，现为MR&E公司拥有。将煤筛分成3-50mm，在干燥炉和热解炉中，有一个细格子的转鼓，将上部落下来的煤与下部吹上来的循环加热气体形成对流并进行混合。干燥后的煤进入热解器里热解。1992年第一座1000t/d示范厂(ENCOAL工厂)在科罗拉多州建设完成并投产运行5年。dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介•Encoal工艺1000t/d示范工厂dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介•Encoal工艺1000t/d示范工厂dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介•干燥、热解装置应用案例•全世界300多家应用实例。广泛用于金属热处理，矿石煅烧，直接还原生产铁，煤与焦炭的干燥与热解。•最大工业装置直径为75米。dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介Toscoal煤低温热解技术是美国油页岩公司和RockyFlats研究中心基于油页岩干馏工艺开发的。于1970年至1976年间在25t/d的中试厂先后对次烟煤、粘结性烟煤进行了试验。粉碎干煤在提升管内用来自瓷球加热器的热烟道气预热，预热煤在热解转炉中和热瓷球接触，受热并发生分解。半焦在回转筛中与瓷球分离，瓷球再进入提升管被提升、加热循环使用。美国Toscoal瓷球固体热载体热解工艺dwd神华集团SHENHUAGROUP三、典型褐煤提质技术简介流化用氮气澳大利亚流化床快速热解工艺澳大利亚联邦科学与工业研究院(CSIRO)自上世纪70年代开始研究开发了流化床快速