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探析褐煤低温干馏工艺及设备

时间:2016-07-25     【转载】   阅读

易勇

(湖南华银能源技术有限公司,湖南 长沙 410000)

摘 要煤炭是我国的基础能源和重要原料,在国民经济和社会发展中具有重要的战略地位。褐煤资源约占世界煤炭资源的40%以上,中国褐煤约占全国总煤量的13%,但褐煤由于煤化程度低,易风化、易自燃等特点难以大规模利用。本文主要阐述了褐煤低温干馏加工的生产工艺以及褐煤低温干馏工程设备的应用。

关键词褐煤;低温干馏;隧道热风炉;设备工程管理

0 引言

据20世纪末的统计,中国已探明褐煤保有储量1300亿t,占全国煤炭总储备量的13%左右。储量丰富,具有广阔的开发利用空间。褐煤是变质程度最低的煤种,其碳氢含量低,氧含量高,水分含量高,热值较低,直接燃烧利用效率低,环境污染严重。目前,对褐煤的利用主要集中在制备腐殖酸、褐煤蜡等方面,利用效率总体较低。中国缺油、少气、富煤(褐煤)的地区,以高挥发分低阶褐煤为原料,采用先进低温干馏技术制取半焦(动力煤)用于发电不但热值提高发电效率提高,而且减少了10% 的二氧化碳排放;回收的煤焦油(石油替代品)加氢裂解制取柴油和汽油,又可缓解我国原油55% 的进口依赖度,具有较强的竞争力、较好的经济效益及战略意义。节能减排降耗、油价高涨和煤炭、石油供应的不稳定性已把褐煤转化替代性能源推向了一个战略转折点。

1 褐煤低温热解基本概念

褐煤低温热解是指褐煤在隔绝空气或惰性气氛中,在500~650℃的温度区间, 持续加热升温的条件下发生的一系列化学和物理变化,在这一过程中化学键的断裂是最基本的行为, 褐煤热解的产物主要是半焦、煤焦油和煤气。褐煤热解的产物的性质分布受煤的性质、加热速率、热解温度等特定条件的影响。

2 煤低温干馏方法

煤低温干馏,煤干馏方法之一,指采用较低的加热终温(500~600℃),使煤在隔绝空气条件下,受热分解生成半焦、低温煤焦油(见煤焦油)、煤气和热解水过程。与高温干馏(即焦化)相比,低温干馏的焦油产率较高而煤气产率较低。一般半焦为50%~70%,低温煤焦油8%~25%,煤气80~100m3/t(原料煤)。

2.1 内热式气体热载体法

鲁奇-斯皮尔盖斯低温干馏法是工业上已采用的典型方法。此法采用气体热载体内热式垂直连续炉,在中国俗称三段炉,即从上而下包括干燥段、干馏段和冷却段三部分。褐煤或由褐煤压制成的型块(约25~60mm)由上而下移动,与燃烧气逆流直接接触受热。炉顶原料的含水量约15%时,在干燥段脱除水分至 1.0%以下,逆流而上的约250℃热气体冷至80~100℃。干燥后原料在干馏段被600~700℃不含氧的燃烧气加热至约500℃,发生热分解;热气体冷至约250℃,生成的半焦进入冷却段被冷气体冷却。半焦排出后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。

2.2 内热式固体热载体法

鲁奇-鲁尔盖斯低温干馏法(简称L-R法)是固体热载体内热式的典型方法。原料为褐煤、非粘结性煤、弱粘结性煤以及油页岩。20世纪50年代,在联邦德国多尔斯滕建有一套处理能力为10t/h煤的中间试验装置,使用的热载体是固体颗粒(小瓷球、砂子或半焦)。由于过程产品气体不含废气,因此后处理系统的设备尺寸较小,煤气热值较高,可达20.5~40.6MJ/m3。此法由于温差大,颗粒小,传热极快,因此具有很大的处理能力。所得液体产品较多、加工高挥发分煤时,产率可达30%。

3 内热式低温煤热解炉设备的应用

3.1 原料要求

除对粒度要求外,最重要的是粘结性要求,该炉要求原料煤在炉内热解干馏时不成块结焦。通过对多种煤的试验,证明该炉在连续运行时Y值应小于20mm,该炉在间歇运行时Y值应小于18mm。原料强度适中,弱粘煤优于不粘煤,因为煤在炉内呈运行状态,使其不致结焦成大块。同时,由于其弱粘特点可使煤热解过程中的小粒度煤粘成块从而减少炉内粉尘量,提高了炉子的透气性,降低炉内物料阻力,增加产焦量。原料煤成分对炉子运行无大的影响,但是影响产气、产焦、产油率和产品的质量。

3.2 鼓风量(炉温)与产品的关系

给风量配比一般为1.9,当鼓风量增加时,炉温也增加,半焦、煤气及焦油质量提高,生产能力增加。改变煤气质量、提高煤气热值的重要手段是:①加大鼓风量,提高炉温;②改鼓风为送氧。

4 LCC技术

LCC技术是大唐华银电力股份有限公司引进美国LFC技术,进行二次开发完善形成的低阶褐煤转化提质技术。

LCC技术特别适合高挥发分和高出油率的煤种、油页岩和油砂,可有效的实现能源分级利用和综合利用,大大提高能源利用率。

LCC技术以302℃的热烟气直接加热原煤,使原煤含水量由36%降至4%以下。以527℃的热烟气直接加热干燥煤,水分和大部分挥发分(60%~70%)被脱除。热解后的褐煤采用精准喷水降温并停止反应,然后与一定温度、湿度和流速控制的气流进行充分反应最终达到稳定状态。对产生的热解气中的焦油进行回收,回收后的尾气循环使用作为干燥和热解工序的热风炉燃料。

LCC技术工艺特点:

①原料煤用粒度为5~70mm的块煤,减少煤尘。

②采用惰性热烟气直接加热原煤。

③褐煤的干燥和干馏独立进行。在干燥炉和干馏炉中采用犁式导流器形成300mm的薄层独立进行干燥和干馏。

④在激冷盘中用精准喷水的方法停止热解反应。在精制塔中对生产的半焦进行钝化。

⑤在激冷塔中对热解气中的焦油进行喷淋回收,在电捕焦中对焦油进行电捕回收。

⑥最终产品是半焦、煤焦油和干燥煤粉。

LCC技术的主要设备包括:干燥炉、热解炉、半焦激冷盘、煤焦油激冷塔和半焦精制塔、热风炉。

5 以燃煤热风炉作为供热的褐煤干馏装置

为提高装置运行的经济性,可以采用燃煤热风炉作为供热装置。燃煤热风炉的高温烟气出口连通干燥炉的热烟气进口,干燥炉的低温烟气出口连接至除尘器的进口,除尘器的进口连接至循环风机的进口,循环风机的出口连接至干燥炉的热烟气进口;燃烧器的煤气进口与熄焦炉的热煤气出口相连,燃烧器的高温烟气出口连通至干馏炉的热烟气进口,干馏炉的粗煤气出口连接至煤气净化分离系统的进口,煤气净化分离系统的出口连接至煤气增压风机的进口,煤气增压风机的出口分别连接至熄焦炉的冷煤气进口和用气单元,熄焦炉的热煤气出口连接至用气单元。采用燃煤热风炉的高温烟气作为褐煤干燥热源,相比于采用干馏煤气作为干燥热源,则富余出大量干馏煤气,另作他用。

6 LCC技术褐煤低温干馏工程设备管理

LCC技术关键设备干燥炉、热解炉、激冷盘、PMC精制塔采用美国进口设备,给设备管理和技术改造带来了不小难度。在工程实践中,对设备进行分系统管理,整个装置分为干燥系统、热解系统、半焦激冷系统、煤焦油回收系统、半焦钝化系统、热风炉系统。每个系统重点管理关键设备,对关键设备进行单独建立设备档案,对设备安装、调试、试运、运行、改造进行全流程归档,并建立完备的关键设备责任人制度进行专项设备巡查、维护、检修和管理。公用设备采用统一管理方法,由专门小组进行统一巡查、维护、检修和管理。

7 结语

干馏是褐煤转化过程的初始阶段,直接影响褐煤后续的转化利用。低温干馏的实验研究有利于掌握褐煤热加工利用特性,对大规模开发并合理利用褐煤资源具有重要的意义。

参考文献

[1]期刊论文.褐煤提质炉运输网带吹干装置设计[J].山东煤炭科技,2013(03).

[2]崔建方,张雷,邵长丽,王亚涛.煤油共处理产物分布规律研究[J].化工技术与开发,2010(08).


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