煤炭加工及转化过程关键环节——干燥脱水
我国能源禀赋条件“富煤、缺油、少气”,煤炭占化石能源94%。在化石能源当中煤炭的地缘政治风险最低,同等热值性价比最高,其安全保障性和经济性最佳。石油、天然气对外依存度分别达到>60%、>32%,这给我国能源安全带来了一定风险。煤炭在今后较长时期内仍是我国主体能源,不容置疑,这是我国能源国情。煤炭的清洁利用是改变我国能源结构和保障国家能源安全重要手段,也是石油、天然气的重要补充。因此,实现煤炭的清洁高效利用对我国至关重要。煤化工是实现煤炭清洁利用及转化主要途径之一,而水资源容量大,工艺废水量大难处理或者处理成本高,又成为煤化工发展主要屏障之一。煤通过干燥脱水,不但能提高装置效率和降低成本,而且可以回收水资源,降低废水排放量,有效缓解煤化工发展制约水的问题。
煤的干燥
低阶煤含水量比较高,尤其是褐煤高达30%-60%,不仅对煤的加工利用、转化有很大影响,易风化、易自燃、发热量低等也给煤的储存运输带来很多问题。煤加工及转化之前干燥脱水易被人们忽视或没引起足够的重视,如碎煤加压熔渣气化,煤分级分质利用中的热解技术等,煤中水往往是造成工艺废水量大、难处理主要原因,若达标回用或排放,既增加了投资和运行成本,又造成了气化或热解装置效率低下。
干燥技术
煤的干燥,尤其是低阶煤干燥最好采用低温、无氧环境,因其挥发分较高,干燥时易形成爆炸环境,给生产带来安全隐患。
以煤中水脱出形式,干燥可分为蒸发干燥和非蒸发干燥。蒸发干燥技术是将煤中的水以气态形式除去,水的汽化潜热大,因而耗能。非蒸发干燥则是将煤中的水以液态形式脱除,可节省水的汽化潜热,因而耗能少。
从“安全、节能、环保、提质、回收水资源”角度讲,非蒸发干燥要好于蒸发干燥。虽然有的蒸发干燥如德国WTA和DWT蒸汽流化床干燥技术等,也可做到了水蒸发潜热和水资源回收利用,但毕竟还是消耗了大部分水的气化潜热。对煤的加工工艺性能改善不明显,如强度、热稳定性、成浆性、可磨性、水回吸性等。
非蒸发干燥技术
如比较成熟的美国K-燃料技术。6-80mm的粒度煤在特定高压釜式处理器中,高压的饱和蒸汽与煤直接接触,干燥压力、温度可控,温度最高不超过260℃(以防煤热解),经一定时间,煤中的毛细孔结构和含氧亲水基团遭到破坏,将煤中的水分以液态形式“挤”出。
其技术最大特点:
1、安全。低温干燥脱水,煤没有发生热化学反应,并且又在无氧、蒸汽环境下进行;
2、节能。煤中的水是以液态形式“挤”出,节省了大量水气化潜热。若年处理游离水35%,降到10%的100万吨煤来计算,年可节省25万吨水的气化潜热;
3、减排。煤中的水在加工及转化过程中,基本上变成了工艺废水。若年处理游离水35%,降到10%的100万吨煤来计算,年减排废水25万吨;
4、回收。被“挤”出来的煤中水,污染物比较少,经简单处理便可回用于生产。若年处理游离水35%,降到10%的100万吨煤来计算,年回收25万吨水资源;
5、环保。干燥脱水是在低温、高压下进行,煤不会发生热崩碎,并且又在蒸汽、密闭环境中进行,因此无粉尘产生;
6、提质。煤干燥脱水是在低温、高压、一定时间下进行的,煤中内部毛细孔倒塌、压实及大量亲水基团脱出(如脱羧、脱羟、脱硫、脱氮等),煤的疏水性能增加(避免了回吸水现象),该过程犹如煤的变质成岩过程(该干燥形式相当于加速了煤的变质成岩过程)。水分每降低1%,煤的发热量就会增加70大卡,非蒸发干燥煤中水分可降低10%以下;煤的强度、热稳定性、成浆性、可磨性等工艺性能也将大幅度提升;煤中的有害元素S和重金属也会得到有效脱除。并且煤中的有效成分如挥发分、固定碳没有遭到破坏及年轻煤特有的化学活性没有改变。这种提质程度,其它干燥技术是很难做得到的。
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