韩海涛 邹继军

（1.新汶矿业集团有限责任公司化工管理处 山东 新泰 271221；2.内蒙古鲁新能源开发有限责任公司 内蒙古 锡林郭勒盟 026321）

褐煤的化学加工途径主要有热解（中低温干馏）、气化及液化三种，下面对三种工艺简要介绍一下。

1 褐煤热解

褐煤热解是指在隔绝空气(或在惰性气体中，或在氢气存在)条件下将褐煤加热，最终可得到热解煤气、焦油或酚类产品、焦炭或半焦产品的加工方法。热解加工使质量低、用途窄的褐煤可得到如酚类化合物、优质民用或工业用燃气、褐煤半焦等多种用途广泛的产品，大大提高了褐煤的资源利用效率。

1.1 褐煤新法热解

褐煤新法干馏又称固体热载体快速热分解法，它是由大连工学院研究，解决了褐煤不直接燃烧。其方法是用半焦作热载体，温度在625－720℃，原煤粒度 0.6－2.5mm，经过干燥、脱水、并预热到 120－150℃，焦煤比为 3∶8，干馏温度为 500－590℃。焦油产率为6.0－8.5%，即每吨干燥煤可得焦油60－85kg，轻油产率达 0.8－1.5%(主要成分是 C5－C8 的链烃)。每吨干煤煤气产率为40－117m3。煤气成分中可燃成分占70%，热值为18.84－20.93MJ/m3，是很好的城市煤气。各项指标达到了国外水平。

采用这种方法热解褐煤得到的粉末状半焦易于磨细，并作为高炉炼铁的喷吹燃料；低灰分的增焦经进一步加工可以得到碳分子筛，也可替代价格昂贵的活性炭用于处理各类污水；半焦还可直接作为水泥窑炉的燃料或发电锅炉燃料等。

联邦德国L－R(Lurgi-Ruhrgs)新法干馏工艺，用褐煤和烟煤作原料日处理原料量达到1600吨，低温干馏温度为450－750℃，煤气热值较高，可以回收汽油，半焦产率约为60%以上。

1.2 褐煤低温热解

褐煤作低温热解的目的是减少二氧化硫的排放量。在惰性气氛中进行低温热解，产品有半焦、煤气和低温煤焦油。在半焦中仍含有适量的挥发分，硫含量也比原煤低，而且活性高，燃烧性能良好。可作配焦煤用，扩大炼焦煤资源。煤气可作燃料气或制氢的原料气。低温煤焦油经过加氢处理可制取液体燃料和化工原料。低温热解和其它煤化工工艺(气化、液化、高温炼焦)相比较具有下列优点：

1）操作条件温和(常压、中等温度)；

2）不需要氧气或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）技术不复杂；

6）基建投资少，适合产褐煤矿区。

若低温热解与火电厂联合经营，将动力煤先行低温热解，回收出一部分气体和液体产品，然后把剩余半焦送发电厂供锅炉燃烧发电，在资源利用和经济上都十分有利。

2 褐煤气化

将褐煤加工成气体燃料的过程称作为褐煤的气化。气化不同于热解，热解仅能将煤本身的不到10%作为副产品变为不同数量的可燃气体混合物，而气化则将煤中全部碳都转化为气态。褐煤气化比直接燃烧具有更大的优越性，因为气态燃料燃烧稳定，无环境污染，便于输送、净化，原料的组成和投料量都容易调节控制，有利于简化生产工艺和设备。此外，气态原料特别适于非均相催化的化工合成过程。褐煤气化所得灰渣可以制造水泥、砖、绝热材料、吸音板、复合肥料、土壤改良剂、硅酸盐、在混凝土中作粘结剂等。

如果褐煤的含油率低，低温热解所得半焦质量差，那么这种褐煤只宜作为直接气化的原料，因为褐煤的反应能力强，有利于气化。气化用褐煤的主要指标是Ad＜30%，St＜2.5%，块度20－75mm，灰分熔点1250℃。褐煤直接气化可以生产含CO+H2的合成煤气，以进一步制造合成氨、合成甲醇及尿素等。用褐煤直接气化一般3－4吨原料即可生产一吨氨，而如果用褐煤半焦则需用9－11吨原煤。

从原理上讲，现有的固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法都可用于褐煤气化，但在选择气化方法时应综合考虑褐煤的产地、地质年代、褐煤的性质、煤气用途和原有技术水平等因素。年老褐煤的机械强度较高，不易风化，热稳定性好，结渣性好和灰熔点(ST大于1250℃)较高，可以选择固定床气化法。年轻褐煤的机械强度差，热稳定性差，灰熔点双较低，可采用常压所流床气化法。当要求气化炉容量很大时，则可以考虑加压气流床气化。从大型化和有效利用褐煤的角度来看，采用加压气流床气化法处理褐煤应该是一个优先考虑的技术途径。对于活性、灰熔点较高，机械强度、热稳定性较差的褐煤，可以采用流化床气化法。

我国用得最多的是固定床气化，固定床按工艺特性不同分为常压固定床气化和加压固定床气化。褐煤常压固定床气化工艺存在气化效率低、规模小、煤种适应范围窄、气化能力低、运行成本高等问题。国内新建的褐煤气化工艺大多采用加压固定床气化工艺，这是因为加压固定床气化工艺有以下优点：①煤气化反应速度快，气化强度高，设备少，管道尺寸小，降低了单位产品煤气的材料消耗，从而减少投资；②降低煤气压缩能耗；③对于生产城市煤气来说，提高压力可提高煤气中的CH4含量，提高煤气热值；④提高气化压力可降低入炉煤的粒度，减少粗煤气中的煤尘带出物。

近年来，国内外学者对褐煤的气化进行了大量的研究，提出了温和气化技术，该技术相对传统的、条件比较苛刻的煤气化而言，转化条件比较温和、投资和生产成本较低的低温气化技术。温和气化褐煤可多得到焦油和煤气产品，其焦油蒸馏温度低，经加工后可直接用于替代或混合于燃料油用。但是温和气化是煤的部分气化和液化过程，必然伴随产生大量固体半焦产品。固体半焦除了在钢铁企业作为高炉喷吹原料外，用途极少，这阻碍了温和气化技术的发展。针对这些问题，昆明理工大学和清华大学提出了温和气化和热半焦连续高温气化的分级气化工艺，其核心是以流化床形式组织气化工艺流程。

分级气化的流程为：原料煤首先进入低温气化器，在400－600℃温度下完成温和气化；在低温气化器中产生的热半焦从底部经非机械阀门进入燃烧提升段，汇合来至高温气化器的高温焦一起被空气边提升边燃烧加热至1000℃以上。在提升段顶端分离器内，靠重力气固两相得到分离；其中高温烟气去旋风分离器进一步分离，焦粉返回提升管，较干净的高温烟气去往余热锅炉回收余热产出蒸汽；分离出的、热容增大后的高温固体焦粒分别流向低温气化器和高温气化器提供气化所需热量，高温气化器温度约为800－900℃。高温焦与流化介质水蒸汽能够产生旺盛的水煤气反应，生成主要含H2+CO的合成气；低温气化器由于温度较低，水煤气反应差，主要进行煤的热反应，产生热煤气和焦油。分级气化可得到焦油、烃类气体、合成气和中热值煤气。

3 褐煤液化

褐煤液化是通过化学加工方法将固体煤转变为液体产品的技术，主要有直接液化和间接液化两技术。由于低灰分褐煤含无机杂质少，可使煤有机质最大限度地得到转化，可充分发挥设备利用效率，提高经济效益。由褐煤生产液体燃料是高效和洁净利用煤炭、增加液体燃料油来源、发展煤化工、解决煤炭污染的重要途径。

煤的液化性能主要取决于煤的分子结构、有机元素组成和煤岩组分含量，并且与煤灰成分有关。据D.W.van Krevelen.Coal(1993)提出的煤直接液化技术指标的一般要求是：镜质组最大反射率(Rmax)<0.85%；挥发分(Vdaf)>37.5%；氢含量(Hdaf)>5.2%；碳含量(Cdaf)<80%；H/C(原子比)>0.77；O/C(原子比)>0.1；镜质组/惰质组/稳定组：75/10/15；灰分(Ad)<7.5%；活性组分含量>90%。但在褐煤液化实际应用中，则要求有高的H/C原子比和较低的氧含量。

煤液化技术的开发经历了三个阶段：第一代直接液化技术是在20世纪30年代德国实现工业化，但煤液化反应条件较为苛刻，反应温度470℃，反应压力70MPa。随着催化剂、供氢溶剂及其重质化和固液分离技术的发展，相继开发了多种第二代煤直接液化工艺，如美国的氢—煤法、溶剂精炼煤法、供氢溶剂法及西德开发的德国新工艺。这些工艺均已完成大型中试，技术上具备建厂条件，但由于在经济上建设投资大，煤液化油生产成本高，目前尚未工业化。第二代煤直接液化工艺普遍缺点是：①反应选择性欠佳，气态烃多，耗氢高，成本高；②固液分离技术有所改进，但尚未根本解决；③催化剂不理想，铁催化剂活性不够好，钴—钼催化剂成本高等。为进一步改进和完善煤直接液化技术，降低液化油成本，改善工艺经济性，世界几大工业国正在继续研究开发第三代煤直接液化新工艺。新的液化工艺具有反应条件缓和，油收率高和油价相对低廉的特点。

3.1 直接液化

褐煤直接液化是在适当温度、压力等反应条件下，借催化剂作用，将其加氢裂解成液体烃类，并生成少量气体，脱除氮、氧和硫等杂原子的褐煤深度转化过程。煤的直接液化由原料煤干燥、破碎、煤浆制备、加氢液化、固液分离、气体净化处理、液态产物分馏、精制加工以及液残渣气化制取氢气等过程组成。通过煤的直接液化，不仅可以生产优质汽油、柴油、液化石油气、喷气燃料油、硫磺和氨，还可以提取苯、甲苯、二甲苯和炭素化工原料。褐煤直接液化工艺过程的热效率高达70%以上，是一先进的褐煤洁净利用技术。

褐煤直接液化的优点是反应性好，液化时所用的温度和压力均比用烟煤液化时低，对液化反应器的要求也不很苛刻，所产油的质量好，适于加工成汽油、柴油和其他化学产品。但它的缺点是含氧量高，液化时的耗氢量大。

3.1.1 德国煤液化IGOR工艺

德国矿业技术有限公司(DMT)在20世纪90年代初改进了原德国新工艺，形成了更先进的IGOR工艺。

IGOR工艺简要的工艺过程如下：煤与循环溶剂再加催化剂与氢一起依次进入煤浆预热器和煤浆反应器；反应后的物料进高温分离器实现重质物料与气体及轻质油蒸汽分离；高温分离器下部减压阀排出的重质物料经减压闪蒸分出残渣和闪蒸油，闪蒸油再通过高压泵打入系统与高温分离器分出的气体及轻油一起进入第一固定床反应器，在此进一步加氢后进入中温分离器；中温分离器分出的重质油作为循环溶剂，气体和轻质油蒸汽进入第二固定床反应器又一次加氢，再通过低温分离器分出提质后的轻油产品，气体再经循环氢压机加压后循环使用。

3.1.2 美国HT I催化两段煤直接液化工艺

HT I工艺主要特点：①采用近10年来开发的悬浮床反应器和HT I拥有专利的铁基催化剂；②反应条件比较温和，反应温度440℃－450℃，反应压力17MPa；③固液分离采用临界溶剂萃取的方法，从液化残渣中最大限度回收重质油，从而大幅度提高了液化油收率；④在高温分离器后面串联有在线加氢固定床反应器，对液化油进行加氢精制。

3.1.3 日本的NEDOL工艺

NEDOL工艺特点：①反应压力较低，为 17MPa－19MPa，反应温度455℃－465℃；②催化剂采用合成硫化铁或天然硫铁矿；③固液分离采用减压蒸馏的方法；④配煤浆用的循环溶剂单独加氢，以提高溶剂的供氢能力。

3.1.4 中国的煤直接液化技术

我国自1980年重新开展煤直接液化技术研究，其目的是由煤生产汽油、柴油等运输燃料及芳香烃等化工原料，主要由煤炭科学研究总院北京煤化所承担。经过近20年的努力，已建成具有先进水平的煤直接液化、油品提质加工和分析检验实验室；通过对中国上百个煤种进行的煤直接液化试验，选出了15种适合于液化的中国煤，液化油收率可达50%以上(无水无灰基煤)，并对4个煤种进行了煤直接液化的工艺条件研究；开发了高活性的煤直接液化催化剂；利用国产加氢催化剂，进行了煤液化油的提质加工研究，经加氢精制、加氢裂化和重整等工艺的组合，成功地将煤液化油加工成合格的汽油、柴油和航空油。

3.2 间接液化

煤的间接液化是以合成气(CO+H2)为原料合成液体燃料或化学品的过程。其中费托合成和甲醇转化成汽油的莫比尔两种间接液化工艺已实现产业化。

南非SASOL公司是世界上规模最大的采用F－T合成机理、以煤为原料生产合成油及化工产品的化工厂，目前年处理煤炭达47Mt，主要产品汽油、柴油、蜡、乙烯、丙烯、醛、酮等100多种，总产量达716Mt，目前汽油、柴油的产量约占总产量的60%。实现工业化生产的合成油技术还有荷兰Shell公司开发的SMDS技术和美国Mobil公司开发的MTG技术。

中国自20世纪80年代初恢复煤基合成液体燃料的研究开发以来，先后提出了将传统的F-T合成与沸石分子筛特殊形选作用相结合的固定床两段法合成 (简称MFT)和浆态床—固定床两段合成(简称SMFT)工艺，并完成了MFT工艺的小试、模试和百t/a级中试，取得了油收率较高、油品性能较好的结果，接着进行了2000t/a的工业性试验和SMFT工艺的模试，并对自主开发的两类催化剂分别进行了3000h的长周期运行，取得了令人满意的结果。