7 低变质煤低温快速热解制油气化关键技术研究

低变质煤低温快速热解制油/气化关键技术清华大学-天素投资节能减排联合研发中心2011年9月5日星期一报告内容纲要„研发中心简介„基于固体载热褐煤热解技术研究„现有研究工作基础及优势„相关项目案例一、研发中心简介„清华大学-天素投资节能减排联合研发中心（以下简称研发中心）由云南天素投资有限公司与清华大学共建，昆明阳光基业股份有限公司、北京热华能源科技有限公司、曲靖众一精细化工有限公司和北京天素阳光低碳技术有限公司等均为研发中心平台上的合作企业。„研发中心以资源环境研究组为核心，依托于清华大学热能工程系、工程力学系、环境学院部分骨干研究人员参与，并与北京交通大学、北京科技大学等院校合作。张衍国教授为中心主任，中心现有全职研发骨干教师、专业工程师、研发工程师近30人。二、基于固体载热褐煤热解技术研究„研究背景随着国民经济的快速发展，社会能源消费迅速增长，我国的能源储量结构为富煤、少气、贫油。表1我国近年来石油需求分析石油属于战略物资，关系到国家安全，我国石油资源相对缺乏，为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，其中煤炭热解、气化技术因为方法相对简单，投资较少，是有竞争力的方法。年份进口石油（亿吨）对外依存度20051.3643%2010251%~53%2020----＞60%二、基于固体载热褐煤热解技术研究„项目主要研究技术内容的国内外发展现状与趋势煤的热解技术早在十九世纪就得到了应用，国内外对褐煤、油页岩及泥炭的干馏研究已取得较多成果。70年代以来相继开发或扩展了美国的Toscoal、COED、Coalcon和Schroeder工艺，苏联的Etch-175粉煤快速热解工艺，德国的鲁奇鲁尔煤气（Lurgi-Ruhrgas）以及澳大利亚的CSIRO热解工艺等。主要气化技术包括移动床气化、流化床气化、气流床气化及地下气化。目前世界各地开发的主要技术包括移动床煤气化技术的UGI、Lurgi和BGL，流化床气化技术主要有Winkler、HTW、灰融聚和恩德炉技术，针对煤的不同特性，各技术存在不同程度的适应性。二、基于固体载热褐煤热解技术研究„国内现有技术基础我国从本世纪五十年代开始对煤干馏工艺进行开发和研究，建造了上吸式炉、水平铁甑等热解装置。80年代国内研究机构开展了以煤热解和循环流化床燃烧技术为主的半焦燃烧发电、干馏制煤气、热、焦油多联产系统。国内主要工艺有：大连理工大学进行了辐射炉快速热解工艺。中国科学院山西煤化所进行了固体热载体快速热解试验和评价。华东理工大学进行了固定床加氢热解的实验研究。北京煤化所开发了MRF热解工艺。90年代以来清华大学在多年来在该方面的研究成果及实验基础上，大胆创新，提出全新的基于固体载热的低变质煤干馏-气化联合工艺。原煤干燥系统流化床干馏系统干煤油、气煤气焦油净煤气补燃/调温系统空气烟气气化系统氧气蒸汽排渣煤气提升系统图1低变质煤低温快速热解制油/气化工艺流程图二、基于固体载热褐煤热解技术研究三、现有研究工作基础及优势„清华大学热能工程系在流化床、移动床和下行床热解方面拥有了较好的前期工作基础。近两年来，针对褐煤低温干馏，研发中心进行了大量研究工作和工艺开发，在低变质煤深加工的基础实验研究及工程设计方面均取得一定成果，对核心设备进行了研发、设计，对关键运行参数进行了模拟实验研究，已经申请了2项发明专利、1项实用新型专利。„研发中心与云南曲靖众一精细化工股份有限公司紧密合作，正在进行120万吨/年低变质煤低温快速热解制油示范工程。„目前研发中心在清华大学热能工程系设计建造了两个实验平台，对低变质煤的低温快速热解技术分别进行实验研究。其实验流程图及照片如下所示。三、现有研究工作基础及优势图2低变质煤低温快速热解小实验台流程图图3低变质煤低温快速热解小实验台照片三、现有研究工作基础及优势三、现有研究工作基础及优势„实验介绍：在该试验台上，可进行固定床及流化床两种反应器的干馏实验，在流化床试验中，我们采用一定粒度的石英作为床料，氮气作为流化气体，其中对云南陆良煤样实验结果如下。反应终温℃半焦产率%（收到基）油气总收率wt%45063.329.6848062.9110.0950057.6215.3852054.5818.4255055.5617.21表2流化床干馏反应终温实验三、现有研究工作基础及优势„小结：在该试验台上，进行陆良褐煤干馏实验，实验结果显示，该煤样昀佳反应温度为520℃，反应停留时间为10min。表3流化床干馏停留时间实验停留时间/min半焦产率%（收到基）油气总收率wt%555.4118.891052.6820.721553.0919.21RT:0.21-79.9710203040506070Time(min)0102030405060708090100RelativeAbundance8.0011.6337.6638.0616.0120.7024.9332.8855.5160.8549.7565.7940.1270.4173.305.59NL:1.08E8TICF:MSrnx-110818三、现有研究工作基础及优势图4流化床干馏焦油产品分析苯类1.79酚类32.4萘类7.37烃类48.36其他10.08三、现有研究工作基础及优势图5低变质煤低温快速热解工业实验装置流程图„技术优势1）低温快速热解-气化联合工艺和系统，系统的燃料适应性好，尤其适用于褐煤、油页岩和泥炭等劣质、低变质煤，充分提高低变质煤的经济附加值。2）以半焦燃烧为系统热源，以固体半焦为热载体，成本低、油气产品中不含外部杂质。3）采用以煤气为介质的流化床低温热解，热解速度远远高于移动床，油收率昀高，煤气热值高，利于后利用。4）提出完整的热解、气化及后利用的工艺体系，实现劣质煤炭的梯级利用。四、相关项目案例„工程背景曲靖众一精细化工股份有限公司是国内一家以焦炉煤气综合利用及煤焦油深加工的精细化工企业。该企业新建120万吨/年低变质煤深加工及资源利用项目，在原来以煤焦油、煤气为原料的精细化工路线基础上，开发低变质煤深加工及资源综合利用的产业结构链，是企业今后发展的需求，符合国家能源替代、节能减排、资源综合利用的产业政策。该项目预计2012年投产，主工艺装置的工艺包由研发中心提供。四、相关项目案例„工艺简介120万吨/年低变质煤深加工项目以褐煤为原料，干馏后的部分半焦为燃料，主要产品为半焦、煤气、焦油。装置包括：原料煤的筛分、破碎、存储装置；干燥装置；干馏装置（含干馏、燃烧、补燃、冷焦、热回收）；成品半焦的贮运。本系统采用固体热载体流化床快速干馏工艺，利用产品煤气作为流化介质、燃烧床内吸热的含灰半焦作为热载体，进入干馏床加热干燥后的褐煤。燃烧床内为欠氧状态，部分半焦在床内被烧掉，为整个系统运行提供所需要的热量，其余半焦吸热升温作为热载体。燃烧床出来的含可燃成分的烟气进入补燃装置燃烬，同时，产生蒸汽供园区使用，降温的烟气进入干燥装置作为干燥热源。图6120万吨/年褐煤热解系统流程图四、相关项目案例„主要技术经济指标序号项目名称单位数量1原料褐煤kt/a12002半焦kt/a3703低温焦油kt/a674煤气亿Nm3/a1.1表4120万吨/年褐煤干馏项目主要参数小结„随着能源日益紧缺，资源的高效利用已迫在眉睫。„研发中心致力于低变质煤的深加工、梯级利用技术的研发，进行了大量实验研究，目前已经取得一定成果。„研发中心正在开发基于低变质煤梯级利用的热、电、煤气、焦油及半焦的多联产工艺。„衷心盼望与相关单位合作，共同为我国能源的高效利用做出贡献。