低階煤低溫干餾高效采油技術研究進展

陳 磊，張永發(fā)，劉 俊，王 影，徐 英，王 永

（太原理工大學煤科學與技術省部共建國家重點實驗室，山西 太原 030024）

我國褐煤、長焰煤和不黏煤等低階煤資源儲量巨大，已探明儲量5610億噸以上[1]，其中褐煤資源探明儲量為1300多億噸[2]。利用這些豐富的低階煤制取替代燃料的轉化技術備受矚目。煤低溫干餾，即煤在隔絕空氣（或在非氧化氣氛）條件下加熱升溫到 500～600 ℃，受熱分解成煤氣、低溫煤焦油和半焦的熱加工過程，是低階煤化學加工的一個重要技術途徑。這一技術在常壓、無氫耗和無氧耗的情況下以低階煤為原料獲得煤氣和焦油等能源化工產(chǎn)品，實現(xiàn)了煤的部分氣化和液化，相比煤的氣化和液化工藝，其過程簡單，條件溫和，投資和生產(chǎn)成本低[3]。其產(chǎn)品半焦反應性高，適于作還原反應的原料，如高爐煉鐵的噴吹料和氣化原料等；凈化后的煤氣既可以作為發(fā)電和民用的燃料氣，也可以作為制取甲烷、氫氣和甲醇等產(chǎn)品的原料氣。低溫煤焦油的組成和性質不同于高溫煤焦油[4-5]，其酚類和脂肪性化合物含量較高[6-7]，是重要的高附加值產(chǎn)品。了解低階煤干餾技術現(xiàn)狀，開發(fā)新型低溫干餾采油技術已成為褐煤利用研究的熱點[1-5，8-9]。本文在分析總結現(xiàn)有低階煤干餾技術的基礎上，介紹了作者課題組研發(fā)的高效采油低溫干餾技術。

1 國外低溫干餾技術

現(xiàn)有的低溫干餾爐和干餾工藝有很多種。根據(jù)供熱方式不同，可分為外熱式、內熱式和內外混熱式干餾爐；根據(jù)熱載體不同，可分為氣體、固體和氣固熱載體干餾工藝；根據(jù)爐體結構不同，可分為直立爐、回轉窯、水平爐和流化爐等干餾爐[9]。國外典型爐型和工藝有：英國的伍德爐，德國的魯奇三段爐和考伯斯爐，美國的LFC（ENCOAL）工藝、Garrett工藝[10-11]、Toscoa1工藝[12-13]和 CODE 工藝[14]，俄羅斯的 ETCH-175工藝，德國的 L-R和L-S工藝，波蘭的雙沸騰床工藝[15]，澳大利亞的CSIRO流化床快速熱解工藝。

1.1 伍德（Uhde）爐

伍德爐[16-17]是由英國伍德公司在 19世紀開發(fā)設計的一種連續(xù)外熱式直立爐。20世紀80年代伍德爐被我國引進并改造主要用于生產(chǎn)城市煤氣（產(chǎn)率為350～400 m3/t，熱值約為16.74 MJ/m3），并副產(chǎn)半焦?；窘Y構如圖1所示。其基本原理是將粒度為 13～60 mm的塊煤通過加煤系統(tǒng)進入炭化室的頂部，沿著炭化室連續(xù)有節(jié)地下降，并與燃燒室的高溫廢氣間接換熱，煤的下降速度控制在使煤逐漸炭化，并在到達爐底時轉化為半焦或焦炭。干餾生成的荒煤氣經(jīng)過上升管和集氣槽被輸送到凈化系統(tǒng)。該爐主要結構特征：①炭化室、燃燒室和爐體表面分別用硅磚和黏土磚砌筑而成，增加了爐體整體結構強度；②燃燒室可采用兩種結構，直立火道向上或向下加熱結構和迂回火道分段加熱結構，前者氣體流動阻力小，后者氣體“蛇形”流動并逐漸傳熱，縮小了炭化室上下的溫差；③該爐還配置有發(fā)生爐和廢熱鍋爐，分別用于煤氣加熱和廢氣余熱回收。以上結構特征使得爐子具有整體結構強度高、溫度調節(jié)方便、加熱均勻、煤氣中含N2低和熱值高，且焦油產(chǎn)率為2.66%～5.2%。但存在磚型復雜、砌筑難度大、爐子底層耐火磚磨損嚴重、配置發(fā)生爐和廢氣鍋爐成本高和系統(tǒng)熱效率低（耗熱量為3.2～4.1 MJ/kg）等不足。

1.2 魯奇（Lurgi）三段爐

魯奇三段爐[18-19]是由德國魯奇公司設計開發(fā)的一種用于黏結性不大的塊煤和型煤（約25～60 mm）干餾的連續(xù)內熱式干餾爐，結構如圖2所示。其基本原理是原料煤在直立爐中隨料層下行，載熱氣體逆向通入進行直接加熱。該爐主要結構特征：①整個爐體分上、下兩室，即上室為干燥段，下室為干餾段、冷卻段，其間由若干直立管連通，使得干燥段產(chǎn)生的蒸汽不會稀釋荒煤氣；②上、下兩室分別用兩個獨立的燃燒爐燃燒凈煤氣分段供熱，熱煤氣與煤直接換熱；③干燥段和干餾段分別設置有排氣煙囪和出口荒煤氣管，分別用于排放干燥段的廢氣、水蒸汽和引出干餾段生成的荒煤氣，降低了廢水量。魯奇三段爐采用熱載氣體向煤料直接傳熱，熱效率高，低溫干餾耗熱量低；所有裝入料在干餾不同階段加熱均勻，消除了部分料塊過熱現(xiàn)象；內熱式爐沒有加熱的燃燒室或火道，簡化了干餾爐結構，沒有復雜的加熱調節(jié)設備。但是該爐型不足在于：①對原料煤的粒度（20～80 mm）和煤質要求高，單臺處理能力小；②采用濕法熄焦，環(huán)保性差，且半焦須重新干燥；③煤氣中含N2高，熱值低。一臺處理褐煤型煤300～500 t/d的魯奇三段爐，可得型焦150～250 t/d；焦油10～60 t/d；剩余煤氣180～220 m3/t煤。對于含水5%～15%褐煤的耗熱量為1050～1600 kJ/kg。

其工藝特點：由備煤工段運來的合格裝爐煤首先裝入爐頂最上部的煤倉內，再經(jīng)進料口和輔助煤箱裝入干餾爐的干燥段，與循環(huán)熱氣流逆向接觸換熱被干燥并預熱到150 ℃。干燥后的煤經(jīng)過若干直立管進入干餾段，與熱氣流逆向接觸被加熱到500～850 ℃下進行中低溫干餾生成半焦。在下段，半焦被冷卻循環(huán)氣流冷卻到 100～150 ℃排出。排焦機構控制爐子的生產(chǎn)能力。循環(huán)氣和干餾煤氣混合物由干餾段的荒煤氣管引出，其中液態(tài)產(chǎn)物在后續(xù)冷凝冷卻分離系統(tǒng)中采出。大部分的凈化煤氣送到干燥段和干餾段燃燒爐，有一部分直接送入半焦冷卻段，剩余煤氣外送。魯奇三段爐曾是我國低溫干餾制取半焦采用最多的爐型，我國現(xiàn)有的許多爐型都是在它的基礎上開發(fā)設計的。目前由錫林河煤化工有限責任公司投資建設的年處理褐煤 90萬噸的提質項目（總投資 9800萬元）計劃采用魯奇三段爐。

1.3 考伯斯（Koppers）爐

考伯斯爐[17]由德國考伯斯公司開發(fā)的一種內、外熱結合的復熱式立式爐，其由炭化室、燃燒室及位于一側的上、下蓄熱式所組成，其基本結構如圖3所示。其基本原理是回爐煤氣一部分進入立火道燃燒，產(chǎn)生的高溫廢氣通過爐墻與煤料間接換熱，然后進入蓄熱室與耐火材料換熱。另一部分煤氣從爐子底部進入，并與熄焦產(chǎn)生的水煤氣一道進入炭化室，煤料經(jīng)過間接換熱垂直連續(xù)干餾。該爐主要結構特征：①采用了直立火道上下交替加熱的加熱方式，使炭化室豎向溫度均勻；②考伯斯爐設置有上下蓄熱室，用于回收廢氣余熱；③炭化室采用大空腔結構，增加了爐子的容積；④爐底熄焦系統(tǒng)配置有回爐煤氣管路，凈煤氣經(jīng)過該管路直接進入炭化室，通過半焦沿炭化室上升，既冷卻灼熱半焦，又使煤料在爐內受熱均勻。該爐不但加熱均勻，生產(chǎn)的煤氣熱值高，而且耗熱量低，較舊式伍德爐低27%[18]。其工藝特點：型煤從炭化室頂部的煤槽連續(xù)地裝入炭化室，炭化后的型焦進入炭化室底部的焦槽，并定期卸入熄焦車。為了預冷型焦，部分凈煤氣在卸焦點以上部位進入炭化室、同時噴入水，產(chǎn)生的水煤氣和返回的凈煤氣一道通過型焦沿炭化室上升，既冷卻灼熱型焦，又使型煤在爐內受熱均勻，最后與干餾煤氣混合，由炭化室頂部的上升管、集氣管引出。但是該爐存在的問題是爐墻耐火磚磨損嚴重，基建費用高。

1.4 LFC干餾技術

LFC干餾技術[20-23]是由美國SGI公司研發(fā)（現(xiàn)為MR&E公司擁有），并于1990年與美國能源部合作建設處理能力為1000噸/天的商業(yè)化示范工廠，是目前同類技術中商業(yè)化程度最為成熟的一種。其基本原理是將煤干燥、煤干餾和半焦鈍化技術相耦合，將含水量高、穩(wěn)定性差和易自燃的低階煤提質成為性質穩(wěn)定的固體燃料 PDF和高附加值的液體產(chǎn)品CDL兩種新的能源化工產(chǎn)品。該技術的工藝特點：①采用移動床內熱式干餾，氣體熱載體與固體物料直接接觸，利于傳熱和傳質；②采用干燥、干餾和固體產(chǎn)品精整三段式處理，產(chǎn)品質量易控制；③油品分段冷凝有利于油品分級回收和進一步加工精制；④采用可調分級的工藝控制系統(tǒng)，操作自動化程度較高，產(chǎn)品質量可達最優(yōu)化，1 t各種原煤（6～50 mm）可產(chǎn)出 0.5～0.6 t優(yōu)質煤（PDF），0.5～0.9桶（約64～115 kg）油產(chǎn)品（CDL），產(chǎn)油率為6.4%～11.5%。但是，LFC干餾工藝復雜，設備多，造價高；自產(chǎn)低熱值煤氣難以滿足工藝需熱，需外補熱量（30%外供）；煤氣出口溫度高，載熱氣體耗量大。

2 國內低溫干餾技術的開發(fā)和應用現(xiàn)狀

國內典型爐型和工藝有：陜西神木三江煤化工公司 SJ系列和陜西冶金研究院的和 SH系列直立爐、大連理工大學的新法干餾工藝、煤炭科學研究總院的多段回轉爐工藝、中科院過程工程研究所的煤撥頭工藝[24-25]和中科院山西煤炭化學研究所開發(fā)的基于循環(huán)流化床的煤熱解多聯(lián)產(chǎn)工藝[26-27]。

2.1 SJ和SH低溫干餾直立爐

SJ系列[28-30]和SH系列直立干餾爐[31-33]分別是由三江煤化工公司和陜西冶金研究院根據(jù)榆林神府、東勝煤田和大同礦區(qū)揮發(fā)分高、灰熔點低和含油率高的煤質特點而研制開發(fā)出的一種直立爐型。其在榆林和東勝地區(qū)投產(chǎn)的已超過數(shù)百座，2005年SJ-Ⅲ低溫干餾爐及工藝成功出口到哈薩克斯坦，其基本結構如圖4、圖5所示。其基本原理是塊煤經(jīng)輔助煤箱和集氣結構進入炭化室，與經(jīng)布氣花墻均勻進入炭化室的高溫廢氣逆向接觸換熱，逐段進行干燥和干餾，最后經(jīng)排焦系統(tǒng)連續(xù)地排出。其基本結構特征如下：①SJ和SH直立爐進料處采用集氣降傘或集氣罩和輔助煤箱，出料處采用支管混合器和布氣花墻結構，使得系統(tǒng)布料均勻、集氣均勻、出料均勻和加熱均勻，系統(tǒng)熱效率高（約為83%），實現(xiàn)了煤的低溫干餾；②炭化室采用大空腔架構，干燥段、干餾段沒有嚴格的界限，爐子單位容積和單位截面的處理能力高；③SH直立爐可以配套雙閘閥控制的干法熄焦裝置，不但可以降低半焦含水率，而且污染小。但是SJ和SH直立爐存在的主要問題是燃燒廢氣中氮氧化物含量高，動力消耗大，焦油產(chǎn)率低（4%～7%），原料煤粒度要求高，分別為20～80 mm和20～150 mm。最近由北方聯(lián)合電力公司投資建設年處理褐煤400萬噸的提質項目將采用 SJ低溫干餾連續(xù)式直立方爐工藝進行褐煤提質。

2.2 大連理工大學新法干餾技術

大連理工大學新法技術[34-35]是由大連理工大學在20世紀80年代開發(fā)的一種固體熱載體快速熱解技術，并于1992在平莊年建成了150 t/d干餾多聯(lián)產(chǎn)工業(yè)性試驗項目，是國內最早開展褐煤固體熱載體干餾技術研究的單位。其基本原理是將粒度小于6 mm的煤與800 ℃熱半焦按一定的混合比快速混合加熱使其干餾得到低溫焦油、煤氣和半焦。該技術主要由脈沖氣流干燥預熱、熱煙氣發(fā)生、熱載體提升循環(huán)和混合熱解系統(tǒng)組成，工藝特點如下：①采用快速熱解方式，焦油產(chǎn)率為 7%左右；②可有效處理熱穩(wěn)定性差原料，如褐煤；③原料利用率高，與使用塊煤的技術比較，直接使用粉煤，成本降低；④可與多個過程實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)，可以與煤發(fā)電配套，可以與煤焦油加氫配套，也可以與煤氣化配套等；⑤干餾產(chǎn)品質量好，如焦油凝點低、黏度低，利于深加工，半焦發(fā)熱量高，褐煤半焦可制成水煤漿，煤氣熱值高（14～20 MJ/m3），可用于轉化制氫或合成氣；⑥該技術廢水處理量和耗水量少，SO2和NOx排放量少，且系統(tǒng)熱效率高，約為82%。但固體熱載體技術卻存在煤料與熱載體機械混合動力消耗大，混合過程易產(chǎn)生粉塵等不足。

2.3 多段回轉爐熱解工藝

多段回轉爐熱解工藝[36]（MRF技術）是煤炭科學研究總院北京煤化研究所針對年輕煤綜合利用開發(fā)的一種新的煤轉化技術，在內蒙古海拉爾市建有515×104t/a的工業(yè)示范裝置。其基本原理是通過串聯(lián)的多段回轉爐對粒度為6～30 mm的年輕煤分段依次進行內熱式干燥、外熱式干餾（干餾終溫 750℃）和直接冷卻。其工藝特點有：①干燥回轉爐采用內熱式加熱，即干餾爐排出的熱煙氣與煤料逆向接觸換熱，脫除了大部分水分，減少干餾產(chǎn)生的有害廢水量，利于廢水的處理和防止環(huán)境污染；②干餾回轉爐采用外熱式加熱，即燃燒爐燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣與干燥煤料間接換熱，煤氣熱值高；③燃燒爐既可使用固體燃料，又可使用氣體燃料，或兩者同時燃用，靈活性高。該工藝采油率為干熱解煤的4%～6%，約為該煤葛金焦油產(chǎn)率的 50%～60%。該工藝存在的問題是能耗高，連續(xù)生產(chǎn)粉塵易沉積和堵塞。

不同低溫干餾技術對比具體見表1所示[37]。

3 作者課題組低溫干餾技術的開發(fā)

3.1 混熱連續(xù)式鐵合金焦爐

混熱連續(xù)式鐵合金焦爐在20世紀90年代初由太原理工大學煤重點實驗室張永發(fā)和周建民等基于分段加熱理論開發(fā)的兩側預熱、中部回收和連續(xù)干餾的內外混熱式直立干餾爐[38-39]，是國內較早開發(fā)的爐型，并廣泛用于大同和陜北地區(qū)。其基本結構如圖 6所示，該鐵合金焦爐由炭化室、兩側燃燒室、圓柱立火道、空氣預熱室和焚燒室等主要結構組成，炭化室墻采用薄壁格子磚結構，炭化生成的荒煤氣通過格子磚在立火道與經(jīng)過小煙道預熱的高溫空氣燃燒，并快速將熱量傳回給炭化室，不但傳熱效率高，而且省去了復雜的回爐煤氣系統(tǒng)；裝煤采用斗式提煤機和液封料鐘，出焦采用夾套水冷式出焦斗和液封熄焦槽相結合，機械化程度高，無污染，經(jīng)濟環(huán)保；小煙道頂部、立火道底部、不同高度的可調空氣入口及分煙道插板等多種調節(jié)裝置有效地保證了全爐加熱的均勻性和控制足夠的吸力。這一爐型突破了國內外低溫炭化爐外加熱或內加熱的單一加熱方式，該技術首次把煤氣在燃燒室燃燒產(chǎn)生的熱量通過炭化室墻給煤料間接加熱的同時，把燃燒高溫氣體從燃燒室引進炭化室直接對煤料加熱，形成了混熱式炭化技術，也形成了用燃燒廢氣直接加熱煤料的基礎。

表1 不同低溫干餾技術對比表

3.2 高效采油外熱式低溫干餾爐的開發(fā)

北京低碳清潔能源研究所（NICE）和太原理工大學煤科學與技術重點實驗室共同開發(fā)了氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器和具有該收集器的高效采油外熱式低溫干餾爐，該收集器使得炭化室生成的氣態(tài)產(chǎn)物迅速離開干餾環(huán)境，并被迅速激冷以凍結包含焦油的氣態(tài)產(chǎn)物，從而大大地提高了采油率，收集器、干餾爐和燃燒室的基本結構分別如圖7～圖9所示。氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器采用長方體空腔結構，頂端密封，底部設置有與氣體收集管相連的氣態(tài)熱解產(chǎn)物出口，左右兩側面分布有若干具有螺旋狀槽口的貫穿通道，利于氣態(tài)熱解產(chǎn)物及時導出，在每個通道上方安裝有與壁外表面成 75°～85°的可調節(jié)擋料板和與壁內表面成 35°～55°的可調節(jié)氣流導向板，有效地阻止固態(tài)物料進入器內和防止液態(tài)產(chǎn)物回流，且便于清洗收集器內部。

高效采油低溫干餾爐主要結構特征在于：①頂部設置有通過軌道機構運行的加煤車，其下部設置有氣動鎖斗閥，便于控制，氣密性好；②炭化室與燃燒室交錯相間排布，在炭化室中間設置有氣態(tài)熱解產(chǎn)物收集器，荒煤氣導出速度快，行程短，二次裂解小，顯著地提高了采油率；③燃燒室的上下兩端設置有一對燃燒噴嘴，在噴嘴附近裝有大量的蓄熱體，而蓄熱體的下部通過管道與換向閥相連，以便蓄熱體在一定的時間間隔內交替地預熱常溫空氣和排出熱交換后的廢氣。換向閥在控制系統(tǒng)的作用下，定期變換廢煙氣與空氣的流向，一方面利于自動化控制，另一方面大幅度地提高了熱效率。該爐型結構簡單合理，適合低階煤干餾，也適合劣質粉煤資源，此外回收的煤氣中不含燃燒廢氣，即主要組成為 CH4、H2、CO、CO2、CmHn和 N2，可用作合成原料氣，組成如表2所示。

表2 褐煤干餾氣體組成 （體積分數(shù)，%）

3.3 高效采油外熱式粉煤低溫干餾爐的研制

基于氣態(tài)熱解產(chǎn)物快速導出理念，作者課題組先后開發(fā)了兩種專門用于粉煤干餾并具有高效采油結構的炭化室，即一種具有導氣墻結構的粉煤干餾炭化室[40]和一種用于粉煤干餾的炭化室[41]，其基本結構分別如圖10和圖11所示。這兩種炭化室均具有荒煤氣通道結構，使得干餾生成的氣態(tài)產(chǎn)物經(jīng)過該通道快速離開干餾環(huán)境，降低二次裂解，解決了粉煤干餾過程中存在的熱解氣態(tài)產(chǎn)物行程較長，導出阻力大和滯留時間長等問題。

第一種炭化室結構的主要特點：在炭化室中間并平行于燃燒室位置設置有導氣墻，導氣墻是由分別內開“人”型通道的的收氣磚和內開“一”型和“T”型通道的排氣磚隔置砌筑構成的若干縱向氣體通道和橫向氣體通道構成，橫縱氣體通道共同構成了導氣墻內部的荒煤氣通道。此外，導氣墻的兩面設置有若干加強墻體結構的支撐墻。第二種炭化室結構的主要特點：炭化室墻體采用若干氣體導向磚和標磚隔置砌筑構成；氣體導向磚由擋板面、導氣槽、增強面和銳角弧組成，導氣槽和導向磚下方的空間構成了煤氣通道。

與現(xiàn)有的干餾技術相比，作者課題組研制的 3種干餾技術所具有的優(yōu)點如下。①保證荒煤氣通道有足夠的空間，使干餾產(chǎn)生的荒煤氣及時導出，減小了其在炭化室內的行程和流動阻力，縮短了停留時間，降低二次裂解，提高了焦油的產(chǎn)率，這是和其它爐型最大的區(qū)別。②保證煤料和半焦不易粘壁和掛壁，易排出，如收氣磚的倒直角三角體結構和氣體導向磚的擋板面設置均利于順利下料和出料。③爐體結構簡單合理，易于推廣。支撐墻和增強面的設置使得爐體整體結構強度提高，使用壽命延長。④均可以與作者課題組自主研發(fā)的內置若干擋板的旋流式低溫燃燒室相組合，實現(xiàn)均勻加熱和規(guī)模化發(fā)展。⑤該干餾技術對原料要求低，既適用于塊煤，也適合于粉煤干餾。

雖然上述高效采油干餾爐結構優(yōu)勢明顯，但在我國還沒有商業(yè)化示范裝置運轉。結合工業(yè)化的要求，借鑒小試裝置經(jīng)驗，應對高效采油低溫干餾技術進行進一步的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)。

3.4 低溫干餾分析設備的改進

現(xiàn)有的鋁甑低溫干餾試驗存在氣密性不好控制的問題，如在鋁甑蓋、鋁甑體與導出管接口處、錐形瓶與其上膠塞縫隙處及導出管在膠塞上打孔處都非常容易形成漏氣點，實驗誤差大。格金干餾管存在無法吹掃問題，為干餾過程中氣體成分和體積分析帶來了很大的誤差。為了解決上述問題，作者課題組對格金和鋁甑低溫干餾設備作了進一步的改進，如格金管和鋁甑裝置、干餾爐、U形管、水分讀數(shù)管及冷凝管等，形成了高效采油的低溫干餾分析試驗系統(tǒng)。①將格金管采氣改為不銹鋼管采氣和水封密封，將氮氣通過外部直管直接通入不銹鋼干餾管底部，流經(jīng)導出管后進入錐形瓶，解決了氮氣吹掃過程中殘留吹掃不到的死角問題，氣密性好，氣體分析的準確性高。②鋁甑裝置采用石英干餾管，冷凝水和焦油較不銹鋼管直觀、清晰，但是在進行煤的干燥脫水特性試驗時石英管經(jīng)常破裂，分析其原因是石英管內生成的焦油和煤氣在直型干餾段出現(xiàn)堵塞而造成的局部溫差導致。因此，將石英管改為葫蘆形石英管，從根本上解決了局部溫差過大的問題，也使得生成的氣態(tài)產(chǎn)物順著葫蘆形結構快速地離開干餾環(huán)境。③實驗加熱葫蘆管用的干餾爐結構由方形改為圓形，加熱方式采用底部和爐內周邊同時加熱，使得干餾管受熱更加均勻，溫度也得到更好控制。④回收焦油用的U形管兩端均采用磨口處理，一邊的磨口處專為承接磨口處理過的冷凝器，另一邊的磨口專為連接出氣口，這樣使得整個裝置嚴絲合縫，成為一體，氣密性較好。此外，根據(jù)U形管連接冷凝器的多少可將其設置為雙擴口結構。⑤水分讀數(shù)管采用底部為尖端結構且精度為0.1 mL的讀數(shù)管。通過對上述小型低溫干餾爐及采油設備的改進，使得干餾過程中不但煤料受熱均勻、溫度控制方便和傳熱效率高，而且焦油產(chǎn)率高，結構緊湊合理。

表3 原料煤的煤質分析

在干餾終溫550 ℃，恒溫時間120 min等主要干餾工藝參數(shù)和操作條件下，將20 g左右的呼倫貝爾煤、昭通煤和黑山煤（煤質分析見表 3）分別放入上述高效采油干餾系統(tǒng)進行低溫干餾，然后對干餾過程的焦油產(chǎn)率進行分析，實驗結果見表 4。結果表明，對比普通干餾系統(tǒng)的焦油產(chǎn)率，采用高效采油低溫干餾系統(tǒng)對呼倫貝爾煤、昭通煤和黑山煤及其粉煤進行低溫干餾，顯著地提高了焦油產(chǎn)率，約1倍左右。

表4 不同煤種的焦油產(chǎn)率及熱效率對比

4 結 語

煤低溫干餾是低階煤化學加工的一個重要技術途徑，但現(xiàn)有的低溫干餾技術存在采油率低，原料粒度要求高和燃燒廢氣中氮氧化物含量高等問題，因此開發(fā)一種新型低溫干餾高效采油技術是很有必要的。對于低溫干餾爐及其高效采油技術的研究應該從以下幾方面開展工作。

（1）干餾爐向大型化、自動化和高效環(huán)保方向發(fā)展。開發(fā)具有新型加熱和炭化結構的大型炭化爐，配備自動化程度高、清潔環(huán)保和高效節(jié)能的加料、布料和出焦裝置成為新一代干餾爐的研發(fā)總目標。

（2）供熱方式逐漸由單一的內熱或外熱加熱方式向內外熱結合的混熱式方向發(fā)展。內熱式直立爐將熱煙氣直接通入爐內，造成煤氣含N2高、體積大和熱值低，煤氣輸送能耗高，難以用作化工原料，價值低。外熱式干餾爐產(chǎn)生的荒煤氣不含燃燒廢氣，熱值高、用途廣，但干餾爐投資高、熱效率低。開發(fā)純氧燃燒加熱或煤氣或其它還原性氣體熱載體加熱的混合加熱方式成為干餾爐的新型加熱方式。

（3）“水撈焦”逐漸向干熄焦 Coke Dry Quenching新技術轉變。由于干熄焦技術具有回收半焦顯熱、提高半焦質量（強度、塊度、水分等）、減少環(huán)境污染等特點越來越受到人們的重視。焦爐煤氣和水蒸氣混合干熄焦技術[42]、水和水蒸氣混合熄焦技術（屬干熄焦技術）由于熱效率高和焦炭質量好等優(yōu)點而具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（4）快速干餾或催化干餾，提高焦油收率和質量是新一代技術開發(fā)的重點。在低溫條件下，干餾速度快，焦油的收率就高。具有催化功能的快速熱載體干餾技術可以根據(jù)具體需求調節(jié)氣、液產(chǎn)物組成，從而提高焦油產(chǎn)率，這一技術中具有催化功能的熱載體開發(fā)，以及熱載體催化活性在高溫下的穩(wěn)定性技術是關鍵。

（5）提高粉煤的利用?，F(xiàn)有的低溫干餾爐采用的煤料多為低階塊煤（15～80 mm），而目前機械化采煤的塊煤率約為20%～30%，這樣造成大量粉煤資源無法有效利用。氣態(tài)產(chǎn)物收集器、導氣墻和荒煤氣導出快速通道結構由于氣體阻力小、導出速度快和結構簡單合理等優(yōu)點將成為利用粉煤資源低溫干餾新的研發(fā)方向。

（6）低階煤低溫分級轉化技術。低階煤具有高化學反應性的特點，低階煤低溫干餾采油-干餾半焦低溫氣化制合成氣的分級轉化技術，低階煤低溫干餾采油-干餾半焦低溫加氫制甲烷-加氫制甲烷殘渣氣化制氫（氫循環(huán)制甲烷）的分級轉化技術[43]正在成為研發(fā)的熱點。

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