[发明专利]低阶煤提质方法和低阶煤提质设备

说明书

本申请是对申请日为2012年12月10日、申请号为201210530124.1、发明名称为“低阶煤提质方法以及设备”这一专利申请做出的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种新型低阶煤提质方法及其设备，特别涉及褐煤热解半焦钝化与煤焦油轻质化耦合的低阶煤提质方法及其设备。

背景技术

我国褐煤储量丰富，2010年褐煤产量超过3亿吨，占全国煤炭产量的10％。褐煤的高效加工利用已成为我国煤炭能源领域高度关注的问题。

由于褐煤成煤期短，其水量、氧含量和挥发份高，全水分高达20-60%。一方面导致热值低，不适于直接燃烧；另一方面造成化学反应性过高，在空气中极易风化和破碎，不适于远距离运输和长期储存。因此，褐煤提质是褐煤利用的关键环节。为了满足不同用途对煤炭品质的要求，褐煤提质加工技术分为脱水提质、成型提质和热解提质，其中热解提质可以同时获取半焦、煤焦油和煤气三种初级产品，被认为是褐煤综合利用的有效方法。

褐煤热解提质研究已有近30年的历史。褐煤提质工艺技术根据加热方式可分为外热式、内热式及内热外热混合式；根据加热介质的不同有固体热载体法和气体热载体法两种；根据固体物料在反应器内的运行状况可分为旋转床、固定床、流化床、气流床、及滚动床（回转炉/窑）技术等。

国外褐煤热解提质成套工艺技术的典型代表主要有美国油页岩公司（The Oil Shale Corporation）开发的Toscoal回转炉热解工艺；美国壳牌采矿（Shell Mining Company）公司和美国SGI公司合作开发的LFC（Liquid From Coal）工艺；西部能源公司开发的ACCP（Advanced Coal Conversion Process）热解工艺；澳大利亚联邦科学与工业研究院（CSIRO）开发的流化床快速热解工艺；德国Lurgi GmbH和美国Ruhrgas AG联合开发的Lurgi-Ruhrgas（L-R）固体热载体低温热解工艺；及德国Lurgi GmbH开发的Lurgi-Spuelgas（L-S）工艺等。国内研究煤炭热解技术的单位众多，比较典型的适用于褐煤热解提质的技术有中国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；大连理工大学郭树才等人研究开发的褐煤固体热载体法干馏（DG）工艺；神华煤制油化工研究院正在开发的低阶煤热解工艺；中科院山西煤化所和中科院过程工程研究所的“煤拔头工艺”（BT工艺）等。

褐煤热解提质工艺的技术优劣取决于煤气、煤焦油和半焦的品质，上述各种工艺旨在提升半焦品质的同时获得煤焦油或煤气。从热解温度角度对比上述各工艺可以看出：除ACCP技术外，其它技术的热解温度均超过500℃，所得半焦产品简单钝化处理后不易自燃，吸湿性也得到显著改善。从加热的速度上来比较，CSIRO采用的流化床技术既有气固传热也有固固传热，热解速度快，液体产量要显著高于其它提质技术，但品质和可加工性较差。

原Encoal工艺采用喷水激冷熄焦，一方面造成用水量大、另一方面造成半焦激冷崩裂而粉化。国内唯一投产的规模化褐煤提质项目是大唐锡林浩特的LFC褐煤提质工艺，属于中低温干馏褐煤提质工艺，处理能力30万吨/年。但该项目生产的提质褐煤碎渣比例大、远距离运输困难，产品主要供周边地区工业锅炉使用。

总体来看，目前国内外的褐煤提质技术大部分处于试验研究和工业验证阶段，尚无大规模工程化应用的先例和经验。大部分技术存在工艺系统复杂、系统运行可靠性低、褐煤提质成本高、环境污染重等问题。其主要原因包括：

1）由于煤固体物料的特有属性，在实际工程化中，煤粉（尘）的形成和控制是实验室甚至半工业试验台规模无法验证的；

2）褐煤热解温度低，各种热交换或反应均为相对低温的过程，由此导致传热温差小，低品位热量的利用困难，过程效率低；

3）对褐煤半焦钝化的机理、工艺操作条件及工程化放大的研究尚无开展，使整套工艺在成熟度和商业推广上受限。

发明内容

为了克服这些缺点，本申请的发明人借鉴重质油加工中两级分化（延迟焦化）的理念和炼钢焦炭强度提升的思路，提出热解煤焦油钝化半焦和半焦原位缓慢冷却的工艺，不仅提高了半焦强度、降低半焦表观化学，而且热解煤焦油原位轻质化，达到半焦钝化和煤焦油轻质化的双重目的，一举两得。