高溫焦化技術(shù)是一種最原始的生產(chǎn)液體的方法,烴類液體作為煉焦過程的副產(chǎn)品。由于高溫焦化過程生產(chǎn)的液體含量較低(<5%),且液化成本高,因此傳統(tǒng)的高溫焦化工藝不能滿足商業(yè)化生產(chǎn)液體燃料的需要。
溫和熱解也是一種焦化技術(shù),但操作條件相對不太苛刻。溫和熱解工藝包括:將煤加熱到450~650°C的高溫(高溫焦化工藝中的溫度高達950°C),在熱分解的過程中趕出原煤中的揮發(fā)性物質(zhì),在處理過程中,通過熱分解生成其它揮發(fā)性有機化合物。溫和熱解工藝中的液體燃料產(chǎn)量比高溫焦化工藝要高,但至多仍不超過總產(chǎn)量的15~20%。主要產(chǎn)物中降低了氫和雜原子的含量。美國在這一工藝的研究處于世界領(lǐng)先水平,主要是通過將煤中的氧以二氧化碳的形式脫除,并減少硫含量的途徑提高低階次煙煤和褐煤的性能,提高其發(fā)熱量。目前至少有一種液化工藝已經(jīng)達到半商業(yè)化生產(chǎn)的規(guī)模??紤]到這些技術(shù)對燃料加工所帶來的巨大市場前景,我們可以認為,盡管這些工藝的液體燃料產(chǎn)率較低,但它們必將對全球液體燃料的供應(yīng)產(chǎn)生重大的貢獻。
通過快速熱解的途徑可以獲得較高的液體燃料產(chǎn)率。這些工藝的操作溫度可達到1200°C,煤的停留時間大大縮短,至多為幾秒鐘。快速熱解工藝主要是為了生產(chǎn)化工原料而不是液體燃料,原因是從經(jīng)濟上講生產(chǎn)液體燃料是不合算的??焖贌峤夤に嚳赡苓€存在未解決的工程問題。
所有的熱解和焦化工藝都存在這樣一個缺點,如果原料煤中的氫含量提高到可蒸餾液體的程度時,殘留固體中的氫含量必須被減少。所生產(chǎn)的液體燃料的質(zhì)量仍然比較低,需要采取專門的處理措施來清除固體雜質(zhì)和水分。經(jīng)這樣處理后的液體產(chǎn)品可以摻合生產(chǎn)加熱燃料和固定式渦輪機用的燃料。如果原產(chǎn)品不混合來使用,或者被用作運輸燃料,仍需要進一步的處理。需要混合和傳統(tǒng)的精制加工使液體產(chǎn)品經(jīng)濟可行。但目前這一設(shè)想還沒有成功地付諸實施。
最近,人們的興趣集中在美國開發(fā)的煤的提質(zhì)加工工藝上。至少有三項技術(shù)已經(jīng)達到了中試規(guī)模。這些工藝的主要不同之處在于熱解反應(yīng)器的設(shè)計上。其中煤炭制取液體燃料(Liquids from Coal,LFC)工藝自1992年已經(jīng)投入商業(yè)化生產(chǎn)。F+ LFC工藝是由SGI國際公司研制的一種旨在改善煤炭性能的溫和熱解方法??缮a(chǎn)兩種可銷售產(chǎn)品:一種是被稱為"工藝衍生燃料"(process-derived fuel,PDF)的低硫、高熱值固體;另一種是被稱為"煤炭衍生液體"(coal-derived liquid,CDL)的烴類液體。PDF的產(chǎn)量遠遠大于CDL的產(chǎn)量。
煤炭被粉碎和篩選,然后在一個旋轉(zhuǎn)的篦式干燥器上被熱氣加熱。對這些固體原料的溫度控制非常重要,因為加熱的目的就是為了減少原料中的水分,而不能導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的改變,從而盡量把早期氣產(chǎn)率降為最低限度。被干燥后的煤隨后進入主旋轉(zhuǎn)篦式熱解器,被循環(huán)的高溫氣流加熱到540°C。此時,精確控制固體原料的加熱速度和停留時間至關(guān)重要,因為這些參數(shù)影響著產(chǎn)品性能。固體原料被從熱解器中排出之后,進行冷卻,然后經(jīng)過鈍化處理,其中包括經(jīng)過振動流化床,被含有固定氧含量的氣流處理。PDF產(chǎn)品經(jīng)過輕度的氧化之后便穩(wěn)定下來,避免了隨后發(fā)生自燃現(xiàn)象的危險。
離開熱解器的氣流被在一個急冷塔中冷卻,CDL冷凝,水分留在氣相中。經(jīng)過冷卻的大部分氣體被重新循環(huán)進入熱解器中,一部分氣體被在熱解燃燒器中進行燃燒,產(chǎn)生工藝過程所需要的熱量。剩余的氣體進入干燥燃燒器中被燃燒,加入干燥器的氣體循環(huán)過程中。氣體中的顆粒雜質(zhì)和硫氧化物被使用濕式滌氣方式從氣體循環(huán)過程中除去。滌氣器中吹掃液體被排到池中蒸發(fā)。
經(jīng)過適度氧化之后,生成的PDF產(chǎn)品是一種低硫反應(yīng)性燃料,適合用于粉煤噴吹燃燒鍋爐,因此將經(jīng)過鐵路運到各電站;另外生成的CDL性能相當(dāng)于6號燃料油,也被經(jīng)過鐵路運到燃料油銷售商。
(王瑗 整理)
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