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褐煤提质的现实之选

2014/02/12

“国家下放能源项目,重视资源清洁利用和环境保护,这为合理利用低热值煤创造了一个好的环境。除了低热值煤,已单列出去、储量丰富的褐煤,同样面临找出路的问题。”近日,中国煤炭工业协会洁净煤与综合利用部主任、中国煤炭加工利用协会副会长、低热值燃料发电分会会长张绍强在接受记者采访时说。

据了解,褐煤是第三纪成煤期形成的低阶煤,主要分布在我国的内蒙古东部和云南,预测总资源量为3194亿吨,其中内蒙古东部地区的褐煤占全国的77.55%,云南的褐煤占全国的11.88%。在黑龙江、吉林、辽宁、广西、河北、山东、广东、海南和四川等省区的局部地区也有少量分布。

作为我国褐煤的主要产地,前些年就有不少投资者进入内蒙古锡林郭勒盟和呼伦贝尔市圈占煤炭资源,目前两地区总产能已经超过每年3亿吨。但由于当地的褐煤产量大,就地发电利用消纳不了,电网外送通道不畅,以及褐煤具有热值低、水分大、易燃等特性,使圈煤企业面临着进退两难的局面。

目前,内蒙古不少煤矿都在招拍挂,这些煤矿中大多是生产褐煤的企业。

“当初大家抢着去圈煤,对褐煤的特点没有深入了解,只想着先抢占资源。”张绍强介绍说,“实际上,褐煤的全水分高、发热量低,制约了其工业利用价值,是各煤种中变质程度最低、品质最差的煤。褐煤就地发电是最佳的利用途径。”

根据全国70个主要褐煤产地(包括176个井田或勘探区)的资料统计,褐煤的全水分一般在30%至50%,空气干燥基水分在10%至20%,个别可达30%以上,这些也成为阻碍褐煤脱水提质加工的最主要障碍之一。

三条技术路线

“褐煤提质的技术基本是以脱水和热解两种方式组成。”煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院煤质与环保研究所副所长白向飞介绍。

由于褐煤原煤热值过低、含水分比较高的特性,提质升级的核心就是把褐煤的水分脱掉,提高相应的热值。一般来讲,每降低一个百分点的水分,褐煤的热值能增加每千克50千卡至70千卡,理论上如果褐煤的内外水分100%脱除的话,褐煤热值能增加每千克2000千卡至2800千卡。

“虽然脱水能够增加热值,但是简单的脱水还会带来其他的问题。因为褐煤内水分高,除了脱水本身困难之外,脱水后褐煤暴露在空气中还会继续复吸空气中的水分,造成无用功。另外,褐煤在空气中会自燃,在干燥提质后,自燃情况会更严重。”白向飞说。

“褐煤提质的技术路线基本上分三个层面,即浅度提质、深度提质和褐煤化工,目前各种方式都有研究、都有发展,大约有20多种。”张绍强说。

浅度脱水技术路线主要分为两类,一类是流化干燥脱水技术,这类技术包括混流干燥和管式干燥;另一类是滚筒干燥脱水技术,这类技术采用低温热烟气干燥,烟气温度大多在350摄氏度以下。目前,滚筒干燥技术相对来讲比较简单,但单线处理能力较差,而且污染控制比较困难。

深度脱水技术也分为两大类,分别是干燥加成型技术和高温饱和蒸汽缩合改质技术。

“神华宝日希勒规划的两条年转化50万吨的褐煤提质生产线使用的就是干燥加成型技术,但现在也存在一些技术缺陷。”张绍强说。

浅度脱水与深度脱水的区别在于,浅度脱水一般脱水15%至20%,不破坏煤炭孔隙结构,而深度脱水则脱掉绝大多数水分,并破坏煤炭孔隙结构。关于深度干燥提质问题,张绍强认为采用高温饱和蒸汽脱水改质技术有较大的优势,如果粉碎干燥后再加工成型煤,能耗较大,成本比较高,效益前景依旧堪忧。

褐煤化工领域也分为两大类,一类是褐煤完全气化,类似于现代煤化工的技术。另外一类就是褐煤中低温干馏,即对褐煤进行中低温隔氧加热,这个过程类似炼焦,在把水分脱掉的同时,拿出褐煤的挥发分和煤焦油,形成半焦化煤炭产品,实现褐煤提质。

干馏需提高单系统能力

作为褐煤提质最有前景的一种方式,褐煤干馏技术成为业内备受瞩目的热点研究对象。

褐煤干馏的技术路线也有多种,但最终的产品基本是类似的。如转底炉、立式炉、LCC、粉煤流化固体热载体、滚筒气载体干馏技术等,工艺路线很多,也是褐煤提质的重点研究开发领域。

“转底炉干馏技术就是转底炉上的物料不移动,只有转底炉盘旋转移动,严格来讲属于固定床,非常有利于煤焦油回收和煤气热值的提高,像烤面包一样,煤块铺在托盘上通过辐射加热,但由于煤块传热效果较差,上面烤熟了,下面却没熟透。目前要解决的就是煤块上下层都被均衡热解的问题,改进方案还需进一步验证。其他的各种褐煤干馏技术也在不断完善。”张绍强说。

褐煤干馏能够温和地获得大量中低温焦油和干馏煤气,煤气中含有大量的甲烷和氢气,通过分离可以获得大量的天然气,氢气可以直接用作焦油深加工的廉价氢源,与煤制油、煤制天然气等方式相比,其最大的好处就是不但不耗水,还可回收大量的水资源。干馏系统简单、热效率比较高、污染小,是褐煤等低阶煤提质加工、实现分级提质高效利用的最佳途径。

据了解,1吨褐煤经过干馏之后,会分离出约200立方米煤气,50公斤煤焦油(按煤焦油占褐煤5%比率计算,具体情况有差异),以及400公斤水和半焦煤炭产品。

谈到褐煤干馏技术,张绍强告诉记者,由于褐煤干馏后会产生大量半焦,如果采用流化床技术,半焦颗粒可能会过小,为运输造成一定困难,他建议今后褐煤干馏技术的发展应当采用固定床或移动床干馏工艺,同时还要提高单系统能力。

“无论是脱水还是干馏,由于褐煤主要是露天开采,开采规模都比较大,基本都在1500万吨~3000万吨,所以褐煤提质的单套系统就必须在100万吨左右,作为一个下限,否则实用性会比较差。”张绍强说。

“像蒙东那边的露天矿,单个矿的产量动辄就是3000万吨,但目前大规模褐煤干馏提质加工技术尚不成熟。”白向飞说。

技术仍是发展最大障碍

“目前阻碍褐煤提质大规模实践最大的障碍依旧是技术问题,从政策的角度来讲,虽然没有什么扶持政策,但是也没有什么很苛刻的要求,目前褐煤提质并未形成产业化,考虑褐煤资源充分利用和我国油气消费增长的发展需要,将来需不需要政策扶持,现在还很难说。”张绍强介绍。

记者了解到,目前20多种褐煤提质技术都有相应的试验和示范项目正在进行中,投煤试验都大量出现技术问题,全部处于停滞状态。截至目前,真正坚持长周期连续运行的只有建在锡林郭勒盟西乌旗的20万吨褐煤低温大风量混流干燥提质示范项目,其成本低、效益尚可。其他项目除了个别滚筒干燥外,都没有长周期商业运行起来。

除去技术成熟度因素,配套设施是否到位也成为制约褐煤提质发展的主要因素之一,褐煤干馏提质之后,分离生产的天然气如何运输的问题已经日渐凸显。

“锡林郭勒盟、呼伦贝尔市这两个地区如果选定要走褐煤干馏的道路,那么他们就存在一个外输天然气管网的问题,因为将来干馏之后会产生天然气,没有管道,就只能生产液化天然气用槽车外运,但是最好是有管道。”张绍强说。

另外,干馏后产生的中低温焦油进行深加工的油品是否需要调制到现行汽柴油的组分标准,这样的新产品,需要国家有关部门的认可。

前景乐与忧

褐煤提质目前还存在这样那样的问题,但不同的学者和专家也对其有不同的态度。

记者了解到,目前在搞褐煤提质的一多半都是民营企业。“我个人认为褐煤提质的前景是比较乐观的,我国的褐煤低阶煤干馏技术起点低、时间短,技术问题肯定是可以解决的,但是国家一直没有统筹规划、集中力量来搞这项技术,多是企业或个人自发性投资研发的技术,很害怕技术流失,所以这也导致企业之间互相封闭的情况比较严重。”张绍强说。

“褐煤单纯干燥提质的盈利空间非常小,即使开采出来,加工之后,还是比较便宜的东西。所以我认为这种煤,不应该大规模开采,能用多少就开采多少。”白向飞说。

张绍强告诉记者,我国的褐煤提质技术起步比较晚,在煤炭部时期开发的仅有几个露天褐煤矿,当时都配有电厂,而褐煤多以就地发电为主,到了煤炭黄金十年的中后期,内蒙古提出再配置煤炭资源必须就地转化50%产量,褐煤提质才被提上日程,被迫开始搞。

另外,我国优质煤数量大、分布较广,按道理讲还轮不到大规模开发利用褐煤的程度,但是目前大量褐煤矿区已经开发建设甚至已经投产,所以被迫走上了褐煤提质的道路。

“在当前的煤炭市场环境下,褐煤提质问题成为制约褐煤开发的瓶颈,迫切需要当地政府有关部门介入,做好顶层设计,才能更快更好地引导其发展。”张绍强说。

 

文章摘自:中国煤炭报

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