洗选低阶块煤的清洁转化油气新技术.pdf

7 0 煤炭加工与综合利用 C O A L P R O C E S S I N G＆C O MP R E H E N S I V E U T I L I Z A T I O N No ． 1 2， 2 0 1 4 洗选低阶块煤的清洁转化油气新技术 王新民，王 宇，王福生，王小群 ，周艳玲 山西鑫立能源科技有限公司，山西 太原0 3 0 0 0 6 摘要 论述 了褐煤 、长焰煤 、不黏煤和弱黏煤洗选块煤的清洁转化利用新技术 低 阶 煤 两步连续气化方法；分析 了该技术的特点和商业优势及环保设施 。 关键词 低阶煤 ；气化；技术经济；述评 中图分类号T D 9 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 5 8 3 9 7 2 0 1 4 1 2 ． 0 0 7 0 0 4 1 概述 低 阶煤主 要包括褐煤和低变质煤 长焰煤、 不黏煤、弱黏煤 ，普遍具有三 多的特 点，即含 水分 多、挥发 分多、块状 煤 多。低 阶煤通 过洗 选加 工 可获得量 大、质 优、相对廉 价 的洗 选块 煤 对鄂尔多斯不黏煤、神木长焰煤、霍林河褐 煤调研得 出的结论 ，洗选块煤的合理转化利用 ， 有着非常好 的社会效益和商业效益。 洗选块煤的清洁利用 ，归根结底就是如何实 现低阶煤节能、环保、安全、高效转化成清洁能 源油 和气，再进一 步深加 工转化 ，实现商业化 。 山西鑫立 能源科技有限公司创新发明的 “ 低阶煤 两步连续气化方法”为低阶煤的清洁转化利用创 新 出一条新的工艺路线 。 两步法的第一步，是把块状 的低阶煤通过连 续多段热解炉，分离 出热解煤气、无烟炭和低温 煤焦油；第二步是，无烟炭通过外热式连续水煤 气气 化炉，产 出高品质的气化煤气 氢气 5 0 ％、 一 氧化碳 5 0 ％ 。 新工艺技术把低阶煤转化成清洁能源 的特点 是节 能、环保、安全、高效，工艺系统采用封闭 流程 ；余热循环充分利用；装备设施充分体现 了 新颖性、高效性、经济性等特点，为低阶煤 的清 洁高效转化提供 了技术保障。低阶煤两步连续气 收稿日期 2 0 1 4 1 0 ． 2 1 作者简介王新民 1 9 4 9 一 ，男，山西侯马人，山西鑫立 能源科技有限公司总工程师。 化方法工艺流程示意见图 1 。 垂 鬟 嚣 攀 卜 巨 亘 摆 器 卜 医 匦 热解 煤气 H，5 5 ％ CHd 25 ％ 气化煤气 H．5 0 ％ CO 5 0 ％ 图 1 低阶煤两步连续气化方法工艺流程示意 1 ． 1 洗 选块煤 热 解 低阶煤是不能炼焦 的廉价烟煤，通过热解工 艺使其分离成低温煤焦油、热解煤气和无烟炭。 创新发 明的低阶煤热解炉采用快速换热、换 向的双联火道加热，配合废气干熄炭、预热空气 补燃、热废气循环利用等新工艺技术达到节能的 目的。煤在密闭的炉体 内完成常温入炉预热、干 馏热解、干熄换热、低温排炭的整个过程，实现 了清洁生产 。保温和加热同样重要，采用多层 内 保温 ；生产过程采用常压操作 ；全部采用机械化 运行，逐步实现 自动化控制，达到安全生产 的 目 的。新技术清洁 、高效地把低阶煤热解 ，转化为 优质热解煤气、低温煤焦油、优质的无烟炭等清 洁能源 。 1 ． 2无烟 炭 气化 煤热解产出的无烟炭 ，通过水煤气气化炉气 化 ，产出高 品质 的气化煤气 氢气、一氧化碳 ， 2 0 1 4年第 1 2期 王新民，等洗选低 阶块煤的清洁转化油气新技术 7 l 气化煤气可称为还原气。 鑫立 公 司创新 发 明的外热式 连续水 煤气 气 化技术 ，就是气化反应过程所需的热量 由快速换 热、换 向的双联火道加热方式供给 ，加热系统是 由内环上下两段火道和 外环上 下两段火道 完成， 通 过导热壁 把气化 的加 热过程和 反应过程 隔离 成两个独立系统运行。这样，把传 统的间歇式水 煤气气化过程转变为连续水煤气气化过程 。因在 气化反应区只有红焦和水蒸汽，能把无烟炭气化 成 高品质的气化煤气 氢气、一氧化碳 。换热、 冷却后 的气化煤气 ，通过洗涤脱水进入还原气稳 压 柜 。 2 两步法实现低阶煤的高效转化 两步法是指第一步，把低阶煤通过热解转 化分离成无烟炭、油品和热解煤气。第二步，把 无 烟炭 气化 成气 化煤气 氢 气 5 0 ％、一氧 化碳 5 O ％ 。 煤热解技术采用山西鑫立能源科技有限公司 自主创新发 明的低阶煤连续多段热解新技术；无 烟炭气化同样采用鑫立公司 自主创新发明的外热 式气化新技术。两项新技术实现 了低阶煤热解气 化的节能、环保 、安全 、高效转化 。 2 ． 1 低阶煤热解技术 煤 热 解 的 温 度 在 通 常 情 况 下 约 为 5 5 0～ 6 5 0℃，也就是说，在 6 5 0℃前，煤 的含油成分 已基 本挥发 出来 ，其中包括大部分煤气，但这时 炭中的挥发分仍然在 1 O ％ 左右 ，炭产品俗称为半 焦 或称兰炭 。进一步提高热解温度到 8 5 0℃， 可进一步热解 出更多的煤气 ，同时把炭产品的挥 发分降低到 5 ％ 以下，成为无烟炭产品，利于做 为下一步气化的炭材料 。 低阶煤连续高温热解的核心技术是连续多段 热解炉，热解炉同时具备如下 5项功能。 1 对入炉煤预热和连续加煤的功能。利用 炉顶高温废气 的热源对调湿后的入炉煤进行进一 步加热脱水，使煤进入高温热解室前能达到一定 的温度 ，同时形成荒煤气和煤仓间的汽封和煤封 层，使荒煤气能顺利导出，实现连续运行 。 2 换 向加 热和补氧加热组成 的加 热功能。 山西鑫立能源科技有 限公司发 明的由综合换向器 和换向加热器及管道连通控制器组成的换 向加热 系 统，能高效 地完成 高温 换 向的火 道加 热，火 焰温度能达到 1 5 0 0℃以上，排 出废气温度低于 1 6 0℃。补氧加热是在 中心火道补给热空气 ，使 高温废 气 中残余 燃气成 分二次燃烧 形成 高温火 道，满足中心火道高温的热量需求 。 3 实现 了废气干熄和连续排炭功能。换 向 加热产生 的低温废气对热解后的产物之一红无烟 炭进行降温干熄，使低温废气转为高温废气，通 过 中心火道时对其补氧加 热，对煤热解供热后排 出。采用绞笼封 闭推料器排料 ，来完成封闭式连 续排炭。 4 荒煤气分层导 出功能。将不 同阶段产生 的荒煤气 ，通过分段设置的荒煤气通道，连通后 导出 。 5 高温废气利用及导 出功能。热解炉加热 段排 出的高温废气主 要用 于对入炉煤 的再预热， 补燃空气的预热，利用后 的高温废气作为低阶煤 调湿器的热源，通过砌砖保温管道输送。 低阶煤进入高温热解炉后 ，经过高温分段热 解，完成低阶煤的清洁转化 ，产生荒煤气和 固体 产物无烟炭；荒煤气导出炉体 ，通过氨水喷洒降 温，经集气管进入气 ／ 液 分离器，在 分离器 内沉 淀分离出煤焦油，分离后 的煤气进入横管冷却器 间接换热降温后，低温煤气经煤气风机加压 ，进 入 综合洗 涤塔 洗涤，脱 除煤气 中的氨、萘等物 质，同时把煤气冷却 至 2 5℃，再送入活性炭吸 附净化装置，净化后 的净煤气被压入煤气稳压柜 中。吸 附饱和 的活性炭经加热解析装置再生，再 生后的活性炭重复使用，加热解析的物质经分馏 塔等装置 分离出粗 苯、轻焦油、硫化氢等产品。 硫化氢采用简易克劳斯工艺制取硫磺。 剩 余氨水蒸氨前处理废 水经前沙滤过滤、 吸附器吸 附、后沙滤 过滤 ，除 去剩余氨 水 中的 杂质及油 类。蒸氨 利用 尾气余 热给加 热油加 热，加热 油在 蒸 氨 塔 下部加 热 废水 产 出蒸 汽， 蒸出的氨气经冷凝冷却成为浓氨水。蒸氨后废水 再经吸附器吸附、后沙滤过滤后进入循环水池， 循环使用 。 换热后的尾气经水沐器过滤及水洗后，除去 尾气中的粉尘及有害物质达标排放 。 7 2 煤炭加工与综合利用 2 0 1 4年 第 l 2期 2 ． 2 煤热解新技术分析 2 ． 2 ． 1 低阶煤加工利用的适应性 低 阶煤加 工利 用 的途径 是调湿、热解 、分 离。低阶煤是散状的多水煤，利用 时需调湿到一 定含水量 。这就需要有足够的热量满足这一过程 ， 同时要利用产生 的水汽作为热载体传热，又要有 合理的导出方式，并回收冷凝水。新技术利用热 尾气做热源 的调湿器来满足工艺要求。 2 ． 2 ． 2 油气产品的产率和品质 热解是技术的核心，温度控制是关键 。加热 温度越高，加热终温越高，油气 回收率越高。但 就油 品而言，荒煤气导出的温度越低、油产率越 高，油品质量越好。连续生产工艺形成了炉 内动 态中的静态 ，即热解室里每一点都具备相对恒 定 的温度和压力，对油气的生成和分段导出提供了 特定的环境，这样既能稳定油气 的高产率，又能 稳定油 品的质量 。 2 ． 2 _ 3 低阶煤节能、节水、环保、安全、高效的 清洁转化 低阶煤连续热解系统，热解 1 t 低阶煤耗燃 气 8 0 H l 3 ，耗 电 1 5 k W h ，废水零排放 。节能体 现在热量的循环利用、加热系统的新技术、合理 的工艺设计等方面；节水体现在干法熄炭、冷凝 水的回收、剩余氨水的处理利用 以及水的循环利 用等方面 ；环保方面，采用封 闭式的连续生产工 艺 ，尾气通过 “ 水沐法 ”处理后排放 ，粉尘处理 后的少量尾矿合理处置；安全方面，整个系统工 艺采用常压操作，动力 电压 3 8 0 V，气体压力最 高不超过 3 k P a ，能确保安全生产 。 2 I 3 无烟炭气化技术 无烟炭加热 到 9 0 0℃左右 红焦 ，和水蒸 汽 反应生成 C O H 2 ，关于能量转化通 过下面 一 组数据来说明。 CH ， O 水蒸汽 C OH， 1 3 5 ． 0 k J ／ mo l 1 t 碳转化需热能 1 1 ． 2 5 GJ ， 1 t 碳热值为 3 2 ． 9 8 8 GJ ， 转 化 的气 化 煤 气 热 值 为 1 1 9 4 7 k J ／ m X 3 7 33 ． 3 34 m 。 44 ．6 02 GJ。 数量显示 ，碳气化过程是把碳能转化为气化 煤气能 的过程 ，遵循 能量守衡定律，转化耗能 占 2 5 2 ％ 。 无烟 炭连续气 化炉 ，是把低 阶煤 热解 得 到 的无烟炭通过连续气化炉加热气化获得气化煤气 C O H2 。 山西鑫立能源科技有限公司自主创新发明的 无烟炭气化技术的核心装备是外热式水煤气气化 炉 ，气化炉具备 以下几项功能。 1 加 热 系统无烟 炭气化 所 需要 的热量 由快速换热、换向的双联火道组成 的内外环形加 热系统完成，内外环形加热系统各分上下两段加 热，供给无烟炭气化所需的热量，通过导热壁传 热完成，为气化炉连续气化创造 了必要的条件 。 2 气化煤气的导 出在气化炉气化段生成 的气化煤气，经加热段中部设置 的多条 1 8条 煤气导出通道 ，导至气化炉内上部导出，与入炉 的无烟炭换热后导 出炉体 。气化煤气通过导出孔 分流后，可使炉内压力趋于平稳 ，以保 障无烟炭 预热、加热、气化等各流程的顺利进行。 3 水蒸汽导入与灰渣排出由于加热方式 的改变 ，使气化炉实现了连续气化 ，作为气化剂 的水蒸汽，也必须不 问断导入；由于气化煤气导 出条件 的改变 ，炉 内压力趋于平稳，常压饱和蒸 汽可 以平稳入炉；入炉 的水蒸汽与热灰渣换热后 进入气化段进行水煤气反应 ，生产高品质还原气 氢气和一氧化碳 ；反应生成 的灰渣经换热后 ， 在炉低部经封 闭式绞笼排料机排出，排渣方式为 干式排渣 。 在 以蒸汽作为气化剂 的无烟 炭气化 工艺中， 生产 蒸汽是保障运行和节能的关键 ，本技术利用 导 出炉体 的热气化煤气余 热通过 换热器生产 蒸 汽，换热后的气化煤气经综合洗涤塔洗涤、降温 脱水等净化后压入稳压柜 。 为保障无烟炭气化用蒸汽，另外设有利用热 尾气做 热源 的常压锅 炉，生产蒸汽 ，满足供给。 汽化用的脱盐水统一供给。 2 ． 4 无烟炭气化新技术分析 2 ． 4 ． 1 加热系统的改变 由于采用 了高效的外加热系统 火道火焰温 度 l 3 5 0 ～ 1 4 5 0℃，排出废气温度低于 1 6 0℃ ， 使加热做到安全、节能 。加热系统的改变，使水 煤气反应能连续进行，实现 了连续气化，得到高 品质气化煤气 氢气、一氧化碳 。 2 0 1 4 年第 1 2 期 王新民，等洗选低阶块煤的清洁转化油气新技术 7 3 2 ． 4 ． 2 气化煤气导出系统的改变 气化 段生 成 的气 化煤 气在炉 体 的 中部 ，分 成通道 导 出和 无烟 炭层导 出两部分 ，平稳 了炉 内气化 反应 的压力 ，利 于无烟 炭水煤 气反应 的 顺利进行 。 2 ． 4 - 3 经济、环保、节能的高效性 采用煤气余热、尾气余热生产蒸汽，即节能 又环保 ；干法排 出的灰渣，用于烧制建材，体现 了经济性和环保性 。 3 低阶煤两步法转化油、气的技术特点和商业 优势 富煤 、贫油 、少气 是我 国化石 能源 的存储 现 状 。 煤直接燃烧利用效率低，且污染严重 ，阻碍 着我 国的经济发展。 煤 的洁净 利用 技术是 未来煤 炭利 用 的主 旋 律，而煤的热解是煤炭气化、煤 的热加工等煤炭 洁净利用 的基础过程。两步法的主要 目的是把煤 通过热解 ，加工转化成炭、油、气，炭再进 一步 水煤气气化 ，得到高品质气化煤气 氢气、一氧 化碳 ，完成 了把低 阶煤节 能、环保 、安全 、高 效清洁转化 ，能为我 国的煤制油 汽油、柴 油、 燃料油 、煤制气 天然气 、煤化工 甲醇、烯 烃等等产业提供质优价廉的油、气资源。 这种新技术的主要特点是第一步煤热解 ，采 用独立的加热系统，把加热和反应分开 ，煤 的干 馏、热解 、炭化都在隔绝空气的环境下进 行，包 括热解煤气 ，产品的品质纯净，利于和下游产业 对接 。第二步连续水煤气气化炉，同样采用独立 的加热系统，把气化反应和加热系统分开，独立 运行，这样 只能产 出纯 的气化煤气 一氧化碳、 氢气 ，纯 的合成气和还原气更利于和下游产业 对接。 从 资源、装备、产 品、市场 的商业运行规律 探讨 “ 低阶煤两步清洁气化法”的技术优势和产 品优势，该技术的整个生产工艺属于封闭生产系 统，清洁环保，利用热能的循环利用达到了节能 的 目的，实现 了低阶煤 的节能、环保 、安全 、高 效的清洁转化 。由于装备、设施全部 国产化 ，投 入成本低，运行成本低 ，再加上廉价 的低 阶煤原 料，能为下游产业提供质优价廉的油、气资源 。 4 环保设施 1 冷却水循环冷却深水池 ，利用温差和地 冷地热 ，封 闭式的混凝土结构 。 2 循环 水净化装置 ，由前沙滤、后沙 滤、 活性炭吸附三部分组成。 3 尾气水沐净化器，是尾气净化、达标排 放的环保装置 。它具备利用尾气余热处理剩余 氨水蒸氨的功能；利用氨气弱碱性对尾气进行脱 硫的功能；利用蒸氨废水和尾气冷凝水洗涤尾气 粉尘的功能；渣水沉淀分离的功能，分离出的渣用 于综合利用，分离出的水经净化处理后循环使用。 濮阳市诚意增塑剂有限公司 公 司毗邻 中原 油田基地 ，是一 家大型化 工选煤助剂 专业公 司，被 中国质量信誉协会确认 为 “ 国家权威检测 2 0 1 3 _ _ 2 0 1 4牟质量、信誉、服务三优企业” 。公司常年生产新型环保选煤起泡剂和新型环保选煤捕收剂。 新型环保选煤起泡剂 ◆产品性质 选煤改性起泡剂为褐色或黑色油状液体 ， 气味，比重 0 ． 9 3 0 ． 9 8 、馏程 2 0 0 3 5 0 C。 ◆产品用量 新型环保选煤捕收剂 ◆ 产品用量 无不 良 0 ． 4 0 ． 7 k g ／ t 干煤泥，同本公司生产的选煤起泡剂 配 比在 1 2 4 1 。 0 ． 2 - - 0 ． 4 k 干煤泥 ，视煤质、矿浆浓度 、浮选工 艺以及人为操作等 因素会有所变化 。 ◆产品价格2 8 0 0元 ／ t ◆产品价格4 6 0 0元 ／ t 联系人李先生 1 3 8 0 3 9 3 1 1 2 6 1 3 7 0 3 8 3 8 1 0 6 地址 濮阳县党校路 5号 电话 0 3 9 3 ． 3 2 3 8 8 8 6 8 传真0 3 9 3 3 2 3 8 8 8 6 9 网址 h t t p／ ／ y i f e n g c h e m． c o rn