榆林煤干餾技術(shù)的研究

煤質(zhì)技術(shù)中國科技核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊J榆林煤干餾技術(shù)的研究張衛東(湖南華銀能源技術(shù)有限公司,湖南長(cháng)沙410007)摘要:通過(guò)對原煤性質(zhì)的分析,說(shuō)明榆林煤是一種低水分、低灰分、高揮發(fā)分、低硫分、中.高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)煤,較適于低溫干餾。對榆林原煤進(jìn)行破碎處理,分析了加熱溫度、加熱方式、分段方式和原煤粒度等對榆林煤干餾工藝的影響,并最終確定了適于榆林煤干餾的最佳工藝條件。試驗表明:榆林原煤強度較好,有利于提高煤炭利用率;干餾溫度為600 C時(shí),焦油產(chǎn)率最高,達到9.0%以上;內熱式加熱方式具有加熱效率高、加熱均勻等優(yōu)點(diǎn),其焦油產(chǎn)率比外熱式約高0.7% ;在保證干餾產(chǎn)品產(chǎn)率及品質(zhì)的條件下,三段爐的分段工藝較適宜榆林煤干餾;干餾原煤最佳粒度為5~50 mm。最后分析了煤焦油和半焦性質(zhì),說(shuō)明榆林煤干餾技術(shù)更應將煤焦油作為主要產(chǎn)品。關(guān)鍵詞:煤干餾;榆林煤;煤焦油;半焦;低溫干餾;內熱式中圖分類(lèi)號:TD849 ;TQ523文獻標識碼:A文章編號:1006- -6772(2013)04- -0041-04Dry distillation of Yulin coalZHANG Weidong(Hunan Huaying Energy Technology Co. ,Ild. ,Changsha 410007 ,China)Abstract :The analysis of Yulin raw coal quality show that it's high-quality coal with low moisture , ash and sulphur ，high volatile , medium-high calorific value , which is suitable for low-temperature carbonization. First crush the Yulinraw coal , then analyse the influence of heating temperature and method , segmentation methods , raw coal particle sizeon dry distllation. Determine the suitable condition of carbonization process for Yulin coal. The results show thatYulin coal has higher strength ，which help to improve utilization rate. When the carbonization temperature reaches600 C, the tar yield reaches up to above 9. 0 percent. The tar yield gotten by inner-heating technology is 0. 7percent higher than outer-heating method. The inner-heating technology has high heating efficiency , uniform heatingand the like. To ensure the yield and quality of product, contrast one , two , three sections of the furnace , find that thethree-stage furmace staging process is more suitable for Yulin coal carbonization. The optimum coal particle size fordry distillation ranges from 5 mm to 50 mm. Analyse the characteristics of coal tar and semi coke , find that coal tarshould be the main product in the carbonization process.Key words :coal carbonization; Yulin coal ;coal tar ;semi-coke ; low-temperature carbonization ;inner heating中國煤化工收稿日期:2013-05-18責任編輯:白婭娜作者簡(jiǎn)介:張衛東(1982- -) ,男,河北黃驊人,從事煤炭氐溫干餾工藝設計方面的研究,MYH.CNM H G的工作。引用格式:張衛東榆林煤干餾技術(shù)的研究[J].潔凈煤技術(shù),2013 ,19<4) :41-44.張衛東:榆林煤干餾技術(shù)的研究41煤質(zhì)技術(shù)破碎到一定粒度,破碎后原煤粒度組成見(jiàn)表2。0引言表2榆林煤粒度組成%煤炭干餾是在情性氣氛下,通過(guò)加熱的方式將粒級/mm產(chǎn)率累計產(chǎn)率煤炭轉化為半焦、煤焦油和煤氣三態(tài)產(chǎn)品。根據加熱溫度的不同,煤炭干餾可分為低溫干餾、中溫干13-109. 309.3010-843. 7053.00餾和高溫干餾。加熱溫度在500~ 600 C為低溫干8~640. 6093. 60.餾,700~ 900 C為中溫干餾,900~ 1100 9C為高溫干6~4s.2099. 80餾。目前,煤炭干餾技術(shù)較多,在加熱溫度和加熱-0. 20100. 00方式等方面存在較大差異,應根據煤種性質(zhì)和用戶(hù)需求選擇合適的干餾技術(shù)。在煤種性質(zhì)“21方面，由表2可知，榆林煤10~8mm產(chǎn)率最高為強黏結性且低灰分煤種適于采用高溫干餾生產(chǎn)焦43.70% ,其次為8~6 mm,產(chǎn)率為40. 60%,-4 mm炭產(chǎn)品,無(wú)黏結性且高揮發(fā)分煤種適于低溫干餾。產(chǎn)率最小為0. 20% ,6~4 mm產(chǎn)率為6. 20%。因此在用戶(hù)需求方面,獲得更多液態(tài)焦油產(chǎn)品采用氣載原煤粒度大多集中在10~6 mm,小粒度較少,說(shuō)明體內熱式技術(shù);獲得更多高熱值氣體選用外熱式煤種強度較好,有利于提高煤炭利用率。技術(shù)[(34. ;最終產(chǎn)品用作燃料采用低溫千餾;使用低2干餾試驗灰煤種生產(chǎn)高爐噴吹煤選用中溫干餾。因此,煤炭干餾技術(shù)的選擇主要依據煤種特性及用戶(hù)需求而.2.1 加熱溫度定。本文依據陜西榆林地區煤種特性,對其干餾適加熱溫度是煤炭干餾最重要的影響因素,對產(chǎn)用工藝進(jìn)行研究。品品質(zhì)和產(chǎn)品收率有很大影響。加熱溫度過(guò)低,煤1原煤性質(zhì)中揮發(fā)分不能充分析出，導致焦油產(chǎn)率下降,造成煤中揮發(fā)分過(guò)高;加熱溫度過(guò)高,雖然能降低煤中1.1工 業(yè)分析和元素分析揮發(fā)分,但焦油組分在高溫下易發(fā)生二次裂解,同選用榆林地區具有代表性的榆林煤作為試驗樣會(huì )導致焦油產(chǎn)率下降,所以在溫度選擇上要根據煤種。原煤性質(zhì)見(jiàn)表1。煤種特性及產(chǎn)品價(jià)值總體考慮。榆林煤是低灰分、表1原煤性質(zhì)高揮發(fā)分高含油率煤種,采用適當技術(shù)將煤中焦M./% A../% V_/% FC_/% S,s/% xn/(MJ.kg*I)油最大限度地提取出來(lái)顯得尤為重要。同時(shí)由于煤焦油產(chǎn)品具有重要的市場(chǎng)價(jià)值及經(jīng)濟價(jià)值,在干8.28 4.53 35.23 51. 960.2126.08餾技術(shù)溫度的選擇上應首先保證煤焦油產(chǎn)率。由表1可知,榆林煤是- -種低水分、低灰分、高加熱溫度對焦油產(chǎn)率的影響如圖1所示。揮發(fā)分、低硫分、中高發(fā)熱量的優(yōu)質(zhì)煤,較適于低溫10干餾。榆林煤水分僅為8. 28% ,低溫干餾時(shí)不需耗費太多能量去除煤中水分,有利于提高能效;原煤灰分較低,僅為4. 53% ,低溫干餾后灰分一般增加不到1倍,因此產(chǎn)品半焦中灰分約為8%左右,有利于生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品;原煤揮發(fā)分高達35. 23% ,屬500S5000650于高揮發(fā)分煤種,直接利用會(huì )造成能源浪費,而且，溫度/C由于自燃問(wèn)題,不適于長(cháng)途運輸,采用低溫干餾處圖1加熱溫度對焦油產(chǎn)率的影響理,不但可得到高收率煤焦油產(chǎn)品,也可解決原煤.運輸問(wèn)題,提高煤炭附加值,實(shí)現煤炭分級利用,提由圖1可知，隨著(zhù)加熱溫度的升高,焦油產(chǎn)率先高能源利用效率。升高后降仙中國煤化工C時(shí),焦油產(chǎn)率1.2 粒度組成約為7. 3%YHCNMHG焦油產(chǎn)率增至試驗采用內熱式、氣載體試驗方法,需將煤炭8.3%左右，溫度升高至600C時(shí),焦油產(chǎn)率繼續升42《沽凈煤技術(shù)》2013年第19卷第4期煤質(zhì)技術(shù). 中國科技核心期刊礦業(yè)類(lèi)核心期刊高,達到了9.0%以上,此后繼續增加溫度,焦油產(chǎn)缺陷,可避免污染環(huán)境,解決焦油中含水過(guò)高的問(wèn)率呈下降趨勢。主要原因為:加熱溫度過(guò)低時(shí),煤題。但兩段爐需要同時(shí)考慮焦油收集和產(chǎn)品半焦中揮發(fā)分不能充分析出,造成煤焦油產(chǎn)率降低;而的品質(zhì)。為實(shí)現最佳的焦油收集率,熱解溫度不能當溫度超過(guò)600 C時(shí),煤焦油二次裂解嚴重,即產(chǎn)生過(guò)高,造成產(chǎn)品半焦揮發(fā)分過(guò)高,不能達到噴吹煤的煤焦油產(chǎn)品又裂解為其他組分,造成焦油產(chǎn)率下等指標;若要實(shí)現半焦揮發(fā)分達到10%以下，就要降。因此,榆林煤最佳加熱溫度為600 C。調整加熱溫度到650C左右,造成焦油產(chǎn)率降低。2.2加熱方式因此,兩段爐只能實(shí)現- -種產(chǎn)品效益的最大化,不煤炭干餾的加熱方式主要有內熱式和外熱式。利于總體效益的提高。內熱式加熱方式具有加熱效率高、加熱均勻等優(yōu)3)三段爐點(diǎn),但由于需要惰性氣體作為熱載體,造成熱解氣在干燥、熱解段再增加一段爐對半焦進(jìn)行提.熱值較低,不利于熱解氣的回收利用61;外熱式加質(zhì),提供半焦附加值,這樣的分段稱(chēng)為三段爐。三熱方式產(chǎn)生的熱解氣熱值高,易于利用,但存在熱段爐的主要優(yōu)勢為既保證焦油品質(zhì),利于環(huán)保,又效率低加熱不均勻等缺點(diǎn),造成產(chǎn)品半焦質(zhì)量不可得到高附加值的半焦產(chǎn)品,高熱值熱解氣可作為均勻,影響焦油產(chǎn)率。整個(gè)系統的燃料。在相同工藝條件下,內熱式、外熱式焦油產(chǎn)率目前常用的干餾技術(shù)分段方式主要有一段爐分別為9.1%和8.4%。內熱式焦油產(chǎn)率比外熱式和兩段爐2種形式。針對榆林煤特點(diǎn),綜合考慮經(jīng)約高0.7% ,產(chǎn)生這種現象的主要原因為:①內熱式濟效益和產(chǎn)品品質(zhì)后,確定榆林煤較適合采用三段爐的氣體與原煤直接接觸,加熱更加充分,因此煤爐干餾技術(shù),即分為干燥段、干餾段及煅燒段。干炭受熱更加均勻,而外熱式爐的加熱方式使原煤加燥段的主要目的是除去原煤中水分,降低后續焦油熱不均勻,導致部分煤炭不能充分熱解,造成焦油產(chǎn)品水分,保證熱解氣的高熱值。干餾段的作用是產(chǎn)率下降;②內熱式的氣體與原煤直接接觸,有利通過(guò)加熱提取煤中揮發(fā)分,并回收煤焦油產(chǎn)品,調于揮發(fā)分及時(shí)析出,并最終轉化為焦油,而外熱式整干餾段工藝參數,保證焦油產(chǎn)率最佳。煅燒段的易造成揮發(fā)分在爐內長(cháng)時(shí)間停留,不利于揮發(fā)分轉作用是進(jìn)一步提高半焦品質(zhì),并生成高熱值熱解氣化為焦油產(chǎn)品。作為整個(gè)系統的熱源。2.3分段方式 ，2.4 原煤粒度分段方式主要是依據煤干餾加熱步驟進(jìn)行分原煤粒度對熱解的影響主要通過(guò)傳熱和傳質(zhì)類(lèi)。主要分段方式有以下幾種:實(shí)現。煤粒大小直接影響煤的比表面積、密度、孔1)-段爐隙結構等,因此對熱載體和煤粒的傳熱會(huì )產(chǎn)生很大將原煤裝人爐中,采用一步加熱方式,爐體內影響。當煤粒較小時(shí),顆粒與熱載體之間的傳熱速既發(fā)生了干燥反應,也發(fā)生了熱解反應和煅燒反應，度較快,能快速、均勻地將煤粒升溫至所需溫度,有這種方式稱(chēng)為一段爐。由于將干燥、熱解等反應集效減小煤粒內部熱解氣體向外擴散時(shí)的阻力,加快中在一個(gè)爐體中,這種爐型整套設備投資相對較熱解氣體從煤粒中析出18-9] ,從而減少二次反應的低,但缺點(diǎn)很多。首先,由于干燥、熱解不能分開(kāi),發(fā)生,提高焦油產(chǎn)率。反之,煤粒較大時(shí),熱載體與導致干燥氣與熱解氣混合,造成排放氣中含有大量煤粒的傳熱不均勻,熱解氣體在析出時(shí)會(huì )受到較大熱解氣,污染環(huán)境'”。其次，干燥、熱解同爐體導致阻力,造成熱解氣在煤中停留時(shí)間增長(cháng)，焦油組分煤層厚度增加,由于熱解要求煤層有較好透氣性，發(fā)生二次裂解反應的機會(huì )增加，導致焦油產(chǎn)率下降。導致一段爐無(wú)法大規模放大,爐型最大處理能力僅粉煤熱解技術(shù)目前也有使用。粉煤熱解技術(shù)為10 V/a。最后,干燥、熱解同爐體導致熱解氣中含可解決煤粉利用問(wèn)題,但粉煤在熱解過(guò)程中易轉移有大量水分,致使焦油水分過(guò)高。到焦油組分中,造成焦油質(zhì)量下降,并進(jìn)一步影響2)兩段爐管道輸送,最終影響整個(gè)系統的運行。因此,粉煤兩段爐將干燥和熱解兩段分開(kāi),采用一個(gè)爐體熱解技術(shù)還中國煤化工專(zhuān)門(mén)干燥,去除煤中水分,干餾段主要去除煤中大.綜上所YHCNMHG用大顆粒塊量揮發(fā)分。兩段爐在一定程度上解決了一段爐的煤,也不適于粉煤,最佳粒度為5~50mm,此時(shí)既可張衛東:榆林煤干餾技術(shù)的研究43煤質(zhì)技術(shù)提高焦油收率,又有利于系統的穩定運行。3)從能源效率和產(chǎn)品產(chǎn)率方面考慮,榆林煤干餾工藝適合采用內熱式、氣載體干餾技術(shù)。3產(chǎn)品分析4)干餾原料煤既不適宜采用大顆粒塊煤,也不煤炭干餾產(chǎn)品主要有煤焦油和半焦(蘭炭)。長(cháng)適于粉煤，最佳原煤粒度為5~50mm。期以來(lái),榆林地區都將半焦作為主要產(chǎn)品,但從國家參考文獻:戰略及未來(lái)市場(chǎng)看,焦油同樣具有較大優(yōu)勢。榆林煤焦油含量較高,因此,榆林煤干餾技術(shù)更應將煤焦[1]王鵬,文芳 ,步學(xué)朋，等煤熱解特性研究[J].煤炭轉油作為主要產(chǎn)品,至少應與半焦并重。焦油基本性化,2005 ,28(1):8-13.質(zhì)分析見(jiàn)表3。煤焦油密度(20 C)為1.08 g/cm'，[2] 朱文棟,朱子彬. 煤化程度和升溫速率對熱分解影響煤焦油可用作燃料油、化工原料或加氫合成汽、柴的研究[J].煤炭轉化,1999 ,22(2) :43-47.油等,用途十分廣泛10-11。[3]張題. 不同熱解終溫對化產(chǎn)品收率的影響[J].潔凈煤技術(shù),2012,18(5):76-79.表3焦油基本性質(zhì)[4]張志剛,閔小建,尚建選,等.以煤中低溫熱解為基礎餾分餾出溫度范圍/心質(zhì)量分數/%的油電多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)路線(xiàn)分析與建議[J].潔凈煤技術(shù)，輕油<1703.232012 ,18(6):1-3.酚油170 ~21015. 16[5] Tyler R J. Flash pyrolysis of coals. 1. Devoltilization of a210 -2301.37洗油230 ~ 3003. 12Victorian brown coal in a small fluidized - bed reactor蒽油300 ~36018. 40[J]. Fuel,1979 ,58(9) :680-686.瀝青>36058.72[6]張亞秦 ,徐瑞芳,陳亞妮,等.陜北煤低溫干餾爐氣綜合利用技術(shù)[J].潔凈煤技術(shù),2012, 18(5) :52-55.半焦的性質(zhì)隨工藝參數的不同有較大差異,當[7]竇雅玲 ,劉輝,程靖,等.低階煤熱解多聯(lián)產(chǎn)系統評價(jià)溫度為550 C時(shí),半焦基本性質(zhì)見(jiàn)表4。由表4可體系及其指標權重確定[J].潔凈煤技術(shù),2013,19知,半焦是- -種高固定碳、高發(fā)熱量、低硫分、低灰(2) :69-73.分的產(chǎn)品。半焦可用作優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤燃料,同時(shí)也可[8]張翠珍 ,衣曉青,劉亮煤熱解特性及熱解反應動(dòng)力學(xué)通過(guò)加工用作高爐噴吹煤原料、電石領(lǐng)域、制氣及研究[J].熱力發(fā)電,2006(4):17-20.活性炭行業(yè)等12-16。[9]韓德虎,胡耀青,王進(jìn)尚,等.煤熱解影響因素分析研表4半焦基本性質(zhì)究[J].煤炭技術(shù),2011 ,30(7):164- 166.M/% A../% V_/% FC/% S,s/% Que._/(MJ.kg")[10]熊道陵 ,陳玉娟,歐陽(yáng)接勝,等.煤焦油深加工技術(shù)研究進(jìn)展[J].潔凈煤技術(shù),2012 , 18(6) :53 -57,83.1.28 6. 5314.23 77. 960.3129. 08[11] 胡發(fā)亭,張曉靜,李培霖.煤焦油加工技術(shù)進(jìn)展及工4結語(yǔ)業(yè)化現狀[J].潔凈煤技術(shù),2011 ,17(5) :31-35.[12] 張題,孫會(huì )青,白效言,等.低溫煤焦油的基本特性及榆林煤炭資源豐富,含油率高，需根據原煤性綜合利用[J].潔凈煤技術(shù),2009 ,15(6) :57-60.質(zhì)和用戶(hù)需求選擇合適的干餾技術(shù),以達到產(chǎn)品[13] 趙俊學(xué) ,李惠娟,李小明，等.低變質(zhì)煤低溫干餾生產(chǎn)優(yōu)、質(zhì)量?jì)?yōu)環(huán)保優(yōu)、效益優(yōu)的目的。蘭炭的技術(shù)進(jìn)展與分析[J].潔凈煤技術(shù),2010,161)榆林煤是一種含油率極高的煤種,適于采用(6) :20-23. .先提油后利用的分級利用模式。為更好地保證干[14]李麗娟,李彥旭,韓鋒.改性半焦在廢氣治理中的應餾產(chǎn)品產(chǎn)率及品質(zhì),榆林煤千餾工藝適于采用三段用研究[J].潔凈煤技術(shù),2007 ,13(2) :90-93.爐的分段工藝。[15] 劉文郁.白士邦.杜銘華.等.半焦粉生產(chǎn)冶金型焦研2)榆林煤干餾工藝需保證焦油產(chǎn)品的最佳產(chǎn)究[J中國煤化工-37.率,十餾溫度不宜過(guò)高或過(guò)低,最佳加熱溫度為[16] 孫會(huì )YHCNMHG產(chǎn)加工利用現狀600 C。[J].潔凈煤技術(shù),2008 ,14(6) :62-65.14《潔凈煤技術(shù)》2013年第19卷第4期