煤热解工艺现状及发展趋势

煤热解工艺现状及发展趋势

李海鹏 1 韩 荣 2

陕西东鑫垣化工有限责任公司 陕西省榆林市 719400

摘要：中国煤炭资源充足，而石油资源相对稀缺。长期以来，煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重仍占据主导地位。在我国已勘探清楚的煤炭资源中，低阶煤炭资源富足。低阶煤的煤化程度较低、挥发分较高、含水量也高，所以在燃烧、发电或煤气化的领域应用较广。基于此，煤热解技术的应用对煤制烯烃和芳烃产业的发展起到一定作用，实现煤炭资源的有效使用率、清洁转化率都具有重要意义。

关键词：煤；煤热解；热解工艺；进展

引言

煤炭在世界能源供应中的重要性不言而喻。中国的能源储存丰富，主要表现为煤炭丰富，石油匮乏，天然气匮乏。2017年，煤炭占中国能源消费总量的60%以上，但其中80%以上是直接燃烧的，煤炭的充分利用率较低，同时，由于煤炭的直接燃烧，污染物排放严重超标，极易造成温室效应、酸雨和烟雾天气的出现，严重影响了我国的整体环境，因此，经济效益的提高与解决环境问题的重要前提就是煤炭利用率的提高。煤热解与煤炭直接燃烧相较之下，是提高煤炭清洁高效利用的重要工艺之一。

1煤热解技术基本情况

煤热解技术始于20世纪初，主要用于生产石蜡油和固体无烟燃料。到了20世纪50年代，石油和天然气停止了开发。自20世纪70年代以来，制备液体产品和芳香族化合物的新技术逐渐发展起来。煤的热解是指煤在与空气隔绝或没有氧气的情况下进行煤炭的加热，通然后经过特定温度的作用下出现固体(半焦或焦炭)、液体(煤焦油)和气体(气体)的物理变化与化学变化同时存在的复杂的反应过程。煤热解的热处理过程比较简单，不会改变煤的基本性质。在通过低温蒸馏后，煤分子中的含氧基团出现分解的情况。煤热解技术能够从煤中获得低温焦油，其性质接近重质原油。它是石油的有益补充，可以称为另一种石油资源。

20世纪60年代以前，为了获得石油替代品，我国还开发了用于油页岩和长焰煤干馏的煤热解技术。近年来，为了生产高热值的固体半焦产品，我国开发了多种煤热解工艺，部分工艺已达到工业应用或工业示范水平。

2煤热解工艺简介

2.1鲁奇三段内热式炉热解工艺

鲁奇公司在1925年开始建设三段式熔炉。在第二次世界大战期间，德国使用该工艺从褐煤与烟煤中生产液态烃、焦油、焦炭。从20世纪中期之后，由于能源结构逐渐发生改变，该工艺逐渐减少。该工艺炉分为干燥、干馏和冷焦三个部分。工艺特点:原煤粒度20ー80mm，热煤气加热块煤，加热速度快、均匀、生产效率高，热解炉传热效果好、热效率高，热解炉技术成熟、操作简单、投资较少，但产品质量有限。

2.2Toscoal工艺

美国页岩公司和RockyFlates研究中心在研究煤的热解过程中发现了托卡尔（Toscoal）过程。在提升管中将加入粒度低于6mm的煤粉，然后经过高温烟气加热到260℃在320℃之间。加热后的煤粉用旋风分离加热至430℃到510℃之间，与高温陶瓷球均匀混合，让煤粉可以进行充分热解(用高温陶瓷球加热煤粉，为煤粉热解反应提供热量)。热解气体和热解焦油由分离系统的气液分离器分离，热陶瓷球和热解半焦由转鼓分离器分离。小颗粒热解半焦通过筛网，热陶瓷球通过热载体冒口送至热载体加热器进行回收。

2.3.LCC热解技术

LCC工艺是大唐公司和五环公司联合开发的一种内热式气体热载体工艺。该工艺主要分为干燥、温和热解和精制三个步骤。煤被热气流致脱水，加热产生温和的热解反应，热解气体被分离出来。热解以水冷方式终止，固体被运送到精炼塔进行氧化和水合，得到固态半焦。热解气体凝结的焦油大部分返回淬火塔，其余为焦油产品。LCC采用热惰性烟气直接加热煤炭，确保在有限期内煤炭可以直接干燥或热解；采用犁式机械导向分布器将干燥后的煤炭放入炉内，使设备在生产能力大的情况下保证高的换热效率。

2.4ECOPRO工艺

日本新日铁股份有限公司通过对煤热解过程的研究开发了ECOPRO工艺，其反应装置分别由顶部转化炉、中部加氢反应器和底部部分氧化装置组成。该工艺技术是煤部分加氢快速热解技术之一。将煤径不大于0.05 mm的煤粉送入部分氧化装置，在该装置中，煤粉与经过半焦热回收装置处理的半焦混合，氧气和蒸汽送入反应器底部进行气化，以产生高温合成气。然后将高温气体送入加氢热解反应器中，以提供粉煤在热解反应中需要的热量。热解产生的挥发物经气体处理器和焦油分离器进一步处理，半焦经半焦热回收装置回收。后续处理后的一部分热解干气作为富氢气体送入中央热解反应器，参与煤粉的热解反应。该工艺生产的焦油轻组分含量高，热解系统的能量转化率高达88%。

2.5甲烷活化热解

在甲烷活化热解过程中，甲烷活化对煤热解的影响尚不清楚，很大程度上限制了其发展。高梅杉等经过利用热解平衡研究了煤在甲烷气氛中的热解过程。结果表明，在400℃以下的环境中，煤在CH

₄气氛中热解的TG曲线与N ₂气氛中热解的TG曲线基本一致，同时在400℃到750℃之间、CH ₄环境中，煤的失重率较大。李敏在固定床反应器中研究了催化剂对煤在甲烷气氛中热解的影响，发现在500℃时焦油产率最高，与煤在惰性气氛中热解相比，在甲烷气氛中焦油产率最高的温度降低。X.L.Liu等人将Ch ₄和Co ₂注入固定床时，750°C下的煤焦油产率比N₂气氛下的高80%。然而，甲烷在400°C或低压下对煤的热解没有明显影响，因此在低温低压下被认为是惰性气体。只有在高温高压下才能提高焦油产率，但系统压力会升高，因此很难实现甲烷活化热解的工业化。

2.6气固热载体双循环快速热解技术

上海盛邦化工有限公司经过研究开发了低阶煤粉气固热载体双循环快速热解技术。

工艺特点:根据原料快速热解时间的要求，以小于200目的煤粉为原料满足二次反应，采用双循环气流反应器实现二次热解，通过气固接触热载体技术保证固体的充分混合，实现煤粉的完全热解；采用快速气固分离技术实现气固分离，降低焦油固含量；采用油气淬火技术减少焦油的进一步聚合，保证装置长周期运行；采用煤粉燃烧加热热载体流动化学床炭燃烧方式，保证热负荷温度均匀；采用分馏技术，产品分离和热回收，降低能耗；采用干熄焦热回收技术，能够到达节能节水的效果。

3现代技术发展趋势

与传统工艺相比，固体热载体煤热解工艺与循环流化床燃烧相结合，可以在一定程度上提高煤炭资源的利用效率，实现热、电、油、气多联产。然而，目前发展起来的基于固体热载体的煤热解过程也存在一些问题，如大连理工大学工艺有多个分离装置，煤和焦炭长时间混合，产生高温渣；济南锅炉厂BJY工艺的缺点是半焦循环利用率低，高温热灰输送稳定性差。浙江大学联产工艺（ZDL工艺）存在易结焦、气化炉温度难以控制等缺点。考虑到现代煤热解技术的发展趋势，基于煤粉热解的新型煤基多联产工艺将是未来煤化工行业实现多产业耦合发展模式的主流方向。

结束语

综上所述，煤热解技术是符合我国能源结构的一种即经济性、适用性强的液体燃料制备技术。通过各种各样的煤热解技术相互融合应用，能够促进煤炭资源的转化率，弥补了我国贫油的能源现状,减少了石油对国外的依存，满足了我国能源结构的发展需求。

参考文献：

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