褐煤的提质利用
陈凯中国矿业大学资源学院江苏徐州221116
摘要：在未来相当长的时期内我国以煤为主要能源供应的格局难以改变，褐煤储量大，但褐煤存在水分高热值低长距离输送经济性差等缺点，在利用之前有必要进行提质处理，本文介绍几种褐煤提质工艺，并分析其特点。
关键词：褐煤提质干燥脱水热解
0引言
褐煤是煤化程度最低的矿产煤俗称柴煤。
处于烟煤和泥炭之间的棕黑色、无光泽的低级煤。
含有可溶于碱液内的腐殖酸。
含碳量在60%～77%之间，密度约为1.1-1.2，挥发成分大于40%。
无胶质层厚度。
恒湿无灰基高位发热量约为23.0-27.2兆焦/公斤（5500-6500千卡/公斤）。
多呈褐色或褐黑色，相对密度1.2～1.45。
褐煤水分大，挥发成分高(>40%),含游离腐植酸。
褐煤脱水过程除脱去部分水分外，也伴随着一些煤的组成和结构的变化，它主要是由脱水作用和过程引起的。
1褐煤资源分布及其特性
目前，在我国已探明的褐煤保有储量中，以内蒙古东北部地区最多，约占全国褐煤保有储量的3/4; 以云南省为主的西南地区的褐煤储量约占全国的1/5; 东北、华东和中南地区的褐煤仅占全国的5%左右。
褐煤是煤化程度最低的煤种，可分为硬褐煤和软褐煤( 俗称土状褐煤) 褐煤孔隙率高，反应性强，煤中含氧量大( 15%～30%) ，大部分以含氧官能团的形式存在，以酚羟基( OH)为主，其次是羧基( COOH) 和羰基( CO) ，甲氧基( OCH2) 较少［5］褐煤含水高( 30%～50%) 灰分高( 15%～30%) 挥发分高( ＞37%) 发热量低( 12.56～14.65
MJ/kg) ，热稳定性差、易风化碎裂、易氧化自燃、不适于远途运输。
2褐煤提质技术现状
褐煤提质是指褐煤在小于250℃温度脱去部分大部分游离水后的干燥褐煤，用甲苯等有机物提取褐煤中的褐煤蜡、腐植酸的过程。
国内外褐煤提质技术大致可分为干燥脱水提质技术、成型提质技术和热解提质技术3大类。
2.1褐煤脱水工艺
褐煤脱水工艺通常可以分为（蒸发）干燥和非蒸发脱水两类。
其中非蒸发脱
水工艺主要包括：机械热压脱水；溶剂萃取脱水。
这些技术仅处于实验室研究开发阶段。
1985-2014年间褐煤提质技术的主要以褐煤干燥技术为主，褐煤干燥技术具体分为以下五类：
（1）转筒干燥技术
转筒干燥的核心是一个略带倾斜并能回转的圆筒体，筒体的倾斜度可以调节，范围一般为2°~10°；按照湿物料和热载体的接触方式，工业中开发利用的褐煤转筒干燥装置主要有直接加热转筒干燥器、回转管式干燥器和蒸汽管间接加热转筒干燥器。
（2）带式干燥技术
褐煤由进料端经加料装置被均匀分布到输送带上，输送带通常用穿孔的不锈钢薄板制成，由电机经变速箱带动，可以调速，最常用的干燥介质是热空气或热烟气。
（3）气流干燥技术
气流干燥也称为“瞬间干燥”，是流态化稀相输送在干燥方面的应用；按照干燥介质和操作温度的不同，气流干燥可分为直管式和床混式两种。
（4）流化床干燥技术
工业上开发应用的褐煤流化床干燥设备主要是以过热蒸汽或空气作为流化
介质(或干燥介质)，并且流化床内部带有换热器；褐煤流化床干燥技术主要包括过热蒸汽流化床干燥技术和蒸汽-空气联合干燥技术。
（5）振动干燥技术
振动干燥是利用机械振动实现固体颗粒在干燥器中流动，并同时在干燥介质（如热烟气等）的作用下实现干燥过程。
最新褐煤振动干燥设备主要有振动混流干燥器和振动流化床干燥器。
转筒干燥技术中的回转管干燥技术是目前工业中应用最为成熟的褐煤脱水干燥技术。
（6）K-燃料技术
作为一项非蒸发式干燥技术，该项技术利用原煤与蒸汽在提质装置中直接接触，通过调节时间、温度和压力三个要素，将原煤中的水分以液态水的方式脱除，在“挤”出煤中水分的同时，改变煤的孔隙结构及亲水性能，提升低阶煤的品质。
2007年在美国怀俄明州建设有年处理75万吨的提质工厂。
2.2成型提质技术
褐煤成型可同时有效解决干燥褐煤粉尘大、易重新吸水、易自燃的不足，得到的褐煤型煤具有一定的防水性褐煤成型技术主要有无黏结剂成型和有黏结剂成型2类
（1）无黏结剂成型技术
褐煤无黏结剂成型是将褐煤干燥，加热到一定温度，保温一定时间后直接在高压下压制成型的技术，一般需经过原煤的破碎和筛分、干燥、冷却、压制成型等过程其中，褐煤无黏结剂成型已实现了工业化大规模生产德国褐煤无黏结剂冲压成型工艺是将原煤在干燥器中干燥，水分降至12%～18% 经冷却、分离后破碎至0～6mm，在带式型煤机中以50～200MPa的压力挤压，生产出不同形状的型煤，此工艺早在1858年就在西奥多矿井实现了工业化应用，后来又推广到澳大利亚、印度等国中国化学工程集团与德国泽玛克联合开发的褐煤间接干燥型煤工艺采用管式干燥机(回转窑系统)干燥原煤，特别适用于燃点低易燃易爆的低阶煤种的成型提质，由于结构合理，传热效率高，在褐煤应用过程中取得较好的干燥效果，已建成德国MIBRAG百万吨型煤工厂。
神华国际贸易有限责任公司与中国矿业大学(北京) 联合开发的热压成型HPU( Hot Press Upgrading) －06工艺技术是将褐煤破碎至0～3mm后进行气流干燥在热反应器中经轻度热解后，再进入成型机中辊压成型。
澳大利亚亚太煤钢公司开发的冷干( Coldry) 工艺利用剪切原理打破煤的碳结构，挤压成棒状型煤，可以将含水量约60%的褐煤制成水分为8%～14%的型煤，所得的型煤发热量可达烟煤水平。
澳大利亚联邦科学与工业研究组织( CSIRO) 与墨尔本大学联合开发的褐煤稠化技术利用电厂余热打破煤的结构，对褐煤进行脱水干燥。
最终产出19%的煤气19%的水62%的炼焦用型煤除以上工艺外，还有澳大利亚White公司开发的热烟气直接干燥成型( BCB) 技术。
（2）有黏结剂成型技术
褐煤有黏结剂成型工艺主要是针对煤化度高的褐煤，黏结剂有黏土、腐植酸、生物质、淀粉、沥青等国内李登新等研究的黏结剂FX( 工业废弃物的混合物) 适用于褐煤成型将粉煤于100℃下烘干，趁热与黏结剂FX均匀混合后，立即在自制的压力机上成型，常温下自然风干6h，即可制得工业用型煤日本神户制钢
所的UBC ( Upgrading Brown Coal) 工艺是采用轻质油作为黏结剂高效去除褐煤中水分的提质工艺此工艺将粉化的煤与可回收油( 常用石油基轻质油) 及重油混合制成煤浆，在蒸发器中加热蒸出水分后，采用滗析器分离再生脱水浆液中的油品，得到提质粉煤，最后将提质煤压块成型已在印尼加里曼丹岛建成产能为600t/d的示范工厂。
20世纪80年代，日本开发的生物质黏结剂粉煤成型工艺用于褐煤成型，采用锯末、甘蔗渣、玉米秸、稻草等为生物质黏结剂，加入量在10%～25% 若在成型时添加粉状Ca ( OH)2或CaCO3等脱硫剂，可固定煤中60%～80%的硫日本曾用泰国褐煤生产出生物质褐煤型煤，以绿色援助计划向我国临沂矿务局汤庄煤矿援建一座1万t/a的型煤示范厂。
2.3褐煤热解提质工艺
褐煤的热解是指在隔绝空气(惰性气体气氛或氢气存在) 500～600℃条件下将褐煤加热，生成煤气、焦油、粗苯和焦炭或半焦的过程，又称为干馏。
褐煤热解提质工艺可分为：
（1）外热式热解工艺
即热解炉的加热方式为间接加热，此工艺与传统的炼焦炉相似。
（2）固体热载体热解工艺
即半焦作为热载体的热解工艺，或以炉渣作为热载体的热解工艺等。
（3）气体热载体热解工艺。