饱和蒸汽褐煤提质技术

2024-04-24

饱和蒸汽褐煤提质技术（共4篇）

篇1：褐煤提质技术的现状浅析

中国富煤贫油少气, 是世界上少数以煤炭为主要能源的国家。煤炭产量从上世纪80年代超过10亿吨后, 一直稳居世界第一。

随着我国经济的日益发展以及对能源需求的不断增长, 国内优质煤的供应日渐紧张, 发展褐煤提质的技术以及应用可以缓解我国紧张用煤需求。

1 褐煤的特点

褐煤是矿化程度最低的矿产煤, 煤质特点是水分大、孔隙率达、挥发分高、不黏结、热值低, 含有不同数量的腐殖酸, 含氧量在15%-30%左右, 热稳定性差, 易风化不适合储存以及长距离运输, 直接燃烧不仅热值低, 而且污染环境, 浪费巨大。提质后的褐煤, 相比提质前, 水分可以下降70%左右, 发热量可提升6MJ/kg左右, 表面性质也会发生一定的改变, 不仅有利于贮存和运输, 而且有利于燃烧, 发电, 化工方面的使用, 所以, 提质成为了褐煤较为环保并高效的利用方式。

2 褐煤提质的技术现状

褐煤提质指的是在一定的温度压力条件下, 脱除褐煤的水分, 含氧官能团以及多余的灰分, 提高褐煤品质的过程。提质的方法主要有物理法和化学法, 物理法的是将褐煤加热或与高温物质, 如热烟气、过热蒸汽等, 进行换热, 脱除其中的水分和部分挥发分, 提质过程中煤体不发生化学变化。化学法是在较高的温度下, 在隔绝空气 (或在非氧化气氛) 条件下, 褐煤发生热解反应, 在脱除水分和大部分挥发分的同时, 生成煤气、焦油、粗苯和焦炭或半焦的过程。此过程中, 褐煤煤体发生了焦化和热分解等化学变化。

2.1 物理法

物理法指的是干燥脱水提质, 干燥法又分为两类:蒸发脱水提质, 非蒸发脱水提质。

2.1.1 蒸发脱水提质

褐煤蒸发脱水技术是指在较低温度下, 通过使用过热蒸汽、烟道气或热油为干燥介质进行脱水的一种褐煤脱水干燥方法, 下面介绍几种蒸发脱水提质的方法。

2.1.1. 1 回转管式干燥工艺

该工艺适用于褐煤的轻度干燥, 在常压下褐煤在管式干燥器内在低压蒸汽的作用下被加热到100℃左右, 此时水分被蒸发出来, 脱水后的空气通过除尘器和煤粉分离开, 一部分空气进入回转窑作为脱水介质继续循环, 剩余的排入大气。

此方法用于褐煤的快速、轻度干燥, 但是干燥后不易长期储存、运输, 干燥后的褐煤复吸现象严重, 另外此法尾气排放量大, 排空的粉尘较多, 不环保且能耗大。

2.1.1. 2 泽玛克 (ZEMAG) 褐煤干燥成型提质技术

ZEMAG技术工艺流程分为预制、干燥、破碎和成型。褐煤经初步破碎处理后, 进入管式干燥机, 干燥后的褐煤经过进一步破碎以达到成型工艺要求的粒度, 最后压缩成型。

该工艺采用低压饱和蒸汽作为干燥介质, 运行成本低, 三废排放少, 具有较为成熟的运行经验。

2.1.1. 3 褐煤脱水热压提质 (HPU)

HPU技术是神华集团与中国矿业大学 (北京) 共同研究的课题, 具体的工艺流程是:

褐煤经过备煤系统破碎之后在6.4MPa和150-350℃的循环流化床高温烟气炉中被加热, 通过粉煤直管式气流干燥装置, 然后通过高压对辊成型机挤压成型。

此过程可脱去煤中80%左右的水分, 同时发热量可提高约20%, 经过热压作用, 煤颗粒的孔隙减少, 比表面积降低, 而且煤分子的侧链含氧官能团如羧基, 羟基, 甲氧基等减少, 一定程度上抑制了复吸作用。另外产出型煤的成型率较高, 跌落试验效果好, 对其长距离运输和电厂燃用有一定的意义。

2.1.1. 4 UBC褐煤提质技术

UBC褐煤提质技术的脱水介质为再生油 (通常是石油的轻油) 和重油, 脱水介质和经破碎处理过的褐煤混合成煤浆, 然后再蒸发器中加热, 褐煤孔隙中的水分被蒸发, 同时重油进入到褐煤的孔隙中, 一定程度上阻止了褐煤的复吸现象并降低了自燃反应, 在通过细颈盛水瓶回收煤浆中的油, 之后用干燥机加热脱除吸附在煤中的油, 最后将提质后的煤品压缩成型。

UBC提质技术应用在印尼的Satui矿, 经过工业测试, 体制后的褐煤发热量可升高一倍以上, 普遍提高到26.96MJ/kg以上, 水分大幅减少, 不过, 提质同时会造成一定量的油品浪费。

2.1.1. 5 BCB提质技术

BCB提质技术是由澳大利亚White能源公司研发的, 具体的工艺流程为褐煤经过充分破碎后 (小于3mm) 在干燥筒仓中被300-400℃的烟气快速升温至105-110℃, 通过“闪蒸式烘干”脱除煤中的水分, 再经旋风分离器捕集后压缩成型, 由于型煤在生产过程中会升温, 为避免自燃现象, 常通过喷水对型煤进行冷却处理。

技术不改变煤的化学性质以及焦化特性, 加工成本低, 但是由于冷却过程又进行喷水冷却, 所以脱水的效果不明显。

2.1.1. 6 Coldry“冷干”提质工艺

澳大利亚亚太煤钢公司提出的冷干提质工艺, 具体过程是:褐煤在设备中经“剪切”作用打破煤的碳结构, 实现煤的脱水过程, 因为整个分离过程在20℃-30℃下进行, 所以称为“冷干”。破碎之后的煤, 经过成型作用, 形成煤条, 之后自然断裂成为棒状的型煤, 经过传输过程的吹风冷却, 以及自然硬化作用之后, 经过将近两天的蒸汽干燥就可获得最终的型煤产品。

此工艺提质之后可将含水量约60%的褐煤制成水分为8%~14%的型煤, 其发热量也能达到烟煤的水平, 这种先通过机械排水, 然后烘干, 能耗较低, 排水效较好。但是目前澳大利亚亚太煤钢公司只有一条5t/h的试验线, 处理量过小, 而且处理时间过长。

2.1.1. 7 热压脱水工艺 (MTE)

由德国多特蒙德大学研发的MTE热压脱水工艺与“冷干”工艺类似, 不过该法综合了热脱水以及机械脱水的方法, 在220℃的条件下进行机械脱水, 压缩成型后的型煤采用连续闪蒸的工艺, 能够较好地脱水。

2.1.2 非蒸发脱水提质

非蒸发脱水技术是近年来发展起来的新型褐煤干燥技术, 该技术是在一定温度和压力, 以及隔绝空气的条件下, 将褐煤与高温高压的水蒸气和溶剂直接接触, 褐煤内的水分呈液态脱出, 不需蒸发潜热, 热效率高, 同时减少了温室气体的排放。

2.1.2. 1 K-Fuel提质技术

K-Fuel提质技术是由美国KFx公司在上世纪80年代开发的技术, 具体的提质过程是:

褐煤经过破碎筛分至6-80mm后, 进入间歇式压力容器, 在压力和温度分别为大约3.7MPa和238℃条件下反应一段时间, 这段过程, 褐煤的内水蒸发, 一些含氧官能团被分解, 煤粒的表面性质发生改变, 亲水性降低, 复吸现象得到控制, 排出的物料通过固液分离得到提质的褐煤。目前, K-Fuel提质技术已经工业应用。

该技术可将褐煤中的水分降低一半以上, 热值也有大幅提升, 缺点是处理过程为间歇处理, 处理量小, 能耗相对较大, 由于处理的煤的粒级为6-80mm, 对细粒煤需要专门回收。

2.1.2. 2 D-K脱水工艺

日本电源开发公司和川崎重工公司开发了D-K非蒸发脱水工艺, 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, 其煤质变化类似天然的煤化作用。整套装置有4台压力釜, 可实现半连续运转, 压力釜之间排出的蒸汽和热水可进行回收。

D-K脱水提质工艺过程类似于天然的煤化作用, 褐煤经过破碎处理后在4台压力釜中实现半连续运转。

2.2 化学法

2.2.1 褐煤热解提质技术

热解提质按照热解温度可分为低温 (500-600℃) 热解和中温 (600-800℃) 热解;根据供热介质不同, 热解提质技术又可分为气相热载体热解技术、固相热载体热解技术, 以及其他特殊的热解技术。

2.2.1. 1 L-S低温热解法

德国Lurqi-Gmb H公司开发的Lurgi-Spueigas (L-S) 低温热解工艺法采用的是内热式气体载体工艺, 具体的流程是:

褐煤经破碎到25-60mm之后, 自上而下通入到热解炉中, 在炉中和燃烧气逆流直接接触受热, 此过程可脱去大部分的水, 脱水之后, 物料进入到热解炉的干馏段发生热解, 物料被高温热气加热至500℃, 生成的半焦经过冷却后作为固体产物, 干馏段的挥发物经冷凝冷却之后得到焦油以及热解水。

热解法脱水效果好, 生成焦油, 半焦多种产品, 利于煤炭的综合利用, 但是该方法采用气相载体热解技术, 增加了冷却系统的负荷, 另外挥发物和热解烟气分离困难。

2.2.1. 2 Toscoal低温热解工艺

Toscoal低温热解工艺是美国油页岩公司和Rocky Flats基于油页岩干流工艺改进的, 具体流程是:

褐煤经过粉碎 (小于12.7mm) 后用瓷球加热器的热烟道气加热, 之后进入热解转炉与热瓷球碰撞接触发生热解, 常用的干馏温度为430-540℃, 产生半焦和挥发物, 半焦通过筛子与瓷球分离, 挥发物分离净化后部分作为燃料返回热解炉。

该方法的干馏温度以及产品分布较易控制, 但是设备复杂, 维修量大。

2.2.2 ENCOAL提质技术

美国褐煤提质技ENCOAL提质技术, 具体的工艺流程是:

褐煤被破碎到3-50mm, 然后送入旋转炉干燥器在一定条件下 (温度和处理时间) 进行干燥脱水, 干燥之后进入回转窑热解器进行热解, 用热循环器将窑内温度升高到550℃左右, 通过快速冷凝热解, 得到过程衍生产物半焦和焦油, 热解生成的气体在燃烧室内燃烧, 为热解过程提供热量。

该技术在1992年由美国壳牌采矿公司建厂并试运营成功, 处理量可达1000t/d。工艺脱水体制效果好, 处理量大, 但是对于气体产物不能进行很好的回收。

2.2.3 流化床快速热解工艺

澳大利亚联邦科学与工业研究院 (CSIRO) 研究开发了流化床快速热解工艺, 具体的工艺流程是:

褐煤经过破碎制粉后和无氧气体 (通常为氮气) 喷入流化床热反应炉, 与反应器底部进入的液化石油气燃烧产生的烟气接触反应, 煤粉在热解炉中快速热解 (停留时间小于0.5s) , 离开反应器的气体通过温度约350℃的高效旋风分离器使大量半焦分离出来, 气体则经过冷却器进入约80℃的电捕焦油器, 产物经分离、冷却后得到半焦、焦油热解气等。

2.2.4 多段回转炉 (MRF) 热解工艺

中国研究煤炭热解技术中, 比较典型的技术有煤炭科学研究总院北京煤化工分院开发的多段回转炉 (MRF) 热解工艺, 具体的工艺流程为:

将粒度为6-30mm的褐煤在回转干燥器中干燥后进入外热式回转热解炉中进行低温热解, 所得产品在冷却炉中用水冷却熄焦后得到提质半焦产品, 由热解炉排出的热解气体经过冷却分离回收进一步处理利用。

2.2.5 褐煤固体热载体干馏多联产 (DG) 工艺

大连理工大学开发的DG工艺是将褐煤通过与热载体 (通常为半焦) 快速混合加热使其热解而得到轻质油品煤气和半焦的技术。

DG法主要优点是焦油产率高, 干馏煤气热值高, 生产不需纯氧, 产生的废水量小。目前, 建立年处理85万t褐煤固体热载体快速热解技术工业化生产示范工程的技术条件已经成熟。

3 煤提质技术的展望

近些年, 又出现了很多的新兴提质技术, 以褐煤的微波提质技术为例, 微波脱提质技术的原理是微波的加热具有选择性, 会优先被介电损耗系数高的物质吸收, 而水的节点损耗系数相对高于其他物质, 因此水分子对微波有较强的吸收作用, 所以可以用微波深入穿透煤炭, 利用微波的加热作用进行脱水。

该方法可以减小煤颗粒的孔隙, 微波处理后, 亲水官能团含量降低, 可以一定程度上降低褐煤的复吸以及自燃现象, 同时比干燥提质技术能耗低并且不消耗任何脱水介质。

另外, 许多褐煤提质技术还处于实验研究阶段, 不能够工业化应用, 工业生产不能有效地模拟实验室环境导致达不到实验室研究效果, 提质过程无法进行细致的计算机模拟对比, 这是制约褐煤提质技术应用的难题之一, 随着能源的战略意义日益凸显, 褐煤提质的工业化应用将会是近几年的发展方向。

4 总结

篇2：我国褐煤脱水提质技术现状及进展

关键词：褐煤,提质,脱水,干燥

我国的褐煤资源十分丰富,储存量达1264亿吨,主要分布在内蒙、黑龙江和云南等地区,约占全国总煤储量的13% 。褐煤煤化程度低,水分含量高,发热量低,低位发热量一般在10. 86 ~ 12. 54 MJ / kg,且易燃易风化,不利于用于发电和燃烧, 因此需要对褐煤进行分选加工,除去煤中矸石,提高商品煤的发热量。

1褐煤的性质及特点

褐煤作为煤化程度最低的年轻煤种,其煤质主要有以下几个特点[1,2]。

( 1) 褐煤的变质程度低,水分含量高。我国褐煤的水分为20% ~ 50% 。高水分的褐煤在解冻、干燥、破碎时耗能高,降低了其热值,不利于使用和运输。

( 2) 挥发分高,易自燃,易风化,易碎。褐煤容易风化,在开采和运输过程中会产生大量细颗粒,导致原生煤泥量大。

( 3) 易泥化。褐煤的矸石成分多为泥质页岩或泥岩,遇水泥化十分严重,不适于用水洗方式分选。

( 4) 发热量低。由于煤质及高水分和含矸量等重要因素, 褐煤发热低,一般低位发热量在10. 86 ~ 12. 54 MJ/kg。

此外,褐煤的含氧量高达20% ~ 30% ,大部分氧以含氧光能团的形式存在,以羟基和羧基为主,这些基团有随着碳含量增加而降低的趋势[2]。

2褐煤脱水脱灰工艺现状

研究表明,褐煤中的水分有3种存在状态,它们分别为外在水、内在水和化合水( 结晶水)[3]。一般来说,外在水分比较容易脱除,内在水分和矿物质结晶水分较难脱除。

到目前为止,国内外的褐煤脱水技术有很多,但按照褐煤脱水工艺原理特点,大概概括为以下几种。

2.1机械脱水工艺

机械脱水技术主要包括筛分、离心脱水、过滤( 压滤) 脱水等,目前已经在选煤厂广泛应用。但由于褐煤煤质的特殊性, 机械脱水工艺的处理能力和脱水效率尚难适应褐煤脱水的要求,故很难适应褐煤脱水。

2.2蒸发脱水工艺

2.2.1间接加热脱水工艺

间接脱水法是以蒸汽管式干燥技术为代表。其主要工艺原理为: 常压下,在管式干燥机中,用低压饱和蒸汽将煤间接加热到大约100 ℃ ,以空气为脱水介质,脱除煤粉中的水分,然后通过除尘器将煤粉分离,部分空气继续压缩循环,部分排入大气[3]。管式干燥工艺是一种成熟的褐煤脱水技术,可连续运行,具有产量大、系统阻力小、操作弹性大、操作方便,安全性高等优点。同时其也存在能耗高,尾气排放量较大,干燥设备结构复杂,维修困难等不足[2]。

目前,德国和俄罗斯对低变质程度年轻烟煤的干燥普遍采用该种技术[4]。其中德国水泵( Sehwarze Pump) 型煤厂采用16台管式干燥机来干燥褐煤,入料全水分为56% ,最终产品煤全水分可降到19. 5% ,降水幅度非常大。

2.2.2直接加热脱水工艺

直接加热法以流化床干燥技术为代表。其基本工艺原理为: 过热蒸汽从流化床底部吹向上部,使褐煤产生流化现象并加热煤粉。煤粉中蒸发出的水分直接被过热真气吸收,从流化床上部带出,从而对褐煤进行干燥[4,5]。出干燥器后,过热蒸汽经过旋风分离器分离,然后部分蒸汽导回干燥机继续循环使用。流化床干燥技术结合了成熟的流化技术,提高了热效率和处理能力,且作为干燥介质而和流化介质的蒸汽不含空气和其他杂物,可进一步利用。后来有人对其进行了改进,设计了带内部热循环的流化床蒸汽干燥工艺( WTA) ,通过压缩机将蒸汽压缩后循环,提高了过程能量利用率[7]。

近年来,澳大利亚怀特公司开发了气流床干燥工艺 ( BCB) ,其利用燃气产生的高温烟气作为干燥介质,并将干燥和无粘结剂成型工艺结合在一起,生产出干燥的成型褐煤,以便运输[6]。此外,床混式干燥工艺( BMD) 也是褐煤的一种直接干燥技术,其主要适合于电厂的煤预干燥过程[7]。

2.3非蒸发脱水工艺

非蒸发脱水技术主要工艺原理是在高温、高压蒸汽下,褐煤水分以液态形式脱出,省去了蒸发潜热,提高干燥过程的热效率。同时由于非蒸发脱水一般是在高温高压下进行,褐煤不会自燃,安全性高,并且在脱水过程中可以脱除亲水性含氧官能团,生成的煤焦油冷却后凝固在煤的缝隙和毛细管中,减少了褐煤内在水分重吸收的机会及水在毛细管中的吸附。

2.3.1热压脱水工艺(MET工艺)

热压脱水工艺是 ( MET) 是一种固液分离的非蒸发脱水法[7,9,10,11,12]。该技术是在一定的压力( 6 ~ 24 MPa) 下把褐煤加热到一定温度( 150 ~ 350 ℃ ) ,然后机械挤压脱除褐煤中的水分。整个工艺经过工艺热水预热、过热蒸汽加热、加热脱水、闪蒸脱水四个阶段。该工艺因是在一定压力下进行的,褐煤中的水分以液态形式脱出,节省了大量的汽化潜热。通过加热挤压工艺过程,脱除了褐煤中约70% ~ 85% 左右的水分,褐煤发热量可提高10% ~ 30% 。同时热压后褐煤中亲水的含氧官能团减少,缝隙和毛细管封闭,减少了煤的表面积,抑制了褐煤的再吸水作用。经研究发现在系统脱水的同时,部分可溶性金属离子如Na、Ca、Fe、S等也得到脱除,可以减少积灰、结渣等。由于该技术能耗较低,仅为蒸汽脱水法的50% ~ 70% 左右,因此具有良好的工业应用前景。

2.3.2表面包裹抑制回水法[9]

表面包裹抑制回水法是将脱水后的褐煤采用沥青、二甲醚或油等包裹,阻止煤与外在水分接触,从而达到抑制回水的效果。采用该技术的工艺主要有萘满脱水技术、褐煤提质技术 ( UBC) 和液化二甲醚脱水技术( DME) 等。

此外,美国KFx公司开发的K燃料工艺与日本的D - K非蒸发脱水工艺都属于非蒸发脱水,他们分别是20个世纪80年代和1976年开发的[8]。其中K燃料工艺经过20年的完善已经进入工业应用阶段。

3结论

由于褐煤水含量高,热值低,含氧量高,易燃易风化,甚至容易发生爆炸,不利于长距离运输,对实现褐煤大规模的工业化开发利用不利。同时,对褐煤脱水过程中不仅可以脱出褐煤中大部分的水分,而且可以同时脱出其中部分可溶性的离子 ( 如钠、钙、钾、硫、汞等) ,具有一定除硫除氮的效果,起到了化学净化作用,提高了褐煤的利用效率,减少了环境污染。因此褐煤脱水对我国褐煤开发利用具有重要的意义。

篇3：日本神户制钢的褐煤提质技术

1 研发概况

日本神户制钢对褐煤提质研究始于1993年,其发明人是神户制钢煤炭和能源技术部门负责人Takuo Shigehisa。该工艺最初被发明人命名为“Tempura Technology”。初期,使用一套设在加古川厂的、处理规模为0.1t/d的小型试验装置,以含水量约65%的澳大利亚褐煤为研究对象,从事实验室研究,初步确立了UBC工艺雏形。后来,神户制钢从褐煤原料成本方面考虑,选择了含水量约25%～40%的印尼褐煤作为UBC工艺的研究对象,在2001年与印尼的一家煤炭企业确定了研发合作伙伴关系。该合作项目受到了日本和印尼两国政府的重视,被列为国家级研究课题,得到了日本经济贸易产业省和日本煤炭能源中心、以及印尼能源和矿产资源部所属能源及矿产资源研发司的大力支持。从2001年开始在印尼进行了大量UBC工艺研发工作,建设了一座3t/d的UBC小型中试厂和一座产能600t/d的UBC示范厂(见图1)。

从2001年至今UBC项目在印尼的研究进展情况见表1[1]。

1.1 在印尼建中试厂

2003年,在印尼西亚Java省和中Java省边界地区的Palimanan村建成了规模为3t/d 的UBC中试厂,共进行了13次试生产。

该厂的中试结果证明,UBC工艺可通过轻质油来脱除褐煤的水分、提高其热值,使褐煤提质。提质后褐煤的热值达到原料煤的1.5倍,从20 402kJ/kg提高到26 172kJ/kg,达到高阶烟煤的热值水平,而灰分仅相当于高阶烟煤的1/3;该工艺还可使原煤的自燃倾向得以控制,解决了装运及贮存方面的难题,使提质褐煤被用作高阶煤的替代品具备了可能性。

该厂采用了较低的褐煤处理温度(140℃)和较低的操作压力,使生产设备具备了实现工业化的可能性。另外,由于在低温、低压条件下试生产,故在加工过程中不发生化学反应,对环境的污染较低。

注:神户制钢每一财年是指从上一年的4月1日至下一年的3月31日。

1.2 在印尼建示范厂

2006年7月,神户制钢与印尼自然资源投资公司PT Bumi Resources及其子公司PT Arutmin签署了关于建设UBC工艺商业性示范工厂的合作协议,在印尼南部Kalimantan省的Satui村建设了一座产能600t/d的褐煤提质UBC压块制品的商业性示范厂(见图2)。该项目由日本煤炭能源中心提供资金,由神户制钢提供技术,由PT Arutmin提供场地和褐煤(PT Arutmin是印尼第四大煤炭企业,在Satui拥有一座煤矿)。该项目于2007年5月开始建设,于2008年12月投入运行,总投资80亿日元(约合七千万美元)。据现有文献报导,至2010年4月,该示范厂已连续无故障运行了1年半,试制的UBC压块制品已提供给用户进行试用,压块后的UBC产品见图3。

2 示范厂的工艺流程

神户制钢的UBC工艺起源于煤炭液化的浆液法脱水技术。褐煤在脱水、成型和热分解等过程中,煤的组成和结构发生变化,含有较多水分、较低灰分和硫分的褐煤转化成具有近似烟煤性质的提质褐煤产品,即UBC压块产品。神户制钢的UBC工艺流程见图4。

UBC工艺具体可分为五个步骤:

(1) 褐煤的粉化处理工序。用粉碎机将约50mm的褐煤粉碎至5mm以下。

(2) 煤/油浆制备工序。在调制槽内将粉化的原料褐煤与可循环使用的油品(通常采用石油基轻质油)混合,之后加入重油(沥青),制成煤/油浆。

(3) 脱水处理工序。制备的煤/油浆被送至脱水槽,在130～160℃、400～450kPa条件下,完成加热脱水。

褐煤本身具有大量孔隙,在加热过程中水分经由这些孔隙逸出。与此同时,煤/油浆中的重油(沥青)可高效地渗入到褐煤的孔隙中或吸附在褐煤的表面,它可以阻止煤自燃。此外重油本身具有憎水特性,可防止水分被重新吸附(见图5)。

比较脱水前后的油浆颜色可以看出, 脱水前的油浆因为含有重油(沥青),颜色偏深,而脱水后回收的油浆颜色明显变浅,这表明其中的重油(沥青)已被褐煤大量吸收(见图6)。

在脱水加热过程中,水分以水蒸汽形式逸出,逸出的水蒸汽经过压缩机增压后,进入热交换器回收热量,以充分利用水蒸汽的废热,降低脱水能耗。

(4) 固液分离/溶剂回收工序。脱水后的煤/油浆送至连续离心式分离机,分离出含油饼状UBC和轻质油(轻质油被回收循环利用)。此后,再采用干燥机将UBC孔隙中残留的油液蒸发出来的,被蒸发出来水与轻质油混合蒸汽经过压缩机增压后,进入热交换器回收热量,以充分利用混合蒸汽的废热,降低脱水能耗。

(5) 成型工序。经过UBC工艺获得的提质褐煤呈粉状,为了便于运输,采用对辊式压块机将其压块成型(见图7)。由于提质褐煤易于成型,在压块过程中无须添加粘结剂。

3 UBC工艺的应用前景

普通褐煤经过UBC工艺提质处理后,热值会因原煤性质的变化而有所不同,但其热值均能被提高到27 214kJ/kg左右,基本能够达到烟煤的热值水平。压块成型后的提质褐煤可以像普通烟煤那样易于处理及进一步破碎后使用。此外,在燃烧过程中,提质褐煤既使在低NOx排放燃烧模式下,也极易燃尽而几乎不残留未燃烧的碳成分。目前,日本和印尼的UBC项目合作双方已计划建设一家产能为5 000t/d的商业化褐煤提质生产厂,将这项技术应用于工业化生产。展望未来,随着科学技术的发展,提质褐煤的应用前景将更加广阔,很有可能取代部分高阶煤,缓解世界煤炭资源紧张的矛盾。

摘要：概述了日本神户制钢的褐煤提质技术(Upgraded Brown Coal Process)的研发背景。阐述了神户制钢UBC技术的工艺流程和工艺原理,具体介绍了位于印尼的UBC中试厂和示范厂的生产研究情况,展望了提质褐煤的利用前景。

关键词：褐煤,提质技术,神户制钢

参考文献

[1]Sustainability Report 2009.[EB/OL].[2010-11-10].http://www.kobelco.co.jp/english/environment/2009/1182273_9633.html.

[2]Shigeru Kinoshita,Seiichi Yamamoto,Tetsuya Deguchi,Takuo Shigenisa.Demonstration of Upgraded Brown Coal(UBC)Process by 600t/dayPlant.神户制钢技报.2010(4):71-75.

[3]JCOAL.Clear Coal Technology in Japan,[EB/OL].[2010-11-10].http://www.brain-c-jcoal.info/cctinjapan-files/english/2_4D2.pdf

篇4：饱和蒸汽褐煤提质技术

云南省地处高原地带, 油气资源匮乏, 但褐煤资源十分丰富, 储量仅次于内蒙古地区, 约占全国褐煤总量的20.0%。该地区褐煤属于第三纪软褐煤, 成煤年代短, 煤质很差, 其境内煤炭绝大部分水分含量偏高, 热值低, 且容易粉化、爆裂、自燃, 使直接利用能效低、污染重, 又无法长时间储存和远距离运输, 极大地限制了该资源大规模开发利用, 陷入了有煤无用、用煤无利、望煤生叹的困境[1,2,3,4]。因此, 干燥提质成为褐煤利用的首要环节。这一观点得到了业内共识[5,6]。近年来, 云南地区一些工业化示范装置采用蒸发式干燥技术进行褐煤提质, 力图改变其性质, 以使其得到利用和进一步深加工, 但存在能耗高、扬尘大、安全性差, 产品复吸水分, 产品性能不稳定等问题[5,7];对于褐煤低温热解提质技术的应用, 同样困于褐煤易粉化、热稳定性差、含油率不高, 半焦市场处于单一状态等现状, 褐煤热解尚未形成规模化生产[8]。未能本质上解决褐煤利用的难题, 使得储量丰富的褐煤资源仍无法大规模的应用于工业燃料及煤化工[9,10]。

不同于传统的蒸发式干燥, K-燃料技术是典型的非蒸发式干燥技术。它是在一定温度、压力条件下, 蒸汽与褐煤接触, 以液态形式“挤”出水, 同时破坏褐煤孔隙结构和含氧官能团, 提升褐煤品质, 能够彻底解决褐煤利用过程中存在的难题。长青中美 (北京) 能源技术有限公司采用K-燃料技术, 通过实验室提质装置对云南地区年轻褐煤干燥提质, 分析提质效果, 并利用工业化中型装置对禄丰特高水分褐煤进行提质, 研究该技术对年轻褐煤提质的适应性, 为实现云南地区褐煤资源提质利用提供技术支持。

1 实验条件

1.1 实验原料

实验煤样选用云南昭通、龙陵、弥勒、禄丰四个地区褐煤, 煤质分析结果见表1和表2。

由表1和表2可知, 云南地区褐煤原煤属特高水分、高挥发分、低热值、热稳定性很差的煤种。原煤全水分含量均高于50%, 甚至达到67.4%;挥发分含量均高于50%;热值普遍不足8 364 k J/kg, 禄丰原煤仅有5 470 k J/kg, 弥勒原煤热值最高, 也仅9 568 k J/kg;禄丰原煤的热稳定性很差, 其TS+6指标仅为13.3%。

1.2 实验装置

(1) K-燃料北京实验室提质装置, 处理原煤粒径6~50 mm, 处理能力4~5 kg/次。

(2) K-燃料呼伦贝尔中型提质装置, 处理原煤粒径10~80 mm, 处理能力约4 t/次。

实验室装置与中型装置提质工艺条件 (温度、压力和时间) 与K-燃料工业化装置保持一致。

2 结果与讨论

云南昭通、龙陵、弥勒地区褐煤经实验室装置干燥提质, 煤质发生明显变化, 化验结果见表3。

由表3可知, 原煤经K-燃料提质后, 水分大幅干燥脱出, 热值提升显著, 挥发分含量略有降低, 但仍保持在50%以上。

禄丰褐煤经实验室装置提质效果良好。应项目建设需要, 在呼伦贝尔中型装置完成提质, 进一步研究K-燃料技术对该原煤的适用性, 将实验室装置和中型装置提质后的产品煤编号为1号产品和2号产品, 煤质分析见表4。

由表4可知, 中型装置与实验室装置提质产品效果基本一致, 表明K-燃料技术适用于特高水分劣质褐煤的干燥提质。

下面详细分析禄丰特高水分褐煤采用K-燃料技术干燥提质对其水分、热值、热稳定性及挥发分指标的影响。通过实验室装置及工业化装置验证, 实现褐煤高效提质, 阐述该技术从褐煤本质上解决煤质差的问题。

2.1 K-燃料提质对水分的影响

K-燃料提质对褐煤水分含量影响显著, 图1和图2分别展示了原煤及提质产品的全水分和内水分比较。

由图1可以看出, 原煤全水分很高, 为67.4%, 经K-燃料提质后大幅降低:实验室装置提质产品全水分25%, 中型装置提质产品全水分22.4%。原煤全水分降低幅度均在60%以上。

由图2可以看出, 原煤内水很高, 为53.09%, 经K-燃料提质后, 内水含量下降非常明显:实验室装置提质产品内水12.21%, 中型装置提质产品内水10.59%。原煤内水降低幅度均在80%以上。

K-燃料提质实现褐煤水分大幅降低的效果主要体现在: (1) 一定温度、压力下, 褐煤收缩, 毛细孔坍塌、容积减小, 使水分排出; (2) 羧基等含氧官能团破坏, 亲水性变疏水性, 煤中水分附着力降低。

2.2 K-燃料提质对热值的影响

热值是衡量燃煤价值的重要指标之一, 通过对原煤及产品煤热值测定可知, K-燃料提质对褐煤热值变化显著, K-燃料提质对褐煤热值的影响见图3。

由图3可以看出, 热值仅为5 470 k J/kg的原煤经K-燃料提质后, 实验室装置和中型装置提质产品的热值显著提升分别至18 037 k J/kg和18 142 k J/kg。产品用作动力燃料供给火电厂发电, 可大大提高锅炉的燃烧效率, 缓解优质煤炭供应紧张的趋势, 节能增效。

2.3 K-燃料提质对热稳定性的影响

热稳定性是指煤在高温作用下保持其原来粒度的性质, 按照《煤的热稳定性分级》对煤的热稳定性进行分级, 禄丰褐煤属于低热稳定性煤, 无法满足气化工艺的用煤要求。经K-燃料提质后, 水分含量大幅降低、煤块更加密实, 在高温作用下, 产品煤能较好地保持原来粒度。测定结果显示, 提质后产品煤的TS+6指标明显提升, 细颗粒煤料所占比例下降。图4为K-燃料提质对热稳定性的影响。

由图4可知, 原煤热稳定性TS+6指标很低, 为13.3%。经K-燃料提质后, 实验室装置和中型装置提质产品的热稳定性明显升高, TS+6指标提升至86.0%和82.4%, 属于高热稳定性煤, 有利于产品煤进行后续干馏及气化等深加工过程的进行。

2.4 K-燃料提质对挥发分的影响

褐煤挥发分含量高, 反应活性好, 是其作为煤化工原料的优势。图5为K-燃料提质对挥发分的影响。原煤干燥无灰基挥发分Vdaf接近60%, 为59.24%。经K-燃料提质后, 实验室装置和中型装置提质产品的挥发分含量分别为49.60%和51.27%, 较原煤下降7~10个百分点, 这与该地区褐煤成煤年代短、易挥发组分含量大有关。

3 结论

(1) 禄丰特高水分褐煤经K-燃料技术干燥提质, 产品效果良好, 并且实验室装置与中型装置提质效果一致, 符合预期设计要求。

(2) 云南大部分地区的年轻褐煤采用K-燃料技术进行干燥提质, 产品煤可满足工业燃料及煤化工用煤要求, 充分说明K-燃料技术成熟可靠、适用性强, 能够从褐煤本质上解决煤质差的难题, 提质出优质、高效的产品煤。

(3) 该研究可为实现云南褐煤资源综合利用提供指导, 有利于拓宽年轻褐煤的应用领域, 优化其发展途径, 推动褐煤干燥提质快速发展, 将云南地区潜在煤炭资源优势转化为现实经济发展优势, 切实体现资源、能源、环境一体化可持续发展的基本国策, 为全力打造云南煤炭资源基地奠定了坚实的基础。

摘要：为有效解决云南地区年轻褐煤自身煤质缺陷造成其利用能效低、污染严重的困境, 采用非蒸发式提质 (K-燃料) 技术对该地区褐煤干燥提质, 验证K-燃料实验室装置与中型装置提质效果;结果表明:年轻褐煤经K-燃料提质后, 煤质明显改善, 实验室装置与工业装置提质效果统一性良好。

关键词：年轻褐煤,非蒸发式,干燥,K-燃料技术,研究

参考文献

[1]戴和武, 杜铭华, 谢可玉, 等.我国低灰分褐煤资源及其优化作用[J].中国煤炭, 2001, 27 (2) :14-18.

[2]赵振新, 朱书全, 马名杰, 等.中国褐煤的综合优化利用[J].洁净煤技术, 2008, 14 (1) :29-32.

[3]邱亚林, 杨丽, 俞炳丰, 等.云南地区劣质褐煤燃烧技术[J].能源技术, 2006, 27 (2) :83-84, 88.

[4]张丽早, 朱文涛.褐煤提质技术在云南褐煤上的研究进展[A].全国低阶煤提质加工转化技术与产业发展论文集[C], 2012.

[5]朱书全.褐煤提质技术开发现状及分析[J].洁净煤技术, 2011, 17 (1) :1-4.