多用途低温热解工艺技术路线探讨

多用途低温热解工艺技术路线探讨

一、

当前国内外低温热解工艺方法介绍

对于煤化程度低、挥发分高、含水量大、燃烧/气化率低的褐煤及次烟煤，在经历了单一转化（气化和液化）、燃烧为主的应用阶段后，以热解为先导的分级高效煤拔头利用技术越来越受到重视。其基本思路是以低温热解为先导，生产固（半焦）、液（焦油）及气（煤气）成品及半成品，进而衍生燃烧发电、气化合成、焦油加氢、燃气或提氢等工艺。

纵观国内外业内研发方向及成果，低温热解技术在低阶煤、油页岩、油砂等不同领域都在不同的程度上得以应用，核心热解方式按换热机理可分为外热式和内热式两大类别，在我们经充分调研后，从热利用率、生产规模可放大性、产品结构的合理性等角度分析，内热式热解优势明显，在此，我们就内热式热解技术进行了充分的研究和分析。对于内热式热解技术，当前基本存在两大分支，一是气体热载体技术，二是固体热载体技术，根据其热解设备的工作原理及形式的不同，又分别存在多种工艺方法，伴随而来的产品方案也有很大的差异性，最终产品方案及联产工艺路线，决定了热解工艺的基本思路，在充分考虑企业可利用资源的前提条件下，热解工艺具有很强的选择性。

1、

中国的煤拔头（BT）工艺（灰载体）：

这是一个典型的固体热载体技术思路，以循环热灰为热载体，与被热解物料（干燥后）充分混合，快速热解（热解温度650℃左右），生产焦油和煤气。以半焦及灰为原料输送至循环流化床锅炉进行燃烧。产生的热灰温度在800℃左右。

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（1）、热解设备多为下行移动、流化工艺，分四段进行，分别为快速混合、快速热解（控制自由基生成，控制断裂）、快速气固分离及荒煤气快速冷却（阻断重聚和油分进一步裂解）；

（2）、循环灰热载体发生设备，可为循环流化床、气流喷射床配余热锅炉系统等。产生的烟气通余热锅炉回收热量制取中高压蒸汽以供发电，烟气尾气可送原料的预热及干燥系统，最终经处理后达标排放；

(3）、热载体与工艺原料的质量比为5-9，反应时间为4－16min，热载体的初始温度为800℃左右。

——————中国科学院过程工程研究所，浙江大学循环流化多联产工艺，北就动力经济研究院，中科院山西煤化所，清华大学多联产等；俄罗斯的ETCh-175工艺等。

2、

中国的固体热载体快速热解工艺（DG）（焦载体）

中国的DG工艺（也称煤固体热载体法快速热解技术）是由大连理工大学开发。DG工艺是将煤通过与热的载体（热解后的热焦）快速混合加热使煤热解（干馏）得到低温焦油、煤气和半焦的技术。DG工艺应用于褐煤的低温干馏过程称为大工法褐煤热解提质技术。国外的LR工艺与此类似。

这也是一个典型的固体热载体工艺，与BT工艺不同的是，热载体是系统生产的部分半焦加热循环使用，通过半焦（或煤气）燃烧产生的热烟风在气流内加热半焦并提升后与干燥后的原料混合，在下行的移动床内完成热解。与热载体分离后的烟气直接作为气流干燥的热源，

应用：呼伦贝尔东能化工有限公司年产500万吨褐煤低温热解项目 3、

回转式固体热载体干馏工艺（Galoter干馏工艺）。

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该工艺热解设备采用卧式回转干馏机，干馏后的半焦和热灰混合物在空气喷射管中燃烧，生成的热灰的一部分作为循环热载体使用。 4、

蓄热球（如陶瓷球）固体热载体工艺（美国Toscoal工艺）

经预热及干燥后的煤与高温蓄热球在回转设备内混合传热进行热解，热解后的焦/球混合物经滚筒筛筛分后，使焦与球得以分离，分离的蓄热球提升至加热器，热介质为燃气（或燃焦）热烟风，烟风尾气送干燥系统。系统热能燃料选择，取决于产品方案的规划。 5、

中国神华模块化固体热载体工艺（焦载体）

系统产生的半焦，有三个分支去向，一是部分半焦经回转设备加热后作热载体，热源为系统自产煤气燃烧器；二是部分半焦去双筒回转干燥机将原料干燥；三是部分半焦作为高温荒煤气除尘滤料。热解设备为移动床。

二、

固体热载体热解技术分析

1、固体热载体热解设备：

基本可分为三类：移动床，流化床，回转滚筒。随工艺的差别，相应的热解设备结构也存在较大的差别。

2、固体热载体的选择及应用现状：

热载体是固体热载体热解提质工艺中热量传递媒介，对整个热解工艺起着至关重要的作用，通过热载体热解可以避免热解析出白挥发产物被烟气稀释，减少后系统气体处理装置规模，煤气热值高。热载体除了具备蓄热及传热的能力外，还要有足够的机械强度和抗烧结能力。常用的有，系统内燃烧形成的热灰，系统内自产的热半焦，外来的陶瓷球等。

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固体热载体热解工艺虽然起步较早，但至今没有商业化应用。其主要原因在于：第一，无论是以高温半焦还是其它固体物料（如瓷球，砂子等）作为热载体，都需要通过额外的燃料燃烧对其供热，导致整个过程热效率并不高；第二，以燃烧过的焦渣（灰）循环使用作为热载体，得到的半焦产品和新鲜半焦白混合物，其作为优质燃料的利用价值较低；第三，焦油和半焦和半焦粉尘粒子黏附在分离设备或冷却管路的内壁，影响系统的稳定性。

3、循环流化床燃烧技术

除具有适用性强，清洁高效、炉内脱硫等特点外，还有两个重要特征：一是可以高效地燃烧劣质煤；二是炉内存在稳定的高温热灰循环流，它携带了大量可在炉外利用的热量。

利用循环流化床燃烧技术，很好有消化了灰载体工艺产生的热灰与新鲜半焦混合物。燃烧/热解耦合多联产工艺，克服了传统的固体热载体热解工艺热效率低、半焦产品利用价值低等缺点。以循环流化床锅炉的高温循环灰作热源将煤在干馏中进行热解，析出煤气和焦油，热解半焦和循环灰送入循环流化床锅炉燃烧室继续燃烧发电，实现热、电、油、气多联产。该工艺将燃烧与热解耦合起来，是实现低阶煤、油页岩等资源综合利用白有效途径之一。其主要特点有：

（1）热解系统不需要燃烧设备。其它辅助装置，如烟气排放、排渣均与锅炉结合，储煤、制煤设备也与锅炉原有的设备共用。只需在现有循环流化床锅炉基础上改造即可，投资可大幅度降低。

（2）系统为模块化组成。热解系统与循环流化床锅炉为独立系统，调节灵活

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（3）有效地利用了循环流化床的高温热灰，同时也充分利用了热灰和半焦混合物的显热，合整个多联产系统白热效率可达80%以上。

（4）有效地消化和利用了了固体热载体热解工艺中开成白劣质半焦及灰燃料，实现了热能的综合利用。

4、固－固混合或均化

常用的方式主要包括：机械混合、气力混合、重力混合等。

5、煤气除尘技术

高温荒煤气在离开热解设备时，会携带半焦及灰粉尘，在很多热解工艺中，煤气除尘效果直接关联到焦油品质，是当前所有热解工艺的至关重要的瓶径，常见的处理设备有旋风分离器，表面过滤器，填料式过滤器、静电除尘器等。旋风分离器通常作为预除尘设备。

6、煤气净化收油技术

当前各热解工艺中的油气冷却及油回收基本都借鉴了焦化行业的油回收技术，热煤气在后引风机的作用下，先过急冷回收重油部分，再经过深度间冷回收轻油部分，最后，煤气经鼓风机送静电捕油器，送煤气气柜贮存。

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