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褐煤的利用摘要：褐煤在我国主要分布在内蒙古、云南和黑龙江等省。本文介绍了褐煤常见的几种直接利用方法：燃烧、热解、炼焦、液化、气化、提取褐煤蜡及生产褐煤腐植酸等，以及间接利用即脱水提质后的利用。指出：褐煤高效脱水提质处理，是实现褐煤洁净、高效、经济、大范围利用的关键。关键词褐煤；利用；脱水；提质中图分类号:TK227.1文献标识码:A1前言我国褐煤资源丰富，已探明的保有储量达1303亿t，占全国煤炭储量的13%弱,主要分布在东北、西北、西南、华北等地,集中在内蒙古、云南和黑龙江等省。因此，合理开发和充分利用褐煤资源，实现褐煤产业的可持续发展，对中国国民经济的可持续发展，保证国家能源安全具有很大意义。褐煤分年老褐煤和年轻揭煤，典型的褐煤埋藏几亿年(2.25-2.75亿年)才形成，多系侏罗纪、第三纪、第四纪煤。褐煤中腐植酸的芳香核的缩合程度比泥炭有所增加，含氧官能团开始下降，侧链的大小与数量也在减少，由于腐植酸的官能团相互作用，腐植酸开始转变为中性物质。当褐煤演变到烟煤阶段时，腐植酸已逐渐消失，含氧官能团大为减少，缩合芳香核则逐渐增大，从化学组成或从煤的结构方面都发生了较大变化。尤其在工艺性质方面褐煤的热值低于烟煤，褐煤无粘结性，而烟煤则有良好的粘结性。因此，褐煤属于劣质煤，煤化程度浅，水分含量高(一般为30－65%)，热值低(一般为5.45MJ/kg-14.65MJ/kg)，灰分高，易松碎不易储存,易于自燃,煤粉容易爆炸等。褐煤的用途较为广泛,目前工业利用的途径可分为直接利用和间接利用。直接利用即含有高水分的褐煤不经脱水而进行利用，主要有：燃烧、热解、炼焦、液化、气化、提取褐煤蜡及生产褐煤腐植酸等。而间接利用即将褐煤经脱水或干燥，脱除大部分水后，使其热值得到极大提高，性能接近烟煤后的利用。2褐煤直接利用2.1褐煤燃烧发电燃烧是褐煤直接利用最常见的方法。由于褐煤通常含有较高的水分,不便于远距离运输,所以世界各国生产的褐煤主要用于坑口电站燃烧发电。其燃烧过程可以分为干燥、干馏、挥发分燃烧和半焦燃烧四个阶段。褐煤燃烧的最终产物是二氧化碳、水、少量硫和氮的氧化物及灰渣。褐煤直接燃烧不但浪费了大量能源、资金及设备,还严重污染了环境。燃烧产物中含有粉尘、硫氧化物、氮氧化物、烃和一氧化碳等有害气体,这些物质大量排放到大气中会造成粉尘污染和气体污染。2.2褐煤热解和炼焦褐煤热解(干馏)是指在隔绝空气(惰性气体或氢气存在)的条件下将褐煤加热,最终得到热解煤气、焦油、酚类产品、焦炭或半焦产品的加工过程。褐煤的低温干馏是在惰性气体中进行的,目的是减少二氧化硫的排放量,其产品有半焦、干馏煤气和低温煤焦油。低温干馏的优点如下:(1)操作条件温和(常压和中等温度);(2)不需要氧气、氢气及昂贵的催化剂;(3)对原料煤无严格要求;(4)设备简单;(5)技术简单;(6)基建投资少。我国曾开发的以褐煤为原料干馏生产煤气、焦油和半焦的低温热解干馏工艺，是将褐煤压制成型煤再干馏生产型焦。由于其成型压力高，动力消耗大，对成型机材质要求高，成型部件磨损快，型焦强度低于冶金焦，成本高等原因，至今未能投入工业化生产。褐煤炼焦是将褐煤按其炼焦的要求首先加工成炼焦型煤后，经高温炼焦炉，通过干燥降水至2%-3%后，经炭化室炭化成焦，得到产品工业焦和粗煤气。2.3制造型煤型煤是用一种或数种煤粉与一定比例的粘结剂或固硫剂在一定压力下加工形成的，具有一定形状和一定理化性能的煤炭产品。工业层燃锅炉和工业窑炉燃用型煤和烧原煤相比，能显著提高热效率、减少燃煤污染物排放。型煤是适合于中国国情，应重点推广的洁净煤技术之一。利用国际上先进的褐煤成型理论和成型机械，将褐煤破碎到8mm以下，其中2mm以下比例要大于50%，通过干燥，再添加一定量的成型添加剂，根据不同的应用需要，选择不同的形状及尺寸，经成型机成型，形成褐煤型煤制品。成型后的褐煤型煤其发热量可提高2－3倍，水分可降至20%以下，抗碎强度大大提高，做为工业和民用方便使用的能源和燃料，其经济效益将大大提高。目前，我国的型煤技术不仅可以做到“固硫”、“清洁”、“高效”、“快速点燃”、“型煤代焦”，而且可以控制型煤的燃烧性能（如控制燃烧温度、速度等），以及改善型煤的结渣性、结焦性、反应活性、热稳定性等特性。年青褐煤的无黏结剂高压成型已获得了成功，并已达到了大型工业化生产的规模。但对高水（一般30％以上，要求小于14%）、高挥发份、低发热量的褐煤，如何制型煤，在加工过程中如何进行“改质”，使其能够满足不同用途的需要，特别是含水分过高的原料煤制成的型煤如何进行干燥，是我们面临的新课题。2004年初，锡盟与北京大唐发电股份有限公司达成合作意向，共同进行褐煤脱水干燥试验；2005年8月，澳大利亚亚太钢铁煤炭公司拟在锡盟建设褐煤精加工转化精煤项目，将其具有世界先进水平的低质褐煤精深加工专利技术和设备投入到项目建设及生产当中，提高褐煤精加工的技术水平。但至今尚无突破性进展。2.4褐煤液化褐煤液化是通过化学方法将固体煤转变成液体产品,主要工艺有直接液化和间接液化。褐煤液化是高效、洁净利用煤炭,增加液体燃料油来源,发展煤化工,解决煤炭直接燃烧污染的重要途径。直接液化是在适当温度、压力等条件下,借催化剂作用,将褐煤加氢裂解成液体烃类,并生成少量气体,同时脱除氧、氮和硫等杂原子的过程,又称加氢液化。其工艺包括:原料煤干燥、破碎、制备煤浆、加氢液化、固液分离、净化气体、分离液态产物、分馏液态产物、精制加工以及将残渣气化制取氢气等过程。褐煤直接液化的产品是优质汽油、喷气柴油、柴油、芳烃和炭素化工原料,并副产燃料气、液化石油气、硫磺和氨等。间接液化是先将褐煤气化为合成气(CO+H2),再以合成气为原料通过费托合成(F-T合成)生产出液体燃料和化学品的过程。间接液化工艺包括:造气单元、F-T合成单元、分离单元、后加工提质单元等,其核心是合成反应单元。煤炭高温间接液化工艺的产品以汽油和轻烯烃为主,经提质加工后可得到高质量的汽油;煤炭低温间接液化工艺的产品以链状烃为主,主要为煤油、柴油并含有一定量的石脑油和石蜡。褐煤直接液化与低温间接液化法相比,从投资规模看,前者投资少,后者投资高;从柴油馏分产物的性质看,前者直链烃少,环烷烃及芳烃含量高,十六烷值低,凝点较低,硫、氮等杂质含量较高,后者则以链烷烃组分为主,十六烷值过剩,不含硫、氮等杂质,但凝点较高。两者的柴油馏分均需经过较苛刻的加氢提质工艺,花费较大的代价才可生产出合格的柴油。20世纪80年代以来，中国煤炭科学研究总院、中国科学院山西煤炭化学研究所、华东理工大学、太原理工大学、鞍山热能研究院和中国矿业大学等单位从东北、华北、华东、西北和西南地区120多种年轻烟煤和褐煤中，在高压釜实验的基础上，选择了28种液化性能优良、又有足够储量的煤种进行了0.1吨/天装置的50多次连续试验，在此基础上优选出15种煤作为我国具有开发前途和工业化前景的候选煤炭资源。但目前没有相关褐煤液化工业应用的报道。2.5褐煤气化褐煤的气化是将煤与气化剂反应，使煤中的有机部分完全转化为煤气的过程，是对煤炭进行深加工的一个重要方法，是洁净煤的关键技术之一。其反应工艺以褐煤为原料,以氧气(包括空气、富氧和纯氧)和水蒸气(或二氧化碳、氢气)为气化介质,通过最低度的氧化(不同于燃烧),将煤中所含的碳、氢转化为一氧化碳、氢气和甲烷等有效成分。该工艺过程褐煤先经闸斗仓进入干燥管，焙干后直接引入气化炉，而冷却后的湿气经过净化后，被送入备有锅炉的联合循环厂。这一工艺不仅显著降低成本，还通过联合循环提高效率并减少二氧化碳排放量。褐煤气化可生产城市煤气、管道煤气、氨、尿素、甲醇和烃类的中间产物等。煤炭气化比直接燃烧具有更大的优越性:燃烧稳定,无环境污染;便于输送、洁净,原料的组成和投料量都容易调节控制;简化了生产工艺和设备。沈阳东北煤气设计研究所曾对胜利煤田内煤芯煤样进行试验，结果表明该区5、6号褐煤层化学反应性较好，常压下950℃时已达90%以上，热稳定性在33.7%～35%之间，属中等，可磨性系数为34～70，水分产率较高在12%左右，灰分为14.81%～19.11%，属中低等，灰熔融性在1202～1235℃之间，可作为固态排灰加压气化制取煤气的较好原料。2004年锡盟曾与香港协鑫（集团）控股有限公司签定协议，同意其在多伦县西大仓煤田原6万吨/年小井工矿的基础上，搞地下气化工程，先期建设年产3万吨二甲醚化工厂。但至今尚无突破性进展。2.6制取褐煤蜡和生产褐煤腐植酸褐煤蜡是指褐煤经有机溶剂抽提所得的抽提物。提取的褐煤蜡是制造涂料、油漆、橡胶添加剂、润滑油和高级蜡纸的原料。褐煤含有丰富的原生腐植酸和采出后经风化、氧化而增加的次生腐植酸。腐植酸是一种具有弱酸性的胶体物质与金属离子合金属氢氧化物反应生成的络合物和蟹合物，能进行水解、磺化、缩合反应且有生力活性。因此腐植酸被广泛应用于工业、农业、畜牧养殖和医疗保健等诸多方面，并取得可观的经济效益和社会效益。但由于其用量较少，且仅适用于含蜡量较高的褐煤，因此对解决褐煤的大宗利用来说，作用有限。3褐煤脱水提质后的利用褐煤的脱水提质有干燥法和液态脱水法。干燥法即传统干燥，采用烟道气或饱和蒸汽对高含水褐煤直接或间接加热，使褐煤中的水分以蒸气的形式气态移除，常用方法有管式（转鼓）干燥，流化床蒸汽干燥、带内部热循环的流化床蒸汽干燥、蒸汽空气联合干燥等，该技术目前较为成熟；而液态脱水即在一定的温度下，通过机械压力，使添加了微量添加剂的褐煤中的水分以液态形式被移除。一定温度和添加剂的存在使得煤中的内水更容易被“挤出”。相对于干燥脱水，液态脱水法脱水效率高，单位产品能耗更低，并且电厂的余热被有效的利用到该工艺过程中，使发电厂排放的二氧化碳等有害气体得以控制，极大的显现出其技术和经济效益。从利用的角度来说，由于褐煤脱水提质后一般并不改变其化学组成及性质，所以，传统煤种的利用方法对于褐煤，根据其自身的特点都能够适用。褐煤脱水提质技术显著地提高了褐煤的商业机会，提质后褐煤的潜在市场包括：①新一代环保的褐煤发电站的理想技术,最容易控制燃煤污染排放的技术；②火力发电厂可与现有的煤种混合燃烧，提高热能的利用，降低能耗；③分解二氧化碳，减少温室气体排放；④在坑口电站建造和运行大规模的褐煤脱水提质工厂可以成为带动经济新的增长点，和发展新型洁净能源；⑤燃煤电厂以褐煤提质技术与“GCT”技术结合，可方便实施烟气脱硫、脱碳、脱氮、脱汞等环保项目；⑥把褐煤转变为经济的、安全运输的产品，创造了高附加值煤产品的出口机会。提质煤的其他用途由液态脱水提质流程生产的具有一定尺寸的型煤，如果在脱水提质前加入特定添加剂，还可以作为焦炭生产提供原料。另外还提供了多种与研究进程相关的途径，如燃烧发电，引导提质煤超临界锅炉与新型流化床技术联机的发电技术，气化被用作制氢产品、合成煤气非常低成本的原料，液化冷干煤转化为石油的生产原料，其他焦煤和活性碳的优质原料等。总之，高水分褐煤经脱水提质后，提高了发热值，解决了褐煤难以远距离运输的利用瓶颈问题，可以极大地拓宽褐煤的利用场合和范围。2008年８月，神华宝日希勒褐煤提质项目在内蒙古自治区陈巴尔虎旗正式开工建设，此项目的建设将使内蒙古东北地区丰富的低热值褐煤得到高效、清洁利用。该项目采用褐煤干燥脱水、无粘结剂高压成型技术，将低热值褐煤转变成高热值洁净型煤，使褐煤得到高效利用，利于节能减排。4结束语我国的褐煤资源主要用于直接发电，但由于褐煤的高含水率，使得发电锅炉燃烧热能利用效率低下，同时，高含水率大大提高了褐煤的运输成本，限制了在其它地区的使用，如伊敏矿区褐煤几乎全部作为坑口电站燃料。而褐煤的其它利用途径，也由于其高含水率也仅仅停留在试验调试阶段，褐煤的高水分是褐煤经济、洁净、大范围利用的最大瓶颈。因此，褐煤高效脱水提质处理，为发电、气化、液化、焦化等方面高效洁净的加工利用提供条件，是实现褐煤洁净、高效、经济、大范围利用的关键。参考文献[1]戴和武,谢可玉.褐煤利用技术[M].北京:煤炭工业出版社,1999.[2]徐永圻．采矿学[M]．徐