複製鏈接
請複製以下鏈接發送給好友

褐煤

鎖定
褐煤,又名柴煤(英文:Lignite (coal);brown coal ;wood coal),是煤化程度最低的礦產煤。一種介於泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。化學反應性強,在空氣中容易風化,不易儲存和運輸,燃燒時對空氣污染嚴重。但是由於優質煤幾乎被採空,褐煤已成為我國主要使用的,但由於褐煤的煤化程度太低,造成燃燒時會有大量的黑灰飄在空中,如果不經過洗煤處理和提煉,大量使用劣勢褐煤會導致我國霧霾問題日益嚴重。
中文名
褐煤
外文名
Lignite (coal);brown coal ;wood coal
別    名
柴煤
外    觀
棕黑色、無光澤
發熱量
23.0-27.2兆焦/公斤
密    度
1.1-1.2

褐煤物理性質

由於它富含揮發份,所以易於燃燒並冒煙。剖面上可以清楚地看出原來木質的痕跡(由裸子植物形成)。含有可溶於鹼液內的腐殖酸。含碳量60%~77%,密度約為1.1-1.2g/cm3,揮發成分大於40%。無膠質層厚度恆濕無灰基高位發熱量約為23.0-27.2兆焦/公斤(5500-6500千卡/公斤)。多呈褐色或褐黑色,相對密度1.2~1.45g/cm3
褐煤水分大(15-60%),揮發成分高(>40%),含遊離腐植酸。空氣中易風化碎裂,燃點低(270°左右)。儲存超過兩個月就易發火自燃,堆放高度不應超過兩米,決定了褐煤不適宜運輸。因此褐煤的市場也受到侷限。

褐煤乾燥方法

褐煤烘乾前後 褐煤烘乾前後
以空氣為乾燥介質的褐煤烘乾機在引風機的作用下與熱源行成對流加熱方式,使褐煤與高濕負壓進入烘乾機內進行傳質、傳熱交換。濕褐煤以攪動分散粉碎褐煤的運行方式緩緩振動向前移動並排出烘乾滾筒,完成乾燥褐煤過程。乾燥後的褐煤主要用於發電廠的燃料,也可作化工原料、催化劑載體、吸附劑、淨化污水和回收金屬等。
褐煤脱水工藝通常可以分為蒸發乾燥和非蒸發脱水兩類。褐煤乾燥技術具體分為以下六類:
(1)轉筒乾燥技術——轉筒乾燥的核心是一個略帶傾斜並能迴轉的圓筒體,筒體的傾斜度可以調節,範圍一般為2o~10o;按照濕物料和熱載體的接觸方式,工業中開發利用的褐煤轉筒乾燥裝置主要有直接加熱轉筒乾燥器、迴轉管式乾燥器和蒸汽管間接加熱轉筒乾燥器。
(2)帶式乾燥技術——褐煤由進料端經加料裝置被均勻分佈到輸送帶上,輸送帶通常用穿孔的不鏽鋼薄板製成,由電機經變速箱帶動,可以調速,最常用的乾燥介質是熱空氣或熱煙氣。
(3)氣流乾燥技術——氣流乾燥也稱為“瞬間乾燥”,是流態化稀相輸送在乾燥方面的應用;按照乾燥介質和操作温度的不同,氣流乾燥可分為直管式和牀混式兩種。
(4)流化牀乾燥技術——工業上開發應用的褐煤流化牀乾燥設備主要是以過熱蒸汽或空氣作為流化介質(或乾燥介質),並且流化牀內部帶有換熱器;褐煤流化牀乾燥技術主要包括過熱蒸汽流化牀乾燥技術和蒸汽-空氣聯合乾燥技術。
(5)振動乾燥技術——振動乾燥是利用機械振動實現固體顆粒在乾燥器中流動,並同時在乾燥介質(如熱煙氣等)的作用下實現乾燥過程。褐煤振動乾燥設備主要有振動混流乾燥器和振動流化牀乾燥器。轉筒乾燥技術中的迴轉管幹燥技術是工業中應用最為成熟的褐煤脱水乾燥技術。
(6)K-燃料技術——最為一項非蒸發式乾燥技術,該項技術利用原煤與蒸汽在提質裝置中直接接觸,通過調節時間、温度和壓力三個要素,將原煤中的水分以液態水的方式脱除,在“擠”出煤中水分的同時,改變煤的孔隙結構及親水性能,提升低階煤的品質。在美國懷俄明州建設有年處理75萬噸的提質工廠。 [1] 

褐煤褐煤的熱解

煤的熱解是指將煤在惰性氣氛下持續加熱至較高温度時發生的一系列物理變化和化學反應的複雜過程,亦稱為熱分解或乾餾。煤熱解是煤加工轉化,如燃燒,氣化,液化等工藝中極為重要的中間過程。與其他煤轉化方法比,煤的熱解僅是一個熱加工過程,常壓操作,不用加氫,不用氧氣,即可實現煤的部分氣化和液化,製得煤氣和焦汕。與氣化或液化工藝過程相比,煤熱解工藝簡單,加工條件温和,投資少,生產成本低。
煤大分子中富碳少氫,熱解過程把煤中的氫富集到焦氣和煤氣中,同時得到富碳的半焦。

褐煤宏觀變化

煤料在隔絕空氣的條件下受熱時,隨着加熱温度的逐漸升高,水分首先從煤中析出;當温度達到350~400℃時,原來分散的煤粒(煉焦煤)開始形成膠質體,數量逐漸增多,後來又隨温度的升高逐漸固化成半焦;在半焦階段仍有大量氣體析出,以後半焦逐漸收縮,出現裂紋和碎裂,直到1000℃左右時成為焦炭。在高温熱解的過程中,煤由分散的煤粒變成塊狀的焦炭,其內部結構發生了很大變化,即煤在高温熱解時,主要是經過兩個過程;一是300~500℃之間的粘結過程;二是500℃以後半焦收縮、出現裂紋和破裂的成焦過程。

褐煤產物及用途

褐煤熱解後,所得產物為半焦、煤焦油及煤氣。其用途如下:
半焦
半焦是褐煤熱解提質的主要產品,半焦熱值高於原褐煤(一般高50%-80%)。其主要用在:
a.半焦制活性炭
熱解半焦揮發分低,雜原子少,微觀結構緻密,可用作生產低灰高強度活性炭的原料。
以褐煤為原料採用多段迴轉爐生產的半焦制活性炭。表明褐煤半焦能通過活化製取性能
較好的活性炭。
b.半焦作鐵合金還原劑
硅鐵、錳鐵、鉻鐵等合金的冶煉需要還原焦。以冶煉硅鐵為例,煉製每噸硅鐵需0.8~1t還原焦。質量高的還原焦要求有害雜質少、固定碳含量高、反應性大、比電阻大。灰成分中SiO2和Fe2O3是冶煉的有用成分,Al2O3和P(磷)是有害雜質,Al2O3影響鐵合金質量、增加電耗。鐵合金生產是高能耗產業,由於褐煤半焦比電阻高,反應活性好,在鐵合金生產上可以降低電耗,提高產品質量,實際生產數據表明使用半焦作還原劑,生產1t硅鐵可降低電500kW·h,硅鐵產量提高1.5%,多段迴轉爐熱解半焦具有低灰,低鋁、反應性高,比電阻大的特點,是優質的硅鐵用焦。
高爐噴吹煤粉可代替部分冶金焦,並有利於鍊鐵操作控制,提高生產效率。使用的噴吹料以無煙煤為主,曾有人對半焦作為噴吹料進行研究指出:低變質程度的煤經熱解加工後獲得的半焦在化學反應、機械破碎、燃燒性能等方面優於無煙煤。無煙煤的揮發分大多在5%~10%,與半焦揮發分(750℃熱解)相近,而半焦的着火點(300~400℃)一般低於無煙煤(470~560℃),且燃燒性能好。以往的研究表明,半焦可磨性係數均大於60,比一般無煙煤(30~50)更易磨碎。半焦在較低温度下很少有揮發物析出,無爆炸性,適宜制粉200目佔30%~40%)、儲存和運輸。
d.半焦作電石用焦
電石生產也是高耗能行業,它要求焦炭反應性好,比電阻高。生產實踐表明,半焦比冶金焦碎塊更適合作電石用焦,不僅能提高電石產品質量,同時還能降低電耗和降低電極糊耗量。
e.作氣化原料半焦的反應性大,呈塊狀時熱穩定性好,制粉時可磨性好,可用作固定牀或流化牀,氣流牀氣化原料,得到用户所需組成的合成氣。
f.作吸油劑
半焦的吸油速度快,吸油量大,可用於處理海洋浮油污染
g.作脱硝劑載體
半焦孔隙發達,作脱硝劑載體時具有較大的反應比表面積,脱硝效果好,並且脱硝後易
於進行燃燒處理。
h.作無煙燃料
焦揮發分低,燃燒性能好,可直接供鐵礦粉燒結、鍋爐、水泥窯、陶瓷窯等用,也可作民用和成型燃料生產。
i.作煉焦瘦化劑
半焦含碳量高,微觀結構強度大,煉焦時呈惰性,作瘦化劑能擴大煉焦煤資源、降低焦炭灰分、提高焦炭塊度和強度。

褐煤煤焦油及煤氣

作為煉焦過程中的一個重要化產回收產品,煤焦油是一個組分上萬種的複雜混合物,已從中分離並認定的單種化合物約500餘種,約佔煤焦油總量的55%,其中包括苯、二甲苯、萘等174種中性組分;酚、甲酚等63種酸性組分和113種鹼性組分。煤焦油中的很多化合物是塑料、合成纖維、合成橡膠、農藥、醫藥、耐高温材料及國防工業的貴重原料,也有一部分多環芳烴化合物是石油化工所不能生產和替代的。煤焦油主要用來加工生產輕油、酚油、萘油及改質瀝青等,再經深加工後製取苯、酚、萘、蒽等多種化工原料,產品數量眾多、用途十分廣泛。而固體熱載體法快速熱解煤氣為中熱值煤氣,可用作城市煤氣、工業燃料,也可以用作化工原料。 [2] 

褐煤各國產量

各國產量(單位:百萬噸) [3] 
國家
1970
1980
1990
2000
2001
德國
369.300
388.000
356.500
167.700
175.400
俄羅斯
127.000
141.000
137.300
86.400
83.200
美國
5.400
42.300
82.600
83.500
80.500
澳大利亞
24.200
32.900
46.000
65.000
67.800
希臘
8.100
23.200
51.700
63.300
67.000
印度
24
24
24
24
24
波蘭
32.800
36.900
67.600
61.300
59.500
土耳其
4.400
15.000
43.800
63.000
57.200
67.000
87.000
71.000
50.100
50.700
中華人民共和國
13.000
22.000
38.000
40.000
47.000
26.000
43.000
60.000
-
-
-
-
-
35.500
35.500
羅馬尼亞
14.100
27.100
33.500
17.900
29.800
朝鮮民主主義人民共和國
5.700
10.000
10.000
26.000
26.500
Total
804.000
1,028.000
1,214.000
877.400
894.800
德國格雷文布羅伊希附近的露天褐煤礦 德國格雷文布羅伊希附近的露天褐煤礦
主要用於發電廠的燃料,也可作化工原料、催化劑載體、吸附劑、淨化污水和回收金屬等。
通常有兩種:
(1)土狀褐煤(brown coal),質地疏鬆而較軟;
(2)暗色褐煤(lignite),質地緻密而較硬。可直接用作家庭燃料、工業熱源燃料及發電的燃料,也可用作氣化、低温乾餾等的原料。
在世界上的某些地方,把褐煤用作熱源燃料和化學制品及氣體與液體燃料的原料。在美國,最先在大平原北部(北達科他州、蒙大拿州東部、懷俄明州東北部和南達科他州的西北部)和墨西哥灣沿岸地區(亞拉巴馬州、阿肯色州、堪薩斯州、路易斯安那州、俄克拉荷馬州和得克薩斯州)以及太平洋沿岸諸州(加利福尼亞州俄勒岡州華盛頓州)發現了褐煤。
中國褐煤量只有2118億噸,與世界褐煤資源量(26229億噸)約佔世界煤炭資源總量(107539億噸)的24.4%相比,比例也很低,約佔全國煤炭總資源量的13%,主要分佈在內蒙古東部和雲南東部,東北和華南也有少量。
褐煤的燃燒值低,在3000大卡或以下。國內外最新的發展技術是褐煤乾燥,能夠將其燃燒值提高到4800 甚至6000大卡。
參考資料