煤炭加工及轉化過程關鍵環節——干燥脫水
我國能源稟賦條件“富煤、缺油、少氣”,煤炭占化石能源94%。在化石能源當中煤炭的地緣政治風險最低,同等熱值性價比最高,其安全保障性和經濟性最佳。石油、天然氣對外依存度分別達到>60%、>32%,這給我國能源安全帶來了一定風險。煤炭在今后較長時期內仍是我國主體能源,不容置疑,這是我國能源國情。煤炭的清潔利用是改變我國能源結構和保障國家能源安全重要手段,也是石油、天然氣的重要補充。因此,實現煤炭的清潔高效利用對我國至關重要。煤化工是實現煤炭清潔利用及轉化主要途徑之一,而水資源容量大,工藝廢水量大難處理或者處理成本高,又成為煤化工發展主要屏障之一。煤通過干燥脫水,不但能提高裝置效率和降低成本,而且可以回收水資源,降低廢水排放量,有效緩解煤化工發展制約水的問題。
煤的干燥
低階煤含水量比較高,尤其是褐煤高達30%-60%,不僅對煤的加工利用、轉化有很大影響,易風化、易自燃、發熱量低等也給煤的儲存運輸帶來很多問題。煤加工及轉化之前干燥脫水易被人們忽視或沒引起足夠的重視,如碎煤加壓熔渣氣化,煤分級分質利用中的熱解技術等,煤中水往往是造成工藝廢水量大、難處理主要原因,若達標回用或排放,既增加了投資和運行成本,又造成了氣化或熱解裝置效率低下。
干燥技術
煤的干燥,尤其是低階煤干燥最好采用低溫、無氧環境,因其揮發分較高,干燥時易形成爆炸環境,給生產帶來安全隱患。
以煤中水脫出形式,干燥可分為蒸發干燥和非蒸發干燥。蒸發干燥技術是將煤中的水以氣態形式除去,水的汽化潛熱大,因而耗能。非蒸發干燥則是將煤中的水以液態形式脫除,可節省水的汽化潛熱,因而耗能少。
從“安全、節能、環保、提質、回收水資源”角度講,非蒸發干燥要好于蒸發干燥。雖然有的蒸發干燥如德國WTA和DWT蒸汽流化床干燥技術等,也可做到了水蒸發潛熱和水資源回收利用,但畢竟還是消耗了大部分水的氣化潛熱。對煤的加工工藝性能改善不明顯,如強度、熱穩定性、成漿性、可磨性、水回吸性等。
非蒸發干燥技術
如比較成熟的美國K-燃料技術。6-80mm的粒度煤在特定高壓釜式處理器中,高壓的飽和蒸汽與煤直接接觸,干燥壓力、溫度可控,溫度最高不超過260℃(以防煤熱解),經一定時間,煤中的毛細孔結構和含氧親水基團遭到破壞,將煤中的水分以液態形式“擠”出。
其技術最大特點:
1、安全。低溫干燥脫水,煤沒有發生熱化學反應,并且又在無氧、蒸汽環境下進行;
2、節能。煤中的水是以液態形式“擠”出,節省了大量水氣化潛熱。若年處理游離水35%,降到10%的100萬噸煤來計算,年可節省25萬噸水的氣化潛熱;
3、減排。煤中的水在加工及轉化過程中,基本上變成了工藝廢水。若年處理游離水35%,降到10%的100萬噸煤來計算,年減排廢水25萬噸;
4、回收。被“擠”出來的煤中水,污染物比較少,經簡單處理便可回用于生產。若年處理游離水35%,降到10%的100萬噸煤來計算,年回收25萬噸水資源;
5、環保。干燥脫水是在低溫、高壓下進行,煤不會發生熱崩碎,并且又在蒸汽、密閉環境中進行,因此無粉塵產生;
6、提質。煤干燥脫水是在低溫、高壓、一定時間下進行的,煤中內部毛細孔倒塌、壓實及大量親水基團脫出(如脫羧、脫羥、脫硫、脫氮等),煤的疏水性能增加(避免了回吸水現象),該過程猶如煤的變質成巖過程(該干燥形式相當于加速了煤的變質成巖過程)。水分每降低1%,煤的發熱量就會增加70大卡,非蒸發干燥煤中水分可降低10%以下;煤的強度、熱穩定性、成漿性、可磨性等工藝性能也將大幅度提升;煤中的有害元素S和重金屬也會得到有效脫除。并且煤中的有效成分如揮發分、固定碳沒有遭到破壞及年輕煤特有的化學活性沒有改變。這種提質程度,其它干燥技術是很難做得到的。
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