内蒙古褐煤固体热载体法快速热解.doc

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1、内蒙古褐煤固体热载体法快速热解 技术示范工程项目建议书 大连理工大学 2007 年 3 月 内蒙古褐煤固体热载体法快速热解技术 示范工程项目建议书编制组详细信息项目详细介绍：内蒙古褐煤固体热载体法快速热解 技术示范工程项目建议书 大连理工大学 2007 年 3 月 目 录 1 技术背景 1 2 褐煤固体热载体法快速热解技术简介 3 3 规模与工艺流程 10 4 财务评价 19 5 结束语 28 附表 附图 说明：根据“内蒙古霍林郭勒褐煤干馏工艺技术论证会专家组评审意见” （2007 年 1 月 24日，论证会由内蒙古自治区经委组织，通辽市人民政府和霍林郭勒市人民政府承办），提出内蒙古褐煤固体热

2、载体法快速热解技术示范工程方案（简介）。内容包括技术背景、技术原理与发展阶段、工艺流程、规模及经济效益分析。 大工固体热载体法快速热解示范工程项目年加工霍林河褐煤 85 万吨，年产粗苯 0.06 万吨，低温煤焦油焦油 4.28 万吨，煤气 5040 万米 3，半焦提质煤 44.67 万吨。 1 技术背景 随着国民经济的快速发展，我国石油消费迅速增长，从 1993 年开始，我国已变为石油净进口国。2005 年我国石油进口已达到 1.36 亿吨，对外依存度达到 43%。预计 2010 年我国的石油总需求规模将达到 3.5 亿-3.8 亿吨，石油进口达到 2 亿吨，对国外石油的依存度将达到 51%-

3、53%，如此发展到 2020 年，这一数字将上升到 60以上。 石油属于战略物资，关系到国家安全，而我国又是石油资源相对缺乏的国家，为了减少对进口石油的依赖，我国正在实施多元化能源战略。发展洁净煤技术是实施国家能源多元化战略的对策之一。其中，煤热解技术因方法相对简单、投资较少，是有竞争力的方法。 随着石油资源量的逐渐减少，以及天然石油的勘探开发日益向复杂地层、边远地区和沿海大陆架发展，所需投资增加，未来国际石油价格总体上将呈上升趋势。2004 年 5 月中旬以来，世界石油价格在每桶 4075 美元之间波动，2006 年 7 月期间美国纽约原油期货价格曾达到每桶 78 美元的历史新高。高油价为煤

4、热解技术的投资提供了更大的利益空间。 我国褐煤的资源量约 3200 亿吨，内蒙古自治区褐煤资源量约 2300 亿吨。褐煤含水多，热值通常在 4000kcal/kg 以下，且相当多的在 3500kcal/kg 以下，由于热值低，应用受到很大限制。随着东北大振兴的深入，经济形势好转，能源（主要是煤炭）需求量不断增加，而本地区的煤炭资源趋于枯竭（例如阜新矿区），这就为距离东北地区最近的内蒙东部褐煤（我国最大的褐煤资源与生产基地）提供了巨大市场，但东北地区很多电厂和其他用户需要热值在 4500kcal/kg 以上的煤，这就为褐煤热解并对褐煤提质提供了巨大商机，例如热值 3200-4000kcal/kg

5、 的褐煤热解后，其半焦热值在 5800kcal/kg 以上。半焦可以单独利用，也可以与褐煤混合作为提质煤，满足不同客户要求。同时褐煤热解后的半焦或提质煤也可以应用到东北以外的地区。 褐煤固体热载体法快速热解技术，符合国家产业政策及未来发展趋势。在国务院 2005 年发布的促进产业结构调整暂行规定第二章第五条中明确指出，重点支持发展、鼓励石油代用资源和清洁能源的开发利用。2006 年 9 月 20 日发布的 863 计划先进能源技术领域2006 年度专题课题申请指南 指出，“ 十一五”期间，863 计划先进能源技术立足当前，着眼未来，大力开发节能和能源清洁高效开发、转化和利用技术，积极发展新能源

6、技术，促进能源多元化。形成一批新兴能源产业生长点，为经济、社会可持续发展提供清洁高效能源技术的支撑。“洁净煤技术”是 863 计划先进能源技术领域设置的四个专题之一。 洁净煤技术专题重点是开发煤炭的燃烧、加工与转化、污染控制、发电等洁净煤技术，整体提升我国洁净煤技术水平。其中煤加工与转化技术主要研究内容就包括了“褐煤或低变质烟煤提质、改质新技术”，“低、中变质煤快速热解提取煤焦油新技术 ”。 褐煤固体热载体法快速热解技术，将有良好的经济效益和环境社会效益，前景广阔。褐煤固体热载体法快速热解技术将为内蒙古自治区褐煤有效洁净高附加值利用发挥重要作用。 2 褐煤固体热载体法快速热解技术简介 褐煤热解

7、（干馏）是指在隔绝空气(或在非氧化气氛) 条件下将褐煤加热，最终得到焦油、煤气和半焦的加工方法。 褐煤热解始于 20 世纪初，其目的是制取石蜡油和固体无烟燃料，随后发展了以制取发动机液体燃料为目的的工艺，如鲁奇二段炉、三段炉。20 世纪 50 年代，随着世界范围石油、天然气的开发与应用，煤的热解加工发展速度减慢甚至停顿。但在一些褐煤资源丰富的国家，没有间断对褐煤热解的研究与开发。20 世纪 70 年代开始，为了由褐煤和低阶煤制取较高产率的液体产品和芳烃化合物，人们对褐煤热解工艺的研究开发重新重视，一些新工艺接续开发出来。这些新工艺的目标是提高煤的液体产率，普遍使用的方法是加快热解反应的速度或在

8、临氢的条件下进行热解反应，同时新工艺注意提高煤的利用率、提高过程的热效率及注重环境保护等。 褐煤热解工艺按照加热终温、加热速度、加热方式、热载体类型、气氛、压力等工艺条件分为不同类型。 国内外典型的褐煤热解工艺包括：外热立式炉工艺、内热立式炉工艺、美国的 Toscoa1 工艺、ENCOAL 工艺、日本的煤快速热解工艺、德国的 LR 工艺、澳大利亚的流化床快速热解工艺、前苏联 3TX（ETCh）175 工艺、中国的多段回转炉工艺、中国固体热载体新法干馏工艺及其他工艺。 褐煤固体热载体新法干馏工艺（技术）由中国大连理工大学开发，也称褐煤固体热载体法快速热解技术。以下从发展历程、过程原理与产品方案、

9、工艺特点等方面简要介绍。 21 发展历程 大连理工大学煤化工研究设计所从 1981 年开始进行煤、油页岩固体热载体法快速热解技术的研究试验工作。1983 年承担国家计委、国家教委重点科研项目“褐煤和油页岩固体热载体干馏技术研究”，建立了原料处理能力 10kg/h 的实验室大型热态连续试验装置。在此装置上进行了国内外几十种褐煤、高挥发分烟煤和油页岩的试验研究工作，获得很好的结果。这些研究工作为大连理工大学煤固体热载体法快速热解技术（简称大工煤新法干馏技术）和油页岩固体热载体法快速热解技术（简称大工油页岩新法干馏技术）走向工业化提供了重要的依据。1986 年 5 月通过了国家教委主持的技术鉴定。鉴

10、定专家委员会认为：“大连工学院煤化工研究室（现为大连理工大学煤化工研究设计所）所开发的褐煤和油页岩固体热载体快速热解干馏技术为有效的利用粉粒状原料开辟了一条新的途径。所建试验装置可以作为褐煤和油页岩粉状干馏的评价试验装置，并为进一步放大提供有关工艺参数。采用自产灰渣或碳料作为固体热载体，与粉粒状原料均匀混合，强化了传热与传质过程，从而达到了快速热解和气相产物快速导出的目的。此项技术与目前世界上几种类型相似的工艺比较，有如下三方面优点：一是工艺简单；二是装置的时空效率高；三是油质较轻，煤气热值较高。用这种干馏方法加工褐煤，焦油产率高，油质轻，焦油 300前馏分含酚量在 50%以上，煤气热值符合中

11、值城市煤气要求，高活性碳料有多种用途，为粉粒状褐煤综合利用开辟了新的前景，填补了国内空白。鉴于褐煤、油页岩固体热载体快速热解干馏技术的工艺流程简单、单元设备能力大、热效率高，不用氧气，常压操作，投资省，生产费用低，所以这是一项技术先进，经济效益和社会效益显著的技术，应该尽快建立处理量为 50150 吨/日的试验基地，全面解决流程配套（干燥、干馏、燃烧、换热）、混合器设计和除尘等工程课题，早日实现工业生产。”该技术成果 1988 年获国家教委科技进步二等奖。 1987 年 4 月国家计委把褐煤大工新法干馏技术列入“ 七五” 国家重点工业性试验工作计划，开展可行性研究工作。1987 年 11 月国

12、家计委下达给大连理工大学进行“大工新法干馏技术中混合器等关键技术攻关”任务。 1988 年完成了 6 吨/ 日褐煤固体热载体干馏新技术中的关键技术研究，包括混合器等在放大试验装置上的冷模和热态试验，为褐煤固体热载体干馏新技术工业试验提供了必要的设计依据。1988 年 9 月由能源部和国家教委主持通过专家鉴定，完成攻关任务。1989 年 4 月国家计委批准在平庄建设一套日处理 150 吨褐煤固体热载体干馏新技术工业性试验装置，开展试验研究。1990 年 4 月开始建设，1992 年 5 月建成，7 月 31 日投煤产气成功。1994 年通过煤炭部和国家教委联合鉴定，认为“ 通过干馏、混合、除尘等

13、主要技术的攻关，验证了褐煤固体热载体干馏新技术的工艺流程的合理性和先进性。对流化脉冲干燥、半焦流化燃烧提升加热、干燥煤和半焦热载体混合、固体热载体快速干馏等新技术的组合取得了创新性的成功，达到了国际先进水平。褐煤固体热载体干馏新技术所使用的设备全部国产化，布置紧凑，相互匹配得当；工艺过程可实现常压操作，不需纯氧，生产弹性大，开停灵活。工业试验结果表明，由低质褐煤可以生产出热值为 16.72MJ/m3（4000kcal/m3）优质煤气，低温焦油和有多种用途的半焦，这三种产品均系洁净能源。与国外同类技术相比，该技术具有新颖性和创造性，属国内首创。该项技术不仅对褐煤，甚至不粘性次烟煤的有效、合理综合

14、利用开辟了一条新途径，而且对节约能源和减少环境污染及城市煤气化有重要意义。 工业试验装置应尽快转入生产运行并联合有关单位进一步完善该项目的工程建设，提高设备配套和控制系统水平。” 大连理工大学褐煤固体热载体快速热解技术已成功完成年干馏（热解）褐煤 5 万吨工业试验，并在此基础上进行了新的研究开发和工艺过程优化，年处理 85 万吨褐煤固体热载体快速热解技术示范工程中热解工艺过程处理褐煤为 60 万吨，与工业试验比较，放大 12 倍风险不大。我们认为建立年处理 85 万吨褐煤固体热载体快速热解技术示范工程的技术条件已经成熟。 22 过程原理与产品方案 褐煤固体热载体法快速热解技术是将褐煤通过与热的

15、载体（热半焦）快速混合加热使褐煤热解（干馏）得到轻质油品、煤气和半焦的技术。 固体热载体法快速热解属于煤的低温干馏过程。煤低温干馏过程仅是一个热加工过程，常压生产即可制得煤气、焦油和半焦，实现了煤的部分气化和液化，所以也称为煤的温和气化或煤的轻度气化过程。与煤的直接液化、间接液化相比，过程相对简单，投资少。 固体热载体法快速热解技术使用粉粒状原料（小于 6mm），不怕煤热粉化，尤其适合于褐煤。同时，与其它低温干馏方法相比，固体热载体法快速热解技术多产油品，生产的低温煤焦油质量好，焦油中含有脂肪烃、芳烃和酚类物质，可加工得化学品和燃料油。 褐煤含水多，热值低，应用受到很大限制。但褐煤挥发分高，是

16、热解（干馏）技术处理的理想原料。褐煤固体热载体法快速热解得到优质低温煤焦油的同时，还得到半焦和煤气。半焦热值高于原煤（根据煤种不同一般高 20%-50%）。半焦反应活性好。原料煤的灰分不同，得到的半焦灰分也不同。灰分低的半焦可用作高炉喷吹料、烧结粉焦和铁合金用焦粉，也可以加工成洁净的无烟燃料等；灰分高的半焦可用作合成气原料，也可以燃烧发电。固体热载体法快速热解可燃气为中热值煤气，可用作城市煤气、工业燃料或发电，也可以用作工业原料，例如转化制氢。根据不同目标煤固体热载体法快速热解技术可以与其他工艺组成多联产，如固体热载体法快速热解可作为联合循环发电的组成部分，半焦可作为气化原料或锅炉燃料，煤气可用于提高燃气轮机入口温度，提高发电效率，这样既高效洁净发电，又产低温焦油；固体热载体法干馏半焦用作电厂燃料，实现动力煤先提油再发电的目标；固体热载体法干馏半焦气化制合成气，进一步合成化工产品（甲醇、二甲醚、合成油等）；固体热载体法快速热解可以与煤焦油加氢组合为成套技术，生产石脑油、柴油和燃料油，