分級分質(zhì)熱解要素選擇及低溫?zé)峤獯嬖诘膯栴}致歉信尊敬的各位讀者，由于小編疏忽在昨日所發(fā)“低階煤分級分質(zhì)利用全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展路徑探析”文章插圖時(shí)不小心漏發(fā)了部分核心內(nèi)容，造成了所發(fā)文章不完整，影響了大家閱讀。在此小編深表歉意。感謝大家的理解與支持低階煤分級分質(zhì)利用全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展路徑探析國家發(fā)布的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計(jì)劃(2014-2020年)》確立了2020年中國的戰(zhàn)略方針與目標(biāo)：一次能源消費(fèi)總量將控制在48億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭消費(fèi)總量控制在42億噸;非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到15%，天然氣比重達(dá)到10%以上，煤炭消費(fèi)比重控制在62%以內(nèi)。具統(tǒng)計(jì)資料表明：2015年我國煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的64.0%，水電、風(fēng)電、核電、天然氣等清潔能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的17.9%。據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)資料：截至2014年，我國已探明適于分級分質(zhì)利用的煤炭儲量8758.32億噸，其中蘊(yùn)藏著約657億噸油品和51萬億方天然氣。分別相當(dāng)于已探明石油可采儲量的20倍、已探明天然氣可采儲量的11倍。我國每年消費(fèi)近40億噸煤炭中的55%左右含有豐富的油氣組分。假設(shè)全部實(shí)現(xiàn)分級利用相當(dāng)于增加1.43億噸燃料油、0.84億噸液化夭然氣供應(yīng)，僅燃料油就相當(dāng)于我國每年石油進(jìn)口量的一半。發(fā)展煤炭分級分質(zhì)利用，可在一定程度上緩解我國油氣資源偏緊的局面，對于提升我國能源安全保障程度意義重大。低階煤熱解基本機(jī)理低階煤的主要特征：煤化程度低、揮發(fā)分高、水分高、發(fā)熱量低，褐煤在這方面尤其突出。主要熱解機(jī)理：煤在隔絕空氣條件下被加熱到一定溫度時(shí)發(fā)生的一系列物理反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)，混雜在一起的反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜過程，導(dǎo)致碳結(jié)構(gòu)中的交聯(lián)鍵發(fā)生斷裂，產(chǎn)物重組和二次反應(yīng)，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤氣等產(chǎn)物的過程。按加熱終溫的不同,大致可分為三種熱解溫度：900?1100°C為高溫干餾，即焦化；700?900C為中溫干餾；500—600C為低溫干餾。主要熱解過程：當(dāng)煤料的溫度高于100C時(shí)：煤中的水分蒸發(fā)出；溫度升高到200C以上時(shí)：煤中結(jié)合水釋出；高達(dá)350C以上時(shí)：粘結(jié)性煤開始軟化，并進(jìn)一步形成粘稠的膠質(zhì)體，其中泥煤、褐煤等熱解時(shí)不發(fā)生此現(xiàn)象；至400?500C時(shí)：大部分煤氣和焦油析出，稱為一次熱分解產(chǎn)物。在450—550C，熱分解繼續(xù)進(jìn)行，殘留物逐漸變稠并固化形成半焦。高于550C時(shí)：半焦繼續(xù)分解,析出余下的揮發(fā)物，主要成分是氫氣。半焦失重同時(shí)進(jìn)行收縮，形成裂紋；高于800C時(shí)：半焦體積縮小變硬形成多孔焦炭。當(dāng)熱解在室式熱解爐內(nèi)進(jìn)行時(shí)：一次熱分解產(chǎn)物與赤熱焦炭及高溫爐壁相接觸，發(fā)生二次熱分解，形成二次熱分解產(chǎn)物，焦?fàn)t煤氣和其他煉焦化學(xué)產(chǎn)品，煤干餾的主要產(chǎn)物是半焦、煤焦油和熱解煤氣。煤熱解工藝參數(shù)按照加熱終溫、加熱速度、加熱方式、熱載體類型、氣氛和壓力等工藝條件分為不同類型。按加熱終溫可分為低溫?zé)峤?500-600°C)、中溫?zé)峤?700-800°C)、高溫?zé)峤?950-1050C)和超高溫?zé)峤?>1200C)煤熱解工藝；按加熱速度可分為慢速(3-5C/min)、中速(5-100C/s)、快速(500-10000C/s)、閃裂解(>10000C/s)煤熱解工藝；按加熱方式和熱載體可分為外熱式、內(nèi)熱式、內(nèi)外并熱式煤熱解，其熱載體類型可分為固體熱載體、氣體熱載體、固氣混合熱載體煤熱解工藝；按氣氛可分為氫氣、氮?dú)?、水蒸氣、隔絕空氣煤熱解工藝；按壓力可分為常壓、加壓煤熱解工藝。分級分質(zhì)熱解要素選擇熱解溫度的選擇熱解熱源：熱解過程所需要的熱量是由外部提供的，供給的熱量對熱解反應(yīng)有很大的影響。選擇不同的熱解溫度對熱解獲得的產(chǎn)品需求也是完全不同的。低溫?zé)峤鉁囟韧ǔ？刂圃?00-600C，中溫?zé)峤鉁囟韧ǔ？刂圃?00-800C，高溫?zé)峤鉁囟韧ǔ？刂圃?50-1000C。選擇合適的熱解溫度非常重要。即要考慮低階煤的組分、煤質(zhì)以及含油率等重要參數(shù)，也與考慮確定熱解產(chǎn)品的需求及全產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)聯(lián)度，同時(shí)還要考慮初級原料的深加工和三廢的處理等關(guān)聯(lián)度。在不同熱解狀態(tài)下的產(chǎn)出物類型：在低溫條件下：更易獲得較多的液體產(chǎn)品，即焦油。在高溫條件下：更易獲得較多的氣體產(chǎn)品，即熱解煤氣。在中溫條件下：即可獲得一定的液體產(chǎn)品，同時(shí)也獲得一定的氣體產(chǎn)品。熱解溫度高低對半焦產(chǎn)出物內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響較大：熱解溫度越高，固體原料的焦化程度也越高，碳內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的質(zhì)的變化，為后續(xù)固體燃料的加工造成一定的影響。原料粒度及爐型選擇原料粒度與傳熱傳質(zhì)有關(guān)：顯然不同的加熱速度，如慢速(3-5°C/min)、中速(5-100°C/s)、快速(500-10000C/s)等對原料煤的粒度大小、熱解反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)要求均是不同的，粒度必須與這些爐型結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)相匹配，才能獲得較高的熱解目標(biāo)產(chǎn)物。一般情況下，粒度范圍，如粉煤、6—8mm、10-20mm、8-60mm、塊煤10-100mm等。不同的粒度對應(yīng)不同的熱解反應(yīng)器類型結(jié)構(gòu)，不同的熱解反應(yīng)器結(jié)構(gòu)要選擇最佳的原料粒度。我們既可以由粒度來對應(yīng)不同類型的熱解爐結(jié)構(gòu)，也可以根據(jù)確定的爐型來匹配相應(yīng)的最佳原料粒度。流化床熱解爐選擇粒度：通常適用于小顆粒的原料煤粒度，一般以物料在床層內(nèi)呈流化狀態(tài)，傳熱過程比較快，比較容易實(shí)現(xiàn)熱解的過程。在熱解過程中若與高溫的爐灰混合加熱，容易與熱解的油氣混合在一起，對后續(xù)的油氣灰分離造成影響。由于低溫流化床熱解，本身粒度較小，不怕煤加熱粉化，與其它低溫?zé)峤庀啾龋@種熱解工藝能多產(chǎn)焦油，而且焦油中含有脂肪烴、芳烴和酚類物質(zhì)，經(jīng)加工能得化學(xué)品和燃料油。移動床熱解爐選擇粒度：通常比較適合小顆粒的熱解原料煤，一般以6-8mm粒度為宜。這種粒度也比較容易實(shí)現(xiàn)熱解的過程，在熱解過程中也會產(chǎn)生少量的粉塵，油氣粉塵的混合分離相對流化床要容易些。該爐型除出焦系統(tǒng)外，均為靜設(shè)備，動力消耗低，熱解為漸溫加熱過程，熱解產(chǎn)生的油氣逐漸上升，遇冷煤重質(zhì)焦油便凝析，隨煤下行進(jìn)入高溫區(qū)，重質(zhì)焦油會二次熱解，產(chǎn)生輕質(zhì)油，煤層之間有較好的過濾作用，煤的熱崩碎幾率較小，粉塵較易于除去，確保油品質(zhì)量?；剞D(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)），熱解爐選擇粒度：通常適合較大顆粒的熱解原料煤，一般以8-30mm粒度為宜。這種粒度在熱解過程中較少形成粉塵，油氣粉塵的混合分離相對要容易些。爐內(nèi)物料受熱也比較均勻，升溫速度較快，溫度控制比較精準(zhǔn)，易于實(shí)現(xiàn)最佳熱解溫度，避免溫度過高導(dǎo)致焦油二次裂解，產(chǎn)生的荒煤氣體積小，含焦油濃度高，便于回收。粉煤回轉(zhuǎn)熱解爐選擇粒度：適于粉煤熱解，以粒徑0.2?30毫米的粉煤為原料，熱煙氣在干燥粉煤的同時(shí)，去除粒徑小于0.2毫米的煤塵。采用回轉(zhuǎn)爐干燥與回轉(zhuǎn)爐熱解串聯(lián)，加熱介質(zhì)采用逆、并流結(jié)合的方式供熱，爐內(nèi)溫度分布較合理，煤焦油收率高、煤氣組分優(yōu)、固體產(chǎn)品活性好、耗水少、原煤中水的回用率高。適宜在低階煤資源豐富、水資源缺乏地區(qū)推廣應(yīng)用，經(jīng)回轉(zhuǎn)干燥、除塵、干餾、冷卻、增濕、鈍化等環(huán)節(jié)，產(chǎn)出熱值較高的煤氣、煤焦油和半焦無煙煤。熱解過程用自產(chǎn)的煤焦油洗滌熱解氣中攜帶的煤焦油（傳統(tǒng)工藝為水洗），并將粉煤干燥析出廢水與熱解水分別處理、梯級利用。因受細(xì)煤粉與煤焦油混合物難以分離、易堵塞設(shè)備管道等問題制約，還有待完善。熱解產(chǎn)品選擇熱解目標(biāo)產(chǎn)品選擇確定熱解工藝：由于低階煤熱解工藝類型較多，在熱解過程中首先要取決于對目標(biāo)產(chǎn)品的選擇。如以煤焦油和化學(xué)品深加工為主目標(biāo)產(chǎn)品，熱解煤氣為次目標(biāo)產(chǎn)品，則選定低階煤熱解的要素為：低溫?zé)峤庖豢焖僖惠^短停留時(shí)間一內(nèi)熱式一移動床/回轉(zhuǎn)爐一氫氣或隔絕空氣一小粒度煤。如DC熱解工藝就是基于上述因素考慮的。如果產(chǎn)品鏈選擇發(fā)電、熱解煤氣為主目標(biāo)產(chǎn)品，低溫?zé)峤庖豢焖僖惠^短停留時(shí)間一內(nèi)熱式一流化床一氫氣或隔絕空氣一更小粒度煤。低階煤發(fā)展趨勢：集低階煤預(yù)處理、氣化、合成、發(fā)電、供熱等技術(shù)于一體的低階煤分級分質(zhì)多聯(lián)產(chǎn)綜合利用是一項(xiàng)具有發(fā)展前景的現(xiàn)代煤化工技術(shù)，研究開發(fā)完善低階煤低溫（中溫、高溫）快速（中速）熱載體氣流床（固定床、流化床、回轉(zhuǎn)爐）熱解工藝，以提取焦油、干餾煤氣和半焦為主要產(chǎn)品的分級分質(zhì)、分類轉(zhuǎn)化技術(shù)是一種發(fā)展趨勢。低溫?zé)峤獯嬖诘膯栴}我國低階煤熱解提質(zhì)技術(shù)有幾十種之多，由于長煙煤、褐煤儲量大，高水份、高揮發(fā)分、易燃等屬性決定了低階煤直接利用存在一定的不合理性，但市場對這種低階煤的需求量也極大。但產(chǎn)業(yè)化面臨的最大問題有如下：低溫?zé)峤忾L周期穩(wěn)定性經(jīng)濟(jì)性問題蘭炭熱解工藝受煤質(zhì)的特定要求，必須使用塊煤，所產(chǎn)煤氣質(zhì)量差，盡管產(chǎn)氣量較大，但煤氣熱值在7.5-8.5MJ/m3,焦油產(chǎn)率低，規(guī)模小，環(huán)保性能差，綜合利用存在不足；魯奇三段爐熱解工藝使用塊煤，所產(chǎn)煤氣質(zhì)量差，盡管產(chǎn)氣量較大，但煤氣熱值在7.3-8.1MJ/m3,焦油產(chǎn)率低，規(guī)模小，環(huán)保性能差，綜合利用存在不足；LCC低溫?zé)峤夤に噷α６扔幸欢ǖ囊?，所產(chǎn)煤氣質(zhì)量較差，盡管產(chǎn)氣量較大，但煤氣熱值偏低，自熱平衡不足，需要外補(bǔ)熱源，副產(chǎn)的煤氣不能進(jìn)行深加工，焦油產(chǎn)率較高，規(guī)模小，綜合利用存在不足；DC低溫?zé)峤夤に囈罅６攘骰驳蜏責(zé)峤夤に嚱褂彤a(chǎn)率較高，煤氣熱值在18-19MJ/m3,規(guī)模中型，由于固體產(chǎn)品是半焦和爐灰的混合物，只能適用于電廠流化床鍋爐副產(chǎn)蒸汽發(fā)電，由于大量的爐灰（循環(huán)比在5-7）與半焦混合降低了含碳量，能耗高、燃燒效率降低，使用范圍受限，與大型發(fā)電裝置比較沒有優(yōu)勢。這些有代表性的熱解工藝由于熱平衡、長周期、穩(wěn)定性、大型化、綜合利用等方面存在的局限性都還不能適應(yīng)煤炭分級分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用的目的，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性不理想而難以大型化和產(chǎn)業(yè)化。高溫油氣粉塵分離問題由于熱解工藝決定了在熱解過程中形成的粉未或熱載體帶入的粉未以及低階煤，尤其是褐煤的熱穩(wěn)定性差，受熱裂變成粉塵，存在安全隱患，污染嚴(yán)重，高溫的粉塵與熱解的油氣混合在一起，對后續(xù)的高溫油氣粉塵分離產(chǎn)生了很大的影響，難以有效分離。現(xiàn)今的高溫除塵器技術(shù)還能以徹底解決嚴(yán)重的油氣粉塵分離和安全隱患，雖然采用陶瓷過濾器交替燃燒改進(jìn)，但仍存在過濾器易損耗，粉塵堵塞甚至導(dǎo)致爆炸的危害。含酚氨難降解廢水處理問題難降解廢水：低階煤受低溫?zé)峤夤に嚨南薅?，在較低溫度下進(jìn)行的碳結(jié)構(gòu)中的交聯(lián)鍵斷裂，產(chǎn)物重組和二次反應(yīng)，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、熱解煤氣等產(chǎn)物，由于這些物質(zhì)的特性以及煤炭中的重金屬組分等會伴隨著水分溶解在里面，這些難降解物種類多，高濃有機(jī)物、高難降解物、高含毒物，高含油物、高含氨氮等污染物。BOD與COD的比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.3。焦化熱解廢水：中除含有較高濃度的氨氮外，還有苯酚、酚的同系物如萘、蒽、苯并芘等多環(huán)類化合物。此外還含有氰化物、硫化物、硫氰化物等。這類廢水中有機(jī)物以芳香族化合物和雜環(huán)化合物居多，同時(shí)含有硫化物、氮化物、重金屬和有毒有機(jī)物，色度高，有異味，散發(fā)出刺鼻惡臭，具有強(qiáng)酸強(qiáng)堿性；低溫?zé)峤鈴U水：成分同樣非常復(fù)雜，采用一般的生化工藝很難處理。需同時(shí)設(shè)置焦油和除酚、氨及回收設(shè)施進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理后有機(jī)廢水的COD仍然較高，可生化性較差。難于生物處理的原因，本質(zhì)上是由其難降解物種類的特性決定的。在微生物群落中，沒有針對要處理的化合物的酶,使其具有抗降解性，同時(shí)含有對微生物有毒或者能抑制微生物生長的物質(zhì)（有機(jī)物或無機(jī)物），從而使得有機(jī)物不能快速的降解。同時(shí)還存在零排放和高濃鹽水的無害化綜合利用。單系列裝備大型化、一體化問題由于低階煤熱解裝備在單系列裝置、中試裝置、示范裝置生產(chǎn)規(guī)模上還沒有形成百萬噸級的規(guī)模，甚至更大的規(guī)模。如200百萬噸或300萬噸級的低階煤熱解裝置，正是由于示范裝置長周期、穩(wěn)定性、環(huán)保性、油氣粉塵分離、焦油加氫精制等原因造成沒有更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。因此，也就較少進(jìn)行單系列百萬噸級示范項(xiàng)目的工業(yè)驗(yàn)證，目前在這方面有所突破。沒有低階煤裝備大型化的進(jìn)程，也就沒有基地大型化、沒有統(tǒng)籌的一體化分級分質(zhì)利用全產(chǎn)品鏈建設(shè)，也就談不上油氣電化熱的一體化綜合循環(huán)利用。焦油精制煉油問題大型化熱解焦油精制：如何高效利用低階煤資源通過低溫?zé)峤猥@得的煤焦油來生產(chǎn)車用燃油和精細(xì)化工產(chǎn)品是非常有戰(zhàn)略意義的。我國煤焦油的年總產(chǎn)量也在千萬噸以上，傳統(tǒng)的加工方法對煤焦油的利用率相對較低，而通過煤焦油加氫精制和加氫裂化的方法來生產(chǎn)滿足環(huán)保要求的石腦油、柴油產(chǎn)品不僅提高了煤焦油的利用率、更為煤炭資源的合理利用開辟了一條新路。低階煤低溫?zé)峤獾玫降慕褂彤a(chǎn)品深加工與高溫焦油是有很大區(qū)別的，其重質(zhì)組分含量比較多。焦油深加工發(fā)展：煤焦油加工主要有兩種方式。一是在煤焦油加工產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，向精細(xì)化工、染料、醫(yī)藥等方面延伸的深加工發(fā)展；二是以煤焦油精加工為燃料油方面發(fā)展。目前發(fā)達(dá)國家已將煤焦油分離和利用的重點(diǎn)由高含量組分轉(zhuǎn)向低含量組分方面研發(fā)，從而獲得生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品所需的高附加值產(chǎn)品，開發(fā)出一系列先進(jìn)的煤焦油加工新工藝，而我們在方面還存在不足，應(yīng)將中低溫煤焦油輕質(zhì)化技術(shù)將焦油加氫制取石腦油、柴油餾分突破塊煤熱解、荒煤氣制氫、中低溫煤焦油固定床加氫裝置大型化方面進(jìn)行完善。中/低溫煤焦油全餾分加氫多產(chǎn)中間餾分油技術(shù)（FTH），在煤焦油固定床全餾份加氫工業(yè)化示范裝置方面進(jìn)行完善。高附加值化學(xué)品制?。旱蜏?zé)峤庋b置大型化后：應(yīng)盡可能在油氣粉塵分離前端就有序?qū)⒂蜌馑鸺壏蛛x回收。在油氣除塵后，水露點(diǎn)前重油回收，采用直接冷卻（油洗油）和電捕工藝混合回收重油，該油無水無塵，可不再進(jìn)行油水分離；水露點(diǎn)后中油回收，采用間接冷卻和終級冷卻回收中油，該油與水的密度差異大，易進(jìn)行油水分離；煤氣中輕油回收，采用吸附和電捕方式回收。輕油用于洗滌熱解爐出口含塵油，稀釋后的含塵油黏度低，便于油塵分離和回收含塵中的重油。輕油再通過蒸餾形式加以回收，循環(huán)使用。重油提蠟后加氫生產(chǎn)重柴油組分；中油提酚、吡啶后加氫形成石腦油、輕柴油；輕油為經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的油品，為汽油餾分，通過簡單精餾或加氫，可獲得溶劑油和優(yōu)質(zhì)汽油。分級分質(zhì)利用全產(chǎn)業(yè)鏈路徑低階煤低溫?zé)峤饧夹g(shù)通過分級分質(zhì)利用，可以衍生出多種技術(shù)組合。通過熱解與半焦氣化的耦合，以半焦氣化產(chǎn)生的高溫煤氣作為熱載體，進(jìn)行逆向串級直接接觸熱解，可實(shí)現(xiàn)高溫煤氣顯熱的高效合理利用與低階煤的梯級熱解。特別對含油率較高的低階煤，經(jīng)低溫(500?600°C)熱解，獲得焦油、煤氣等輕質(zhì)組分，同時(shí)獲得熱值較高的固體清潔燃料(半焦)。煤氣可用于制氫或甲烷化以及其它化學(xué)品。煤焦油經(jīng)提酚等處理后與氫氣催化裂化生產(chǎn)石腦油和柴油餾分。脫除了揮發(fā)份的半焦，比原煤熱值更高、更潔凈，既可氣化生產(chǎn)合成氣，繼而生產(chǎn)化工產(chǎn)品，又可作為優(yōu)質(zhì)民用燃料和電廠燃料，從而實(shí)現(xiàn)煤的分質(zhì)分級高效清潔利用。低階煤分級分質(zhì)利用全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展路徑見圖1。低階煤分級分質(zhì)利用全產(chǎn)業(yè)鏈路徑：以低階煤為原料，利用低階煤各組分不同化學(xué)性質(zhì)和轉(zhuǎn)化特點(diǎn)，通過低溫?zé)峤獾氖侄?，?shí)踐其各種物理和化學(xué)反應(yīng)的過程。如預(yù)處理、預(yù)干燥、低溫?zé)峤?、氣化反?yīng)、油氣分離、燃燒換熱、冷卻降溫等單元，將低階煤分級分質(zhì)轉(zhuǎn)化，得到初級的液體原料、氣體原料和固體原料。然后再對這些初級液、氣、固體原料進(jìn)行深加工，如：加氫、精餾、重整、氣化、凈化、合成、深冷、吸附、萃取和等單元分別得到油氣電化熱能源和高附加值的化學(xué)品。低階煤分級分質(zhì)利用全產(chǎn)業(yè)工藝流程見圖2所示，半焦為原料年產(chǎn)20億Nm3天然氣全流程見圖3所示。關(guān)鍵核心技術(shù)是：低階煤的低溫?zé)峤?、油氣粉塵分離、焦油加氫精制、難降解廢水處理和大型化裝備制造。綜上所述，低階煤分級分質(zhì)利用全產(chǎn)業(yè)鏈路徑重點(diǎn)分析了以低階煤低溫?zé)峤鉃楹诵牡拿禾壳鍧嵽D(zhuǎn)化過程，以及獲得目標(biāo)產(chǎn)品油氣電化熱一體化的高附加值產(chǎn)品，同時(shí)重點(diǎn)關(guān)注煤炭低溫?zé)?/p>