褐煤

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褐煤(Lignite)

目錄

什麼是褐煤[1]

  褐煤是未經過成岩階段,沒有或很少經過變質過程的煤,外觀呈褐色或褐黑色,含碳量比較低、揮發分高、不粘結、易燃燒。

  褐煤多作發電燃料,也可作氣化原料和鍋爐燃料,有的可用來製造磺化煤或活性碳,有的可作提取褐煤蠟的原料。

褐煤的特征組分及性質[2]

  褐煤大多數無光澤,真密度在1.10~1.40g/cm3之間,水分高達30%~60%,揮發分高,燃點低,不粘結,易風化變質,含原生腐植酸,含氧高,化學反應性強,熱穩定性差。原生腐植酸是褐煤區別於其它煤種的主要特征組分。

  煤中能溶於稀苛性鹼和焦磷酸鈉溶液的多種縮合酸性基的高分子化合物即為腐植酸。腐植酸可分為原生腐植酸和次生腐植酸。成煤過程中形成的腐植酸為原生腐植酸,煤經氧化(包括風化)形成的腐植酸為次生腐植酸。

  腐植酸是動植物遺骸(主要是植物的遺骸)經微生物分解、轉化,以及地球化學的一系列過程造成和積累起來的一類有機物質。最有希望開發利用的腐植酸資源是泥炭、褐煤和風化煤,腐植酸含量達10%~80%。

  褐煤的含氧量較高,一般為15%~30%,且大部分以含氧官能團的形式存在,只有少量氧在煤的大分子結構中成為雜環氧。含氧官能團以酚羥基為主,其次是羥基和羰基,甲氧基很少,這些基團有隨碳含量增加而降低的趨勢。褐煤是一種反應性較高的煤類,能與許多化學試劑反應,生成新的物質。

褐煤的加工利用[2]

  1.初級加工

  褐煤是一種易風化自燃、發熱量低、含水量高的年輕煤種,經過初級加工,有利於運輸貯存,以及滿足各燃料、原料用戶的質量要求。褐煤初級加工包括篩分、洗選、成型等。

  (1)褐煤的分選

  褐煤分選時,通常採用乾法和濕法兩種工藝。一般來講褐煤屬較難選煤。由於褐煤質地比較鬆軟,尤其是煤化度極低的土狀褐煤遇水易泥化,這會給選煤過程帶來很多的困難,因此褐煤在採用濕法分選時,首先應該避開易泥化的褐煤。在實際應用中,多採用乾法分選工藝,例如唐山神州機械有限公司開發的FGX複合乾法選煤工藝和中國工程院院士陳清如開發的空氣重介乾法選煤工藝都特別適合褐煤洗選。乾法分選工藝的特點是投產快、處理能力大、成本低,而且選煤不用水,特適合乾旱缺水地區。

  (2)褐煤的成型

  褐煤成型主要分為無粘結劑成型和有粘結劑成型兩大類。年輕褐煤無粘結劑成型技術比較成熟,已實現了工業化大規模生產

  褐煤無粘結劑成型工藝一般需經過原煤的破碎和篩分、乾燥、冷卻、壓製成型等過程。

  褐煤有粘結劑成型工藝主要是針對煤化度高的褐煤,粘結劑的種類有粘土、腐植酸、生物質、澱粉、瀝青等。

  2.褐煤的深加工

  褐煤的深加工利用方法主要有氣化、液化(直接液化和間接液化)和乾餾(熱解)。

  (1)褐煤的氣化

  煤炭氣化是指在一定溫度、壓力下,用氣化劑對煤進行熱化學加工,將固體煤轉變為煤氣的過程。對所產煤氣進一步加工,可制得其它氣體、液體燃燒料或化工產品。煤炭氣化技術是潔凈、高效利用煤炭的重要技術之一。它是煤炭化工合成、煤炭直接/間接液化、LGCC技術、燃料電池等高新潔凈煤利用技術的先導性技術和核心技術。煤炭氣化技術有固定床、流化床與氣流床三種主要形式。目前氣化工藝的研發集中於提高氣化壓力、提高氣化爐容量、擴大煤種適應性、環境友好、提高碳轉化率和提高氣化效率和液態排渣等。

  褐煤是化學活性非常好的煤種,比較容易氣化,褐煤氣化技術已經非常成熟,褐煤氣化廠廣泛分佈於許多國家。氣化技術已經非常成熟,褐煤氣化廠廣泛分佈於許多國家。

  (2)褐煤液化

  ①褐煤的間接液化。煤的間接液化是指先將煤氣化產生合成氣(CO+H2),再以合成氣為原料合成液體燃料或化學品的過程。在液化的合成過程中,根據所選用的催化劑以及反應條件的不同,最終的產品可以是石蠟、烯烴類化合物或醇類(特別是甲醇)。目前煤的間接液化技術除了在南非早已商業化發展的改良F-T合成工廠外,目前還開發出了甲醇轉變成優質汽油的Mobil法。隨著合成反應器的改進和合成複合催化劑的研製成功,使合成氣直接合成汽油的一段和二段新的工藝技術,簡化了工藝過程,降低了產品成本

  我國開發的MFT技術是將F-T合成的複雜產物直接通過具有特殊作用的分子篩催化劑進行改質,使產品分佈由原來的C1~C40縮小到C1~C11,汽油餾分由原來的30%左右提高到70%,且含有較多的芳烴與環烷烴,辛烷值有較大提高,產物中重質烴類和含氧化合物的含量很少。目前還未利用該項技術建成商業化生產廠。

  ②褐煤的直接液化。煤炭直接液化是指在適當的溫度、壓力等反應條件下,在催化劑的作用下,將煤炭直接加氫裂解成液體烴類,並生成少量氣體,脫除氮、氧和硫等雜原子的深度轉化過程,又稱加氫液化。適合直接液化的原料煤為碳含量65~85% ,H / C原子比大於0.8 、揮發分含量大於40%、活性組分含量90%左右、鏡質煤反射率R_max小於0.7~0.9、灰分低於10%的煤。褐煤碳含量相對於煙煤而言較低, H/C 比較高,且其結構單元中有較多的羧基、氧橋、羰基和亞甲基,具有較高的液化活性,是比較容易直接液化的煤種。

  經對我國褐煤液化性能的實驗室初步評選,結果表明,雲南先鋒褐煤和沈陽褐煤都是比較理想的直接液化原料煤。此外,內蒙東勝、紅旗礦褐煤,山東龍口梁家礦褐煤,以及扎賚諾爾低灰褐煤也是適合直接液化的原料煤。

  (3)褐煤乾餾

  褐煤乾餾(熱解)是指在隔絕空氣(或在惰性氣體、或在氫氣存在)的條件下將褐煤加熱,最終可得到熱解煤氣、焦油或酚類產品、半焦產品的加工方法。對於褐煤,按加熱的溫度主要可分為低溫(550~600℃)乾餾和中溫(700~800℃)乾餾。褐煤乾餾產出的煤氣產品可以作為燃料氣和化工合成氣,焦油或酚類可作化工原料,半焦是良好的炭質還原劑和無煙燃料。

  (4)腐植酸製品

  褐煤用稀鹼溶液萃取出的物質中,扣除瀝青和礦物質的那一部分即為腐植酸,它由溶於水的黃腐酸、溶於乙醇等有機溶劑的棕腐酸和只溶於鹼的黑腐酸組成。

  利用褐煤生產的腐植酸產品類型很多,目前已成功用於生產的產品包括:硝基腐植酸、硝基腐植酸銨、硝基腐植酸鉀、腐植酸鈉、磺甲基腐植酸鈉、腐植酸鉀、黃腐酸、黃腐酸鐵、腐西酸復混肥等。

  褐煤腐植酸還可以生產鑽井液添加劑、陶瓷用腐植酸鈉、混凝土減水劑、蓄電池陰極膨脹劑、鍋爐防垢劑等。磺化褐煤是褐煤腐植酸的衍生物,是褐煤在磺化劑、適當溫度等條件下合成制得的,其外觀性狀為棕黑色粉末,是一種廉價、高效的鑽井泥漿處理劑。主要用於石油、地質勘探鑽井,在鑽井泥漿中具有明顯的降濾失和抑制降粘作用。

  (5)褐煤蠟

  用有機溶劑萃取富含蠟的褐煤,在溶劑沸點下所得到的複雜化合物的混合物為粗褐煤蠟。粗褐煤蠟脫除部分樹脂為脫脂蠟,再經過化學改性,則得到一系列淺色精製蠟製品,其化學組成主要是樹脂和酯蠟等,其中樹脂含量約。酯蠟中為長鏈的飽和脂肪羧酸(C16~C36)和長鏈的脂肪族醇(C10~C21)的單酯,常用於製造對顏色要求不高的上光蠟、鞋油地板蠟等。

我國的褐煤資源[3]

  1.中國褐煤資源的形成時代

  從中國褐煤的形成時代來看,以中生界侏羅紀和煤儲量的比例最多,約占全國褐煤儲量的80%,主要分佈在內蒙古東部與東北三省緊密相連的東三盟地區。新生代第三紀褐煤資源約占全國褐煤儲量的20%左右,主要賦存在雲南省境內。四川、廣東、廣西、海南等省(區)也有少量第三紀褐煤,華東地區的第三紀褐煤主要分佈在山東省境內,東北三省也有部分第三紀褐煤。在侏羅紀褐煤中極少有早中侏羅世褐煤,一般均屬晚侏羅世紀褐煤。

  2.中國各大區褐煤資源的分佈概況

  由煤田地質勘探資料表明,中國的褐煤資源主要分佈在華北地區,約占全國褐煤地質儲量的75%以上見表1。其中又以內蒙古東部地區賦存最多。西南區是中國僅次於華北區的第二大褐煤基地,其儲量約占全國褐煤的12.5%,其中大部分分佈在雲南省境內。但西南區的褐煤幾乎全部是第三紀較年輕褐煤,而華北區的褐煤則絕大多數為侏羅世的年老褐煤。東北、中南、西北和華東四大區褐煤資源的數量均較少。

表1 中國各大區褐煤儲量分佈
各大區名稱華北東北華東中南西南西北
占全國峨眉儲量/%77.84.71.32.012.51.7
占本區煤炭總儲量/%16.219.52.67.615.82.9

參考文獻

  1. 能源統計知識手冊.國家統計局工交司編,2006年8月
  2. 2.0 2.1 初茉,李華民.褐煤的加工與利用技術[J].煤炭工程,2005(2)
  3. 趙振新,朱書全,馬名傑,張恆,王路寧,顏淑娟,杜曉靜.中國褐煤的綜合優化利用[J].潔凈煤技術,2008(1)
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