第30卷第3期化學工業(yè)2012年3月CHEMICAL INDUSTRY低變質煤熱解技術分析張勇奇(陜西聯(lián)合能源化工技術有限公司,西安710075)摘要:概述低變質煤外熱式與內熱式熱解工藝,對比分析了各自的工藝特點及生產成本。關鍵詞:炭化;煤氣化;煤液化;技術經濟對比文章編號:1673-9647(2012)3-0023-0中圖分類號:TQ54文獻標識碼:A我國煤炭資源豐富,煤種齊全,但褐煤和低態(tài)分為固定床、流化床、氣流床和滾動床。依反變質煙煤資源占全國煤炭資源總量的50%以上,應器內壓強分為常壓和加壓兩類。其利用時對環(huán)境影響較大。如何清潔、高效利用本文主要對低變質煤適宜的中、低溫熱解技低變質煤,成為當下必須面對和解決的問題。術中內熱式和外熱式兩類熱解工藝特點進行評述。煤的熱解分質利用,既可減少燃煤造成的環(huán)2外熱式熱解工藝境污染,又能充分利用煤中所含的較高經濟價值外熱式煤料干餾過程所需要的熱量,通過回的化合物。把低變質煤中的揮發(fā)分拿出來,加以利爐煤氣在燃燒室燃燒后,將熱量由爐壁傳入炭化用,既提高了煤的利用價值,又保護了環(huán)境。室。煤料是在隔絕空氣條件下,以熱傳導為主的1煤熱解技術及分類傳熱方式,將炭化室內的煤料自上而下,經預熱、煤的熱解也稱煤的干餾或熱分解,是指煤在干餾、冷卻三個過程使煤料進行熱解。煤料由爐隔絕空氣條件下進行加熱,煤在不同溫度下發(fā)生頂部連續(xù)進入,干餾煤氣由爐頂逸出,爐底則將系列物理變化和化學反應的復雜過程,將煤中冷卻的半焦連續(xù)排出。煤料在炭化室內的總停留的揮發(fā)性物質從煤中拿出,提髙煤的熱值,降低時間為12-16h。燃燒室所生成的廢氣可通過不同硫含量。煤通過熱解生成氣體(煤氣)、液體(焦的廢熱回收方式(分為設置廢熱鍋爐方式的WD油)、固體(半焦)三種形態(tài)的產品。型直立爐和帶蓄熱室的MWH型直立爐等兩類方煤熱解技術研究始于18世紀初,用于生產照式)排空。明燈油和民用無煙燃料。20世紀初至六七十年代該工藝熱解爐型的主要特點是,干餾所得的世界工業(yè)迅猛發(fā)展,石油危機和對清潔能源需求的產品半焦質量穩(wěn)定,炭化煤氣可燃燒組分(H2增長,煤熱解技術得到了長足的發(fā)展。進人21世CO、CH、CHn)含量高、熱值高、氣質好。煤的紀,隨著資源、能源緊缺和環(huán)境的要求,開發(fā)出干餾煤氣熱值一般可達到13.8-155MJ/m3的范圍了多種熱解工藝每噸煤產氣量可達380~450m3,既可供城市煤氣我國20世紀50年代開始進行煤熱解工藝的作燃料用,也可作為提氫的原料氣或合成甲醇、開發(fā)和研究工作。北京石油學院、大連理工大學合成氨的化工原料氣。其缺點是熱效率低,煤料浙江大學、中科院山西煤化所、北京煤化所、陜加熱不均勻,揮發(fā)產物的二次分解嚴重。西煤業(yè)化工集團等單位先后開發(fā)了不同的煤熱解3內熱式熱解工藝技術,并建立了大型工業(yè)裝置根據供熱介質的不同可分為氣體加熱與固體煤熱解工藝按照工藝特征有多種分類。按煤加熱。熱解溫度可分為低、中、高和超高溫熱解。按加熱31氣體方式分為外熱式、內熱式和內外并熱式熱解。根據氣體熱H中國煤化工CNMHG式熱解爐。其熱載體的類型分為固體熱載體、氣體熱載體和固收稿日期:2011-11-16氣熱載體熱解。根據煤料在反應器內的密集程度作者簡介:張勇奇(1982-),男,陜西省人,主要從事煤化工及分為密相床和稀相床兩類。依固體物料的運行狀石油化工咨詢工作?；瘜W工業(yè)24CHEMICAL INDUSTRY2012年第30卷過程是,煤熱解爐氣燃燒后的高溫煙氣直接進入煤干餾、焦油及煤氣回收系統(tǒng)等組成。將顆粒直炭化室干餾段內與煤料接觸加熱。傳熱的方式以徑小于6mm的粉煤與用作熱載體的半焦在螺旋式對流傳熱為主導進行干餾炭化,大大強化了煤料混合器中混合,煤-焦混合物被送入干餾反應器完的加熱速率,炭化周期短,炭化室單位容積的產成干餾反應,熱解的半焦部分循環(huán)使用。生產熱值焦能力大。代表性熱解工藝有美國的COED工藝、為167-~180MJ/kg的中熱值煤氣,同時獲得干煤ENCOAL工藝和波蘭的雙沸騰床工藝等。量30%40%的半焦和8%-12%的優(yōu)質低溫焦油。該工藝存在的問題是,由內熱爐炭化室送出浙江大學的多聯(lián)產工藝聯(lián)產熱-電,將熱解的的煤氣雖然產氣量高達900-1100m九t,但由于半焦作為流化床鍋爐的燃料,鍋爐灰渣作為熱載體N2和CO2組成高達50%-60%以上,熱值低(一般回用,實現煤的熱載體熱解,同時副產煤氣和焦油。在75-84M/m3),氣質差,只能作為一般工業(yè)神木縣某公司和大連理工大學合作,建設能力裝置(如鍋爐)的燃料,不能作為化工用氣。其為120萬ta的煤固體熱載體快速熱解示范裝置能源利用率低,污染嚴重。已于2010年9月投入試生產。其焦油收率(以鑒于內熱式熱解爐裝置結構相對簡單、投資原煤計)為10.0%,煤氣熱值高(179MJ/m3省、操作粗放,在具有高揮發(fā)分煤源的地區(qū),曾被利用煤氣中氫作為氫源,給焦油加氫,生產汽油廣泛采用。目前,國家發(fā)改委已責成各地區(qū)對這柴油等燃料油。這是已知建成的最大的內熱式固種爐型必須加強環(huán)保設施和技術改造。陜西榆林體熱載體煤干餾裝置地區(qū)已有經過技術改造的新型內熱式直立爐裝置。4兩種工藝技術經濟比較3.2固體熱載體熱解工藝41煤氣熱值及煤氣成分固體熱載體熱解工藝是利用高溫半焦或其他以陜西榆林地區(qū)煤為原料進行熱解對比。不的顯熱將煤熱解。與氣體熱載體熱解工藝相比,同熱解工藝噸煤產氣量、不同熱解工藝媒氣組分固體熱載體熱解避免了煤熱解析出的揮發(fā)物被煙見表1、表2。氣稀釋,同時降低了冷卻系統(tǒng)的負荷。固體熱載表1不同熱解工藝噸煤產氣量體熱解工藝優(yōu)勢明顯。國內技術主要有大連理工項目煤氣量/m3熱值/MJ焦油量/t大學固體熱載體和浙江大學熱能工程研究所的熱外熱式15.50.06~0.08電氣一焦油多聯(lián)產內熱式大連理工大學開發(fā)的固體熱載體工藝主要由氣體熱載體75-840.06~0.0煤干燥及提升、半焦流化燃燒及提升、煤焦混合固體熱載體1800.08~0.12表2不同熱解工藝煤氣組分組分%熱值/(MJkg)H2CH4外熱式1.5內熱式氣體熱載體8.80.27.5~8.4固體熱載體234626.7813.735.4725.764.070.51180從表2可以看出,固體熱載體煤熱解技術副產二次熱解等因素的限制,以及投資相對大等因素的煤氣熱值髙于外熱式及氣體熱載體。與氣體熱載的限制,其發(fā)展在一定程度上受到了影響體對比,固體熱載體煤氣成分中氮含量明顯低于氣傳統(tǒng)的氣體熱載體煤熱解技術由于副產的煤體熱載體,爐氣中CH含量很高,可提取作合成氣。氣熱值低、有用氣體含量少,焦油回收量少,煤4.2生產成本炭綜合中國煤化工噸焦成本估算、原料及動力價格、成本計算CNMHG高,耗能低,焦主要參數見表3~表5油產量多(達剄8~1∠%),爍氣熱值高,既可成5結論為天然氣的代用品,還可用于化工合成,綜合利外熱式熱解工藝由于受熱傳導和加熱不均用價值大,必將成為煤熱解首選技術。第3期張勇奇:低變質煤熱解技術分析表3噸焦成本估算內熱式外熱式項目氣體熱載體固體熱載體單耗成本/元單耗成本/元單耗成本/元原料煤/t1.671655011.81543公用工程電366kW·h18.330 kw.h6.7kW·h3.35蒸汽60500.1t水1.75t0.3t0.1t0.4循環(huán)水0.57小計18.6資本有關費用修理費2.5%2.5%折舊費16814.5612.88其它制造費用1.5%3.95%3.3815%3.25財務費用6%14.04小計3848人工有關費用工資及福利/萬t0.5人/萬t管理費用250%250%6.4小計15.88.75銷售費用1%生產成本6823583.88613.75表4原料及動力價格名稱名稱價格煤水電300元/t蒸汽110元/t4元/t循環(huán)水03元/t0.5元/kWh表5成本計算主要參數名稱價格名稱價格修理費2.5%,以固定資產投資為基礎財務費用長期貸款利率的60%折15年,直線折舊工資及福利50000元/(人·a)其它制造費15%,以固定資產投資為基礎管理費50%,以年均工資及福利總額為基數銷售費用1%,市場平均價格注:外熱式單位投資為300元∧t。氣體熱載體單位投資按260元/t;固體熱載體單位投資按230元/t。Analysis on Metamorphism of Coal Pyrolysis TechnologyZHANG Yong-q中國煤化工(Shaanxi United Energy and Chemical Technology Co, LtdCNMHGAbstract: To introduce the technology of metamorphism coal pyrolysis on the process of internal heating type pyrolysis and extermalheating type pyrolysis. To analyze comparatively the process and production cost respectivelyKeywords: carbonizing; coal gasification; coal liquefaction; technical economical comparison