日本的煤炭快速热解技术徐　振　刚(煤炭科学研究总院北京煤化学研究所,北京　100013)摘要:为了开发独具特色的煤炭快速热解技术,日本先后建立了原料煤处理量分别为7t/d 和100t/d 的工艺开发和中间试验装置。

大量的试验研究结果表明:1t 高挥发分原料煤经过快速热解,大致可以得到低热值为17187MJ /m 3的煤气1000m 3、半焦250kg 、焦油70kg 、苯类(主要是苯、甲苯及二甲苯)35kg ,同时还可副产水蒸气约300kg 。

目前,中试研究仍在进行中。

关键词:煤炭;快速热解;气流床中图分类号:TQ534 文献标识码:A 文章编号:100626772(2001)0120048204收稿日期:2001-02-12作者简介:徐振刚(1960-),男,吉林梨树人,高级工程师,现任煤科总院北京煤化学研究所副所长。

为了实现煤炭的洁净与高效利用,提高煤炭产品的附加值,并能从高挥发分煤中同时获得气态、液态及固态的多种化工产品和燃料,日本开发了独具特色的煤炭快速热解技术,并先后建立了原料煤处理量分别为7t/d 和100t/d 的工艺开发和中间试验装置。

本文将对日本煤炭快速热解技术的反应器结构、工艺流程、工艺开发研究、中间试验研究以及将来商业化生产装置的物料衡算等有关情况作简要介绍。

1　反应器结构 日本煤炭快速热解技术采用的反应器为两段气流床形式,上段用于煤粉干馏,下段用于半焦气化。

下部半焦气化段的作用主要有二:一是为上部煤粉热解段提供热量;二是分离和排出半焦中的灰(试验表明:半焦中8314%的灰从气化段底部以液态形式排出,其余部分的灰随煤气带走)。

图1为该两段气流床反应器的结构示意图。

图1　日本煤炭快速热解反应器结构示意2　工艺流程 图2为日本煤炭快速热解技术的工艺流程框图。

原料煤经干燥,并被磨细到有80%小于01074mm 后,用氮气或热解产生的气体密相输送,经加料器喷入反应器的热解段。

然后被来自下段半焦化产生的高温气体快速加热,在600～950℃和013MPa 下,于几秒内快速热解,产生气态和液态产物以及固体半焦。

在热解段内,气态与固态产物同时向上流动。

固体半焦经高温旋风分离器从气体中分离出来后,一部分返回反应器的气化段与氧气和小蒸气在1500～1650℃和013MPa 下发生气化反应,而为上段的热解反应提供热量;其余半焦经换热器回收余热后,作为固体半焦产品。

从高温旋风分离器出来的高温气体中含有气态和液态产物,经过一个间接式换热器回收余热,然后再经脱苯、脱硫、脱氨以及其它净化处理后,作为气态产品。

间接式换热器采用油作为换热介质,从煤气中回收的余热用来产生蒸汽。

煤气冷却过程中产生的焦油和净化过程中产生的苯类作为主要液态产品。

图2　日本快速热解工艺流程3　工艺开发研究 在工艺开发研究阶段,首先建立了一套原料煤处理量为7t/d 的试验装置。

其中,热解段的几何尺寸为Φ280mm ×4000mm ,煤粉处理能力为300kg/h ;气化段的几何尺寸为Φ500mm ×600mm ,半焦处理能力为100kg/h 。

该装置的用途主要有2个:一是验证煤炭快速热解工艺在技术上的可行性;二是用其进行该工艺中的关键技术开发。

表1给出了在该工艺开发装置上试验所用的2种原料煤的煤质分析数据。

表1　原料煤的煤质分析数据%煤样工业分析A dV d元素分析C d H d N d S d O d 煤A 4170421927612651291168015711150煤B915435161741724178113001469120 工艺开发阶段的主要研究结果见图3～图5。

其中,图3为沿煤粉热解段高度上的温度分布情况,图4为热解温度对煤气、半焦及焦油产率的影响,图5为热解温度对苯类产率的影响。

图3　沿煤粉热解段高度的温度分布 然后,又建立了一套放大3倍的半焦气化反应器,对应于煤粉热解段的处理能力为20t/d 。

在该试验装置上获得了中间试验装置所需的设计和操作参数。

4　中间试验研究 在中间试验研究阶段,建立了一套原料煤处理量为100t/d 的中试装置,如图6所示。

中间试验研究试验所用的原料煤与工艺研究阶段用煤相同。

中间试验研究的目的是评价该快速热解工艺的运行特性,同时获得商业化生产装置设计所需的必要参数。

整个中间试验研究阶段的工作计划如下:1996图4　热解温度对煤气、半焦及焦油产率的影响图5　热解温度对苯类产率的影响图6　原料煤处理量为100t/d 的中试装置年为设计阶段,1997年建设阶段,1998年开车,1999年为试运转(阶段1基本运行,阶段2工艺评价),2000年为实验运行(阶段3热解温度实验,阶段4煤种,阶段5长期运行)。

其中,实验运行分为5个阶段、10个实验。

阶段1包括实验1和实验2,为中间试验装置的基本运行,对装置进行检查和暴露工艺中的问题;阶段2包括实验3和实验4,使用高挥发分烟煤作为标准原料进行实验,对整个工艺进行评价;阶段3包括实验5和实验6,使用标准原料煤进行实验,来评价热解温度的影响;阶段4包括实验7和实验8,使用次烟煤和高挥发分烟煤进行100h 的实验,来评价该工艺对其它煤种的适应性;阶段5包括实验9和实验10,实验9的运行时间为200h ,实验10的运行时间为1000h ,该阶段实验是评价中间试验装置长期运行的可靠性、可操作性以及可维护性。

截至2000年3月,该中间试验装置的累计运行时间为:半焦气化段18616h ,煤粉热解段14610h ,最长整体连续稳定运转时间为50h ,如图7所示。

图8为50h 的最长连续稳定运行状态下的温度记录。

图9给出了中间试验实验获得的各种热解产物的产率及其与工艺开发试验数据的对比情况。

5　商业化生产装置物料衡算 以上述研究结果为基础,针对以煤A 为原料、处理量为1000t/d 的大规模商业化生产装置所作的物料衡算结果如图10所示。

图7　中试装置1999年5月至2000年3月的运转情况图10　1000t/d规模商业化生产装置的物料衡算图8　50h的最长连续运行实验的温度记录图9　各种热解产物的产率6　结 语 日本的煤炭快速热解技术,将煤的气化和热解有机地结合在一起而独具特色,它可以从高挥发分原料煤最大限度地获得气态(煤气)和液态(焦油和苯类)产品。

该技术的中间试验研究工作将于2001年3月底告一段落。

下一步的研究工作能否继续进行下去,将主要取决于是否能够继续得到足够的研究经费。

(下转第56页) 新型煤泥炉是从循环流化床锅炉技术发展起来的,以煤泥为主要燃料,燃烧效率很高的中小型电站锅炉。

目前,山东兖矿集团东滩电厂75t/h煤泥炉、兴隆庄电厂35t/h煤泥炉、枣庄矿集团柴里电厂30t/h煤泥炉、相继投产,运转成功,标准着中国煤泥燃烧技术已达到国际先进规定的标准,特别是柴里电厂30t/h煤泥炉,实现了微机操作自动化,燃烧效率达95%,热效率高达87%,脱硫效果达93%,除尘效果达国家规定的标准,炉灰利用价值高。

鉴于新型循环流化床煤泥炉的诸多优点,新老矿区相互借鉴,取长补短,借助自身优势,构筑新的经济增长点,必将促进煤泥电厂的发展。

3　煤泥炉的种类特点 目前,中国的煤泥炉还不多,主要分步在山东省内,有的是燃油锅炉改装的,有的是煤粉炉改装的,也有的是采用新型循环流化床技术刚投产的,根据其给料方式,可分分为3类:(1)喷燃式煤泥炉 这种煤泥炉,主要是改装煤泥炉,如山东白杨河电厂锅炉,其特点是必须先将煤泥制成水煤浆,用喷枪把水煤浆射入炉膛,雾化燃烧,其优点是煤泥含水率高,流态特性好,易于利用。

(2)挤压式煤泥炉 这种煤泥炉主要是国内新开发投产的电厂锅炉,如山东兖矿集团东滩电厂锅炉,其特点是先用皮带把煤泥运到炉顶,由挤压机挤入炉膛,煤泥在下落过程中不断烘干,最后爆裂燃烧,其优点是燃烧效果好,热效率高。

(3)旋转密封给料式煤泥炉 这种煤泥炉,山东枣矿集团柴里电厂30t/h 煤泥炉,是国内首家,代表着国内先进水平,它由日本FW公司设计汽包集箱在日本长崎制造,承压管件在芬兰制造的最新式煤泥炉。

其特点是煤泥先经破碎机破碎,再在刮板机运输机上烘干,使煤泥含水率降到30%,最后经旋转密封阀绞入炉膛。

其优点是,从负压给煤机,热能损失少,燃烧效果好,热效率高。

4　前 景 煤泥、煤矸石都是煤炭企业的副产品,虽然有些地方用煤泥做煤球,用煤泥制备颗粒活性炭,用煤矸石造空心砖,用煤矸石代替粘土产水泥等,消耗不少,但相对于全国每年的产出量来说,毕竟不是小数目。

近几年煤矸石电厂发展很快,而煤泥电厂却很少,随着人们环保意识的增强和企业经济效益的挖潜,对煤泥的综合利用将会越来越重视,随着国家能源结构的调整和煤泥燃烧技术的开发、进步,煤泥炉以其自身的优点,将会获得更大、更快发展,特别是在较大矿区的配套建设中,将会被列为重点建设项目,进行广泛推广和应用。

因此,单就矿区而言,煤泥炉的发展空间很大,潜力也很大。

(上接51页)Development of Coal Flash Pyrolysis Process in JapanXU Zhen-gang(Beijing Research Institute of Coal Chemist ry,China Coal Research Institute,Beijing　100013,China)Abstract:A process research unit of entrained bed coal flash prolysis process which has a coal feeding ca2 pacity of7t/d,and a pilot plant which has a coal input of100t/d have been built in Japan.The result is shown that,about1000m3of coal gas with a heating value of17187MJ/m3,250kg of char,70kg tar and35kg of B TX can be obtained from1t of raw coal by this pyrolysis process.Besides,nearly300 kg of steam is also produced as by-product.At present,the pilot plant study of thi process is underway.This paper presents a brief introduction to some information on the development of the process and result obtained.K ey w ords:coal;flash pyrolysis;entrained bed。