低阶煤热解与兰炭生产工艺研究进展

低阶煤热解与兰炭生产工艺研究进展

郭长亮

新疆圣雄电石有限公司  838100

摘要：低阶煤易燃、挥发性强，如果直接燃烧，其潜在价值很难充分发挥。热解技术的应用，可以依照低阶煤在不同转化时期出现的反应和特点，将兰炭生产工作高效完成。在气化活性层面，与焦炭、无烟煤相比，兰炭展现出的优点较多，若与无烟煤混合，在高炉喷吹中使用，对粉煤喷雾性能的增强有促进作用，有助于高炉生产稳定性和安全性的提升。兰炭的灰分低、化学活性高，属于新型碳材料，现已经成为专家学者的研究中重点。对此，围绕低阶煤热解与兰炭生产工艺，对二者的研究进展做出深入分析。

关键词：低阶煤热解；兰炭生产工艺；研究进展

引言

在社会经济建设进程的深入推进下，对煤炭的需求量逐渐增大。低阶煤的挥发分含量高，反应性与可燃性良好。鉴于低阶煤的性质特殊，通常会采取直接燃烧的办法，但这种方式无法低阶煤的潜力充分挖掘。考虑到低阶煤具有低热值、氢浓度高等特点，研究人员找到了能让低阶煤高效运用的热解技术，通过对热解过程的合理控制，可以将低阶煤转化成兰炭，在提取时，有固定的碳含量产生，对低阶煤利用率的提升有积极影响。

1低阶煤热解工艺研究进展

结合相关研究得知，我国近年来的煤储量一直保持上升趋势，其中，2021年煤炭产量为41.3亿吨，比上年增长5.7%，消费量42.3亿吨，增长4.6%，煤炭消费占一次能源消费总量的比重为56.0%，其中低阶煤所占比例高达50%以上，褐煤最为常见。因为高等级煤的持续开采与消耗，低阶煤已经成为行业的研究重点。由于低阶煤存在高灰分等特点，导致大规模使用受限。但低阶煤具备高氢碳和高氧等特征，使得热解成为低阶煤高效利用的绝佳方式。通过利用热解工艺，可以形成焦炭、天然气等产品[1]。

热解共分为三个阶段，（1）温度上升到573K，完成脱水、脱气干燥，反应过程简单，现状不会发生太大改变；（2）温度上升到873K，此过程会发生活性解聚、分解现象，在半阶段结束，会有气体、焦油产生，最终成为焦炭；（3）温度上升到1273K，此阶段属于半阶段，煤炭会成为焦炭。在后续阶段，挥发性物质会通过热解，以小分子的形式存在，冷凝一半的抗焦炭，使之形成焦炭。

2兰炭生产工艺研究进展

2.1 DG工艺研究进展

此工艺属于干馏热解工艺，最早由大连理工大学开发，载热体为固体，焦炭粒径不超过6mm，对热烟道气合理应用，温度控制在823K，在提升管中干燥，之后送到分离器中，对气体进行分类存储。在对剩余原煤处理期间，需要在热解反应器中完成后，在与热半焦均匀混合的前提下完成热解。在此过程中，应该将温度把控在823K～923K。利用冷却处理的办法处理热解获取的部分半焦，从而得到兰炭。

DG工艺展现出的优点较多，能够通过持续加工，使之成为附加值较高的产品，促进焦油收率的提高。并且会生成高热值干馏气体。工艺在使用过程中，不会对环境造成太大污染，也不会产生大量废水，不需要生产纯氧。但此工艺在具体运用期间，气体和固体分离过程相对繁琐，半焦炭颗粒和焦油出现冷凝的概率大[2]。

2.2 鲁奇三段炉工艺研究进展

与DG工艺不同，此种工艺通常将气体当成载热体，先压碎处理好原料煤。粒径保持在20mm～80mm，送到炉子干燥区域，燃烧煤炭，保证热量使用充分。对于中间部分，热解的温度需要适当提高，最好在773K～1123K，通过气体燃烧的方式提供热量。经过冷却，部分气体会成为焦油，还有一部分会成为热源，继续循环应用[3]。

鲁奇三段炉工艺在应用过程中，可以具备大生产的能力，促进高碳转化率的提高。但工艺的应用会产生大量焦油以及苯酚，如果要实现绿色环保目标，需要投入大量经济成本。

2.3 陕北SH低温干馏工艺研究进展

此工艺是由神木县三江煤化工有限公司开发，在对鲁奇三级熔炉充分运用前提下，依照国内外立式熔炉的优点，同时遵循本地区的实际情况，开发出的一种工艺。此工艺由三部分组成，煤颗粒在干燥区干燥后会进入干馏区，温度在1023k左右，干馏之后进入冷却区，形成兰炭。

这种工艺在生产过程中，焦炭废水会被消耗，具有良好的密封性。并且有效量大，自动化以及生产能力能够达到理想状态，设备结构不复杂，操作简单，可能为后续的设备维护提供便利。

2.4 ATP热解工艺研究进展

该工艺在运用过程中，热载体是页岩灰，在具体开发期间，能够对固体热解发放。卧式旋转炉是此工艺的核心，主要由四部分组成，分别为燃烧、干馏、预热以及冷却。对原煤粉进行压碎处理，粒度控制在12mm以下，之后进入ATP反应器，在1123k的温度条件下进行热解，使之成为半焦炭、焦油、气体或者其他产品。在此阶段，热量与高温陶瓷球的热载体有一定关联，产品冷却后，会排放出去，同时会在油回收装置中收集，获得焦油。

此工艺在实际应用过程中，可以快速对烟气进行处理，对酸性气体也能快速处理，整个过程科学且高效，能满足当前绿色环保的要求。在该工艺的支持下，低阶煤的利用率会整体提升，具备良好的处理能力，能够获得较为可观的经济效益与生态效益。但工艺也有很多缺点，诸如处理水平很难达到设计要求，设备的体积庞大，为后续维护和保养带来难度。

结束语：

综合而言，兰炭具有低灰分、高固定碳等特征，是当前一种新型焦炭，可以代替粉煤使用。在本文研究中，对低阶煤热解与兰炭生产工艺研究进展进行重点分析，研究了不同的生产工艺，并对每种工艺的优缺点进行详细说明。结合研究情况分析，这种类型的工艺技术存在较多问题，诸如焦油分离难度大、兰炭破碎性不强等，影响了喷煤设备。对此，应该加强对生产设施的优化，提升兰炭产品品质。

参考文献：

[1]张治，康宏君，张建胜，张瑞霞.低阶煤热解与兰炭生产工艺的相关研究[J].内蒙古煤炭经济，2021(07)：42-43.

[2]孙丁武，赵杰，田朋军，宋涛涛，王睿哲，朱佛代，苟倩誌.低阶煤低温干馏工艺及兰炭应用的研究[J].广州化工，2021，49(06)：106-108.

[3]宁晓钧，党晗，张建良，王广伟，张楠，岳怀忠.低阶煤热解与兰炭生产工艺研究进展[J].钢铁，2021，56(01)：1-11.