褐煤

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褐煤(Lignite)

目录

什么是褐煤[1]

  褐煤是未经过成岩阶段,没有或很少经过变质过程的煤,外观呈褐色或褐黑色,含碳量比较低、挥发分高、不粘结、易燃烧。

  褐煤多作发电燃料,也可作气化原料和锅炉燃料,有的可用来制造磺化煤或活性碳,有的可作提取褐煤蜡的原料。

褐煤的特征组分及性质[2]

  褐煤大多数无光泽,真密度在1.10~1.40g/cm3之间,水分高达30%~60%,挥发分高,燃点低,不粘结,易风化变质,含原生腐植酸,含氧高,化学反应性强,热稳定性差。原生腐植酸是褐煤区别于其它煤种的主要特征组分。

  煤中能溶于稀苛性碱和焦磷酸钠溶液的多种缩合酸性基的高分子化合物即为腐植酸。腐植酸可分为原生腐植酸和次生腐植酸。成煤过程中形成的腐植酸为原生腐植酸,煤经氧化(包括风化)形成的腐植酸为次生腐植酸。

  腐植酸是动植物遗骸(主要是植物的遗骸)经微生物分解、转化,以及地球化学的一系列过程造成和积累起来的一类有机物质。最有希望开发利用的腐植酸资源是泥炭、褐煤和风化煤,腐植酸含量达10%~80%。

  褐煤的含氧量较高,一般为15%~30%,且大部分以含氧官能团的形式存在,只有少量氧在煤的大分子结构中成为杂环氧。含氧官能团以酚羟基为主,其次是羟基和羰基,甲氧基很少,这些基团有随碳含量增加而降低的趋势。褐煤是一种反应性较高的煤类,能与许多化学试剂反应,生成新的物质。

褐煤的加工利用[2]

  1.初级加工

  褐煤是一种易风化自燃、发热量低、含水量高的年轻煤种,经过初级加工,有利于运输贮存,以及满足各燃料、原料用户的质量要求。褐煤初级加工包括筛分、洗选、成型等。

  (1)褐煤的分选

  褐煤分选时,通常采用干法和湿法两种工艺。一般来讲褐煤属较难选煤。由于褐煤质地比较松软,尤其是煤化度极低的土状褐煤遇水易泥化,这会给选煤过程带来很多的困难,因此褐煤在采用湿法分选时,首先应该避开易泥化的褐煤。在实际应用中,多采用干法分选工艺,例如唐山神州机械有限公司开发的FGX复合干法选煤工艺和中国工程院院士陈清如开发的空气重介干法选煤工艺都特别适合褐煤洗选。干法分选工艺的特点是投产快、处理能力大、成本低,而且选煤不用水,特适合干旱缺水地区。

  (2)褐煤的成型

  褐煤成型主要分为无粘结剂成型和有粘结剂成型两大类。年轻褐煤无粘结剂成型技术比较成熟,已实现了工业化大规模生产

  褐煤无粘结剂成型工艺一般需经过原煤的破碎和筛分、干燥、冷却、压制成型等过程。

  褐煤有粘结剂成型工艺主要是针对煤化度高的褐煤,粘结剂的种类有粘土、腐植酸、生物质、淀粉、沥青等。

  2.褐煤的深加工

  褐煤的深加工利用方法主要有气化、液化(直接液化和间接液化)和干馏(热解)。

  (1)褐煤的气化

  煤炭气化是指在一定温度、压力下,用气化剂对煤进行热化学加工,将固体煤转变为煤气的过程。对所产煤气进一步加工,可制得其它气体、液体燃烧料或化工产品。煤炭气化技术是洁净、高效利用煤炭的重要技术之一。它是煤炭化工合成、煤炭直接/间接液化、LGCC技术、燃料电池等高新洁净煤利用技术的先导性技术和核心技术。煤炭气化技术有固定床、流化床与气流床三种主要形式。目前气化工艺的研发集中于提高气化压力、提高气化炉容量、扩大煤种适应性、环境友好、提高碳转化率和提高气化效率和液态排渣等。

  褐煤是化学活性非常好的煤种,比较容易气化,褐煤气化技术已经非常成熟,褐煤气化厂广泛分布于许多国家。气化技术已经非常成熟,褐煤气化厂广泛分布于许多国家。

  (2)褐煤液化

  ①褐煤的间接液化。煤的间接液化是指先将煤气化产生合成气(CO+H2),再以合成气为原料合成液体燃料或化学品的过程。在液化的合成过程中,根据所选用的催化剂以及反应条件的不同,最终的产品可以是石蜡、烯烃类化合物或醇类(特别是甲醇)。目前煤的间接液化技术除了在南非早已商业化发展的改良F-T合成工厂外,目前还开发出了甲醇转变成优质汽油的Mobil法。随着合成反应器的改进和合成复合催化剂的研制成功,使合成气直接合成汽油的一段和二段新的工艺技术,简化了工艺过程,降低了产品成本

  我国开发的MFT技术是将F-T合成的复杂产物直接通过具有特殊作用的分子筛催化剂进行改质,使产品分布由原来的C1~C40缩小到C1~C11,汽油馏分由原来的30%左右提高到70%,且含有较多的芳烃与环烷烃,辛烷值有较大提高,产物中重质烃类和含氧化合物的含量很少。目前还未利用该项技术建成商业化生产厂。

  ②褐煤的直接液化。煤炭直接液化是指在适当的温度、压力等反应条件下,在催化剂的作用下,将煤炭直接加氢裂解成液体烃类,并生成少量气体,脱除氮、氧和硫等杂原子的深度转化过程,又称加氢液化。适合直接液化的原料煤为碳含量65~85% ,H / C原子比大于0.8 、挥发分含量大于40%、活性组分含量90%左右、镜质煤反射率R_max小于0.7~0.9、灰分低于10%的煤。褐煤碳含量相对于烟煤而言较低, H/C 比较高,且其结构单元中有较多的羧基、氧桥、羰基和亚甲基,具有较高的液化活性,是比较容易直接液化的煤种。

  经对我国褐煤液化性能的实验室初步评选,结果表明,云南先锋褐煤和沈阳褐煤都是比较理想的直接液化原料煤。此外,内蒙东胜、红旗矿褐煤,山东龙口梁家矿褐煤,以及扎赉诺尔低灰褐煤也是适合直接液化的原料煤。

  (3)褐煤干馏

  褐煤干馏(热解)是指在隔绝空气(或在惰性气体、或在氢气存在)的条件下将褐煤加热,最终可得到热解煤气、焦油或酚类产品、半焦产品的加工方法。对于褐煤,按加热的温度主要可分为低温(550~600℃)干馏和中温(700~800℃)干馏。褐煤干馏产出的煤气产品可以作为燃料气和化工合成气,焦油或酚类可作化工原料,半焦是良好的炭质还原剂和无烟燃料。

  (4)腐植酸制品

  褐煤用稀碱溶液萃取出的物质中,扣除沥青和矿物质的那一部分即为腐植酸,它由溶于水的黄腐酸、溶于乙醇等有机溶剂的棕腐酸和只溶于碱的黑腐酸组成。

  利用褐煤生产的腐植酸产品类型很多,目前已成功用于生产的产品包括:硝基腐植酸、硝基腐植酸铵、硝基腐植酸钾、腐植酸钠、磺甲基腐植酸钠、腐植酸钾、黄腐酸、黄腐酸铁、腐西酸复混肥等。

  褐煤腐植酸还可以生产钻井液添加剂、陶瓷用腐植酸钠、混凝土减水剂、蓄电池阴极膨胀剂、锅炉防垢剂等。磺化褐煤是褐煤腐植酸的衍生物,是褐煤在磺化剂、适当温度等条件下合成制得的,其外观性状为棕黑色粉末,是一种廉价、高效的钻井泥浆处理剂。主要用于石油、地质勘探钻井,在钻井泥浆中具有明显的降滤失和抑制降粘作用。

  (5)褐煤蜡

  用有机溶剂萃取富含蜡的褐煤,在溶剂沸点下所得到的复杂化合物的混合物为粗褐煤蜡。粗褐煤蜡脱除部分树脂为脱脂蜡,再经过化学改性,则得到一系列浅色精制蜡制品,其化学组成主要是树脂和酯蜡等,其中树脂含量约。酯蜡中为长链的饱和脂肪羧酸(C16~C36)和长链的脂肪族醇(C10~C21)的单酯,常用于制造对颜色要求不高的上光蜡、鞋油地板蜡等。

我国的褐煤资源[3]

  1.中国褐煤资源的形成时代

  从中国褐煤的形成时代来看,以中生界侏罗纪和煤储量的比例最多,约占全国褐煤储量的80%,主要分布在内蒙古东部与东北三省紧密相连的东三盟地区。新生代第三纪褐煤资源约占全国褐煤储量的20%左右,主要赋存在云南省境内。四川、广东、广西、海南等省(区)也有少量第三纪褐煤,华东地区的第三纪褐煤主要分布在山东省境内,东北三省也有部分第三纪褐煤。在侏罗纪褐煤中极少有早中侏罗世褐煤,一般均属晚侏罗世纪褐煤。

  2.中国各大区褐煤资源的分布概况

  由煤田地质勘探资料表明,中国的褐煤资源主要分布在华北地区,约占全国褐煤地质储量的75%以上见表1。其中又以内蒙古东部地区赋存最多。西南区是中国仅次于华北区的第二大褐煤基地,其储量约占全国褐煤的12.5%,其中大部分分布在云南省境内。但西南区的褐煤几乎全部是第三纪较年轻褐煤,而华北区的褐煤则绝大多数为侏罗世的年老褐煤。东北、中南、西北和华东四大区褐煤资源的数量均较少。

表1 中国各大区褐煤储量分布
各大区名称华北东北华东中南西南西北
占全国峨眉储量/%77.84.71.32.012.51.7
占本区煤炭总储量/%16.219.52.67.615.82.9

参考文献

  1. 能源统计知识手册.国家统计局工交司编,2006年8月
  2. 2.0 2.1 初茉,李华民.褐煤的加工与利用技术[J].煤炭工程,2005(2)
  3. 赵振新,朱书全,马名杰,张恒,王路宁,颜淑娟,杜晓静.中国褐煤的综合优化利用[J].洁净煤技术,2008(1)
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