探讨褐煤提质技术的现状浅析

【摘要】近年来，随着优质煤种数量的减少，相对丰富的褐煤就越来越受到人们的重视，但是由于褐煤高水、高灰、低发热量、易自燃等原因，使其不易直接洗选加工并长途运输利用，所以褐煤提质技术就越来越重要，我国的褐煤提质技术取得了一定的成就，我们可以借鉴国外的先进提质技术，结合我国褐煤的具体性质，进行改进和创新，进而推进我国褐煤提质技术的发展，同时更加高效的利用褐煤资源，推进能源的高效利用。本文总结了褐煤提质技术的分类以及进展，并结合我国褐煤发展的现状对提质技术的发展方向进行了探讨。

【关键词】褐煤；提质技术；发展

0 引言

随着我国经济的日益发展以及对能源需求的不断增长，国内优质煤的供应日渐紧张，发展褐煤提质的技术以及应用可以缓解我国紧张用煤需求。

1 褐煤的特点

褐煤是矿化程度最低的矿产煤，煤质特点是水分大、孔隙率达、挥发分高、不黏结、热值低，含有不同数量的腐殖酸，含氧量在15%-30%左右，热稳定性差，易风化不适合储存以及长距离运输，直接燃烧不仅热值低，而且污染环境，浪费巨大。提质后的褐煤，相比提质前，水分可以下降70%左右，发热量可提升6MJ/kg左右，表面性质也会发生一定的改变，不仅有利于贮存和运输，而且有利于燃烧，发电，化工方面的使用，所以，提质成为了褐煤较为环保并高效的利用方式。

2 褐煤提质的技术现状

褐煤提质指的是在一定的温度压力条件下，脱除褐煤的水分，含氧官能团以及多余的灰分，提高褐煤品质的过程。提质的方法主要有物理法和化学法，物理法的是将褐煤加热或与高温物质，如热烟气、过热蒸汽等，进行换热，脱除其中的水分和部分挥发分，提质过程中煤体不发生化学变化。化学法是在较高的温度下，在隔绝空气（或在非氧化气氛）条件下，褐煤发生热解反应，在脱除水分和大部分挥发分的同时，生成煤气、焦油、粗苯和焦炭或半焦的过程。此过程中，褐煤煤体发生了焦化和热分解等化学变化。

2.1 物理法

物理法指的是干燥脱水提质，干燥法又分为两类：蒸发脱水提质，非蒸发脱水提质。

2.1.1 蒸发脱水提质

褐煤蒸发脱水技术是指在较低温度下，通过使用过热蒸汽、烟道气或热油为干燥介质进行脱水的一种褐煤脱水干燥方法，下面介绍几种蒸发脱水提质的方法。

2.1.1.1 回转管式干燥工艺

该工艺适用于褐煤的轻度干燥，在常压下褐煤在管式干燥器内在低压蒸汽的作用下被加热到100℃左右，此时水分被蒸发出来，脱水后的空气通过除尘器和煤粉分离开，一部分空气进入回转窑作为脱水介质继续循环，剩余的排入大气。

此方法用于褐煤的快速、轻度干燥，但是干燥后不易长期储存、运输，干燥后的褐煤复吸现象严重，另外此法尾气排放量大，排空的粉尘较多，不环保且能耗大。

2.1.1.2 泽玛克（ZEMAG）褐煤干燥成型提质技术

ZEMAG技术工艺流程分为预制、干燥、破碎和成型。褐煤经初步破碎处理后，进入管式干燥机，干燥后的褐煤经过进一步破碎以达到成型工艺要求的粒度，最后压缩成型。

此过程可脱去煤中80%左右的水分，同时发热量可提高约20%，经过热压作用，煤颗粒的孔隙减少，比表面积降低，而且煤分子的侧链含氧官能团如羧基，羟基，甲氧基等减少，一定程度上抑制了复吸作用。另外产出型煤的成型率较高，跌落试验效果好，对其长距离运输和电厂燃用有一定的意义。

2.1.1.3 BCB提质技术

BCB提质技术是由澳大利亚White能源公司研发的，具体的工艺流程为褐煤经过充分破碎后（小于3mm）在干燥筒仓中被300-400℃的烟气快速升温至105-110℃，通过“闪蒸式烘干”脱除煤中的水分，再经旋风分离器捕集后压缩成型，由于型煤在生产过程中会升温，为避免自燃现象，常通过喷水对型煤进行冷却处理。

技术不改变煤的化学性质以及焦化特性，加工成本低，但是由于冷却过程又进行喷水冷却，所以脱水的效果不明显。

2.1.2 非蒸发脱水提质

非蒸发脱水技术是近年来发展起来的新型褐煤干燥技术，该技术是在一定温度和压力，以及隔绝空气的条件下，将褐煤与高温高压的水蒸气和溶剂直接接触，褐煤内的水分呈液态脱出，不需蒸发潜热，热效率高，同时减少了温室气体的排放。

2.1.2.1 K-Fuel提质技术

K-Fuel提质技术是由美国KFx公司在上世纪80年代开发的技术，具体的提质过程是：

褐煤经过破碎筛分至6-80mm后，进入间歇式压力容器，在压力和温度分别为大约3.7MPa和238℃条件下反应一段时间，这段过程，褐煤的内水蒸发，一些含氧官能团被分解，煤粒的表面性质发生改变，亲水性降低，复吸现象得到控制，排出的物料通过固液分离得到提质的褐煤。目前，K-Fuel提质技术已经工业应用。

2.1.2.2 D-K脱水工艺

日本电源开发公司和川崎重工公司开发了D-K非蒸发脱水工艺，实现褐煤水分在非蒸发条件下加热，使水分以液体状态从褐煤中脱出，其煤质变化类似天然的煤化作用。整套装置有4台压力釜，可实现半连续运转，压力釜之间排出的蒸汽和热水可进行回收。

D-K脱水提质工艺过程类似于天然的煤化作用，褐煤经过破碎处理后在4台压力釜中实现半连续运转。

2.2 化学法

2.2.1 褐煤热解提质技术

热解提质按照热解温度可分为低温（500-600℃）热解和中温（600-800℃）热解；根据供热介质不同，热解提质技术又可分为气相热载体热解技术、固相热载体热解技术，以及其他特殊的热解技术。

2.2.2 ENCOAL提质技术

美国褐煤提质技ENCOAL提质技术，具体的工艺流程是：

褐煤被破碎到3-50mm，然后送入旋转炉干燥器在一定条件下（温度和处理时间）进行干燥脱水，干燥之后进入回转窑热解器进行热解，用热循环器将窑内温度升高到550℃左右，通过快速冷凝热解，得到过程衍生产物半焦和焦油，热解生成的气体在燃烧室内燃烧，为热解过程提供热量。

3 煤提质技术的展望

近些年，又出现了很多的新兴提质技术，以褐煤的微波提质技术为例，微波脱提质技术的原理是微波的加热具有选择性，会优先被介电损耗系数高的物质吸收，而水的节点损耗系数相对高于其他物质，因此水分子对微波有较强的吸收作用，所以可以用微波深入穿透煤炭，利用微波的加热作用进行脱水。

另外，许多褐煤提质技术还处于实验研究阶段，不能够工业化应用，工业生产不能有效地模拟实验室环境导致达不到实验室研究效果，提质过程无法进行细致的计算机模拟对比，这是制约褐煤提质技术应用的难题之一，随着能源的战略意义日益凸显，褐煤提质的工业化应用将会是近几年的发展方向。

4 总结

近年来国内褐煤提质工艺已引起有关企业和地方的关注，褐煤提质已有较充分的技术基础支持，新工艺开发的重点应该是设计基础工艺路线，对关键装备实施重点研究和工业技术开发。 褐煤热稳定性差、粉尘率高、重焦油黏度大，挥发物热态气固分离难度大，是工业放大的关键问题，也是国内外许多工艺开发的重要遗留难题。近年来许多单位开始关注褐煤脱水提质、改善工艺性能的技术开发，而褐煤提质加工是褐煤高效开发利用的关键。

参考文献：

[1]张双全.煤化学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.

[2]梁永煌，游伟，章卫星.关于我国褐煤提质技术的应用现状及存在问题的解决方案[J].化肥设计，2012.

[3]高志芳，朱书全，吴晓华.褐煤提质改性对水煤浆特性的影响[J].煤炭科学技术，2010.

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