煤炭低溫乾餾

又稱低溫熱解。指煤在隔絕空氣的低溫(500～700℃)條件下的乾餾過程。在此溫度下，煤受熱分解轉化為固態的半焦、液態的焦油和水、氣態的煤氣3種狀態的產物。用於低溫乾餾的原料種類較多，以低煤化度煤為主，包括褐煤和高揮發分煙煤，無粘結性到有粘結性的煙煤均可使用。泥炭、油頁岩、腐泥煤、殘植煤等亦可作為低溫乾餾的原料。各種原料性質和組成上的差別(例如水分、揮發分、氧含量、煤岩組成和粒度等)以及加熱方式、溫度、速度和設備等的不同，導致主要產物的產率、組成和性質亦有很大的差異，並直接影響到主要產物的利用和進一步加工。

基本介紹

• 中文名：煤炭低溫乾餾
• 外文名：low-temperature pyrolysis of coal 
• 別稱：低溫熱解
• 出現時間：1792年
• 乾餾爐：外熱式、內熱式和內外並熱式
• 溫度範圍：500～700℃

發展簡史

煤炭低溫乾餾是一種古老的技術。早在1792年，在英國伯明漢附近，建立起小型乾餾裝置，以生產煤氣用於照明為目的。19世紀初葉，為代替木炭作為冶金燃料和家庭無煙燃料，促進了低溫乾餾技術和生產的發展，同時從低溫焦油中提取染料、藥物和有機化工原料亦有一定市場，出售焦油和半焦要比直接賣煤更為有利。第一次世界大戰後，由於液體和氣體燃料需求增加，在20世紀20～30年代，各種低溫乾餾工藝有上百種之多。歐洲由於適合低溫乾餾的褐煤和高揮發分煙煤資源豐富，石油和天然氣資源相對貧乏，工業基礎雄厚和化學工業發達，促使低溫乾餾有較快的發展。1927～1939年期間，先後有4座低溫乾餾廠在德國投產，到1938年的褐煤用量約1250萬t。在第二次世界大戰期間，德國將低溫焦油加氫精制和裂化成高級液體燃料和航空汽油，以適應戰爭需要。到20世紀50年代前，世界上建立起不同規模低溫乾餾工業的國家，還有英國、波蘭、捷克、蘇聯、美國、加拿大、日本、中國和紐西蘭等。1941年日本在遼寧錦西設計建設煤低溫乾餾生產裝置，1944年建成投入運行，1949年後，中國恢復和新建了多種低溫乾餾裝置，1959年低溫焦油產量達5.5萬t。由於油頁岩資源在世界各地有廣泛分布，油頁岩乾餾曾實現過工業化，英國蘇格蘭，瑞典，愛沙尼亞等國均曾建立起年處理能力超過百萬噸的油頁岩乾餾廠，中國遼寧撫順和廣東茂名均建有大型油頁岩乾餾廠。20世紀50年代後期，隨著中東廉價石油和天然氣大量開採，歐洲傳統低溫乾餾工業因缺乏競爭力，絕大多數相繼轉煉天然原油或倒閉。中國開發了大慶油田後，煤低溫乾餾工業亦相繼停產和轉煉天然石油。1973年出現中東石油危機以來，世界主要工業化國家又紛紛重視和加快了新一代煤低溫乾餾技術的研究和開發，例如快速熱解和快速氫化熱解技術等。但由於石油價格仍然較低，低溫焦油還缺乏與天然原油相競爭的優勢。同時低溫焦油和半焦的深度加工和利用方式還有待於完善，新一代煤低溫乾餾技術尚處於中試和放大示範裝置階段。

乾餾過程

煤炭乾餾實質上是煤的熱分解過程。煤受熱到100～105℃溫度時，首先乾燥脫水，放出大部分的外在水分; 當溫度增至200～250℃時，位於芳核的側鏈上不穩定的含氧功能團開始分解，放出二氧化碳和部分化合水; 到300～350℃時分解加劇，有揮發物產生，主要是一氧化碳、硫化氫、氣態烴類和焦油蒸氣; 當達到500～600℃左右，焦油生成量通常達到最高值，隨著受熱溫度的增高，煤的熱分解增強，煤氣增多，半焦減少，焦油亦會產生再次分解，密度增高，焦油產率隨之下降。

原料種類

煤炭低溫乾餾主要目的在於獲得焦油，而焦油產率很大程度上取決於原料煤的性質和種類。原料煤中含氧量愈高，化合水生成量增多，而焦油產率隨原料煤中H/C原子比增高而增大。選擇高含油率的煤種和資源是發展低溫乾餾工業的基礎和取得較好經濟效益的重要因素。各類原料煤的焦油產率變化很大，高的有達20%～30%，但一般到10%左右就有工業利用價值。含油率較高的還有腐泥煤、殘植煤和低灰油頁岩。

乾餾爐型

低溫乾餾爐有外熱式、內熱式和內外並熱式等，還可分為豎式、臥式、旋轉式以及連續生產和間歇生產等。外熱式低溫乾餾爐，煤料間接受熱，熱解速度受煤料塊度及傳熱效率影響大，單爐處理能力較小，但煤氣熱值高，焦油中粉塵雜質少，半焦質量和粒度易於調整。內熱式低溫乾餾爐內，煤料直接與被加熱的氣體或固體熱載體(焦粉、瓷球、砂子等)相接觸，煤料受熱均勻，傳熱傳質速度快，單爐處理能力大，焦油收率高，但焦油中雜質較多。現代低溫乾餾爐開發趨向是採用流態化或夾帶床的熱解反應器，可以是單段或多段串聯的，由爐內或爐外產生的氣體熱載體、固體熱載體以及氣一固體熱載體提供熱量，以提高焦油產率，擴大生產規模。

發展趨勢

煤炭低溫乾餾具有投資低、工藝簡單，原料來源廣等特點，仍然是煤轉化的重要方法之一。由於半焦是低溫乾餾產量最多的固體產物，半焦的灰分、熱值及其他性能決定半焦的不同用途。只有不斷開拓半焦新用途和市場，才能充分體現煤低溫乾餾的綜合利用和經濟效益。許多國家均在致力於發展和探索煤炭熱解與其他基礎工業 (半焦用於動力、氣化、冶金等)相結合的新利用模式。紐西蘭發展的高揮發分弱粘結煙煤熱解與直接還原鐵砂煉鐵新工藝即為一例，其特點是在專門設計的多層立式爐內，煤受熱分解出揮發分，噴入適量空氣使揮發分部分燃燒，使含鈦鐵礦砂乾燥並預熱，由多層立式爐排出的半焦與熱鐵礦砂在650℃條件下，送入1100℃迴轉窯內實現鐵礦砂還原，再經煉鐵與煉鋼，其生產規模已達年產鋼70萬t。該工藝充分反映煤炭熱解和直接還原煉鐵發展新趨勢。