1、褐煤的加工与利用技术褐煤的加工与利用技术3.1 前前 言言 褐煤是煤化程度最低的煤种褐煤是煤化程度最低的煤种,它是泥炭沉积后经脱水、压实转它是泥炭沉积后经脱水、压实转变为有机生物岩的初期产物变为有机生物岩的初期产物,因因外表呈褐色或暗褐色而得名。外表呈褐色或暗褐色而得名。我国褐煤资源主要形成于晚侏罗纪、早第三纪和晚第三纪。我国褐煤资源主要形成于晚侏罗纪、早第三纪和晚第三纪。晚第三纪褐煤多为土状褐煤晚第三纪褐煤多为土状褐煤,煤田零星分布在辽宁、山东、煤田零星分布在辽宁、山东、广西、广东、云南等省区广西、广东、云南等省区;晚侏罗纪褐煤则多为硬褐煤晚侏罗纪褐煤则多为硬褐煤,或称老年褐煤或称老年褐煤,
2、主要分布在我国主要分布在我国内蒙古自治区东部海拉尔含煤区霍林河盆地以及黑龙江三内蒙古自治区东部海拉尔含煤区霍林河盆地以及黑龙江三江江穆林河含煤区穆林河含煤区,这一地区是我国褐煤资源集中地区这一地区是我国褐煤资源集中地区,基本基本特点为埋藏浅特点为埋藏浅,煤层厚度大。煤层厚度大。褐煤是化学反应性最好的低煤阶褐煤是化学反应性最好的低煤阶,其最高内在水分其最高内在水分(MHC)、腐植、腐植酸、铝甑低温干馏焦油产率和苯萃取物酸、铝甑低温干馏焦油产率和苯萃取物(俗称褐煤蜡俗称褐煤蜡)产率等技产率等技术指标的高低术指标的高低,是决定褐煤合理利用和综合利用的重要参数。是决定褐煤合理利用和综合利用的重要参数。
3、我国的褐煤资源丰富我国的褐煤资源丰富,到到2002年底已探明的年底已探明的保有储量大约为保有储量大约为1 300亿亿t,其预测资源量亦其预测资源量亦近近2 000亿亿t。其中有。其中有3/4的褐煤分布在内蒙的褐煤分布在内蒙东部地区东部地区,其中著名的有其中著名的有胜利、霍林河、伊胜利、霍林河、伊敏、大雁、宝日希勒、扎赉诺尔和平庄敏、大雁、宝日希勒、扎赉诺尔和平庄等等矿区。矿区。我国褐煤资源分布的特点是我国褐煤资源分布的特点是:埋藏浅、煤层埋藏浅、煤层厚、储量大厚、储量大,多适合于露天开采多适合于露天开采,如如小龙潭小龙潭矿的煤层矿的煤层厚达厚达20100 m,最厚处可达最厚处可达200m,胜利
4、煤田的探明储量达胜利煤田的探明储量达150亿亿t。3.2 褐煤的特征组分及性质褐煤的特征组分及性质 褐煤大多数无光泽褐煤大多数无光泽,真密度在真密度在1.101.40g/cm3 之间之间,水分高达水分高达30%60%,挥发分高挥发分高,燃点低燃点低,不粘结不粘结,易风化变质易风化变质,含原生腐植酸含原生腐植酸,含氧高含氧高,化化学反应性强学反应性强,热稳定性差。热稳定性差。煤中能溶于稀苛性碱和焦磷酸钠溶液的多种缩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大分子化合物即为腐植酸：合酸性基的大分子化合物即为腐植酸：原生腐植酸：成煤过程中形成的腐植酸为原生腐原生腐植酸：成煤过程中形成的腐植酸
5、为原生腐植酸；原生腐植酸是褐煤区别于其它煤种的主要植酸；原生腐植酸是褐煤区别于其它煤种的主要特征组分。特征组分。次生腐植酸：煤经氧化次生腐植酸：煤经氧化(包括风化包括风化)形成的腐植酸为形成的腐植酸为次生腐植酸。次生腐植酸。已知基 需要换算的基 空气干燥基 ad 收到基 ar 干基 d 干燥无灰基daf 干燥无矿物质基dmmf 空气干燥基ad adarMM100100 adM100100)(100100adadAM)(100100adadMMM 收到基 ar aradMM100100 arM100100)(100100ararAM)(100100ararMMM 干基 d 100100adM 1
6、00100arM dA100100 dMM100100 干燥无灰基daf 100)(100adadAM 100)(100ararAM 100100dA ddMMA100100 干燥无矿物质基 dmmf 100)(100adadMMM 100)(100ararMMM 100100dMM ddAMM100100 煤分析各种基准之间的换算公式煤分析各种基准之间的换算公式 褐煤的煤质特征与其成煤时代密切相关；褐煤的煤质特征与其成煤时代密切相关；经统计经统计,全国生产矿区褐煤的煤层平均灰分全国生产矿区褐煤的煤层平均灰分(Ad)为为21.90%,其中以早、中侏罗世褐煤的灰分最其中以早、中侏罗世褐煤的灰分最
7、低低,平均仅平均仅10.55%,而早第三纪褐煤的平均而早第三纪褐煤的平均Ad则则高达高达23126%,两者相差两者相差1 倍以上。倍以上。不同时代的褐煤挥发分相差更大不同时代的褐煤挥发分相差更大,如全国褐如全国褐煤的平均挥发分煤的平均挥发分(Vdaf)为为45.21%,其中以其中以成成煤时代越迟的晚第三纪褐煤的挥发分最高煤时代越迟的晚第三纪褐煤的挥发分最高,平均为平均为55.92%,成煤时代越早的早、中侏罗成煤时代越早的早、中侏罗世褐煤的挥发分最低世褐煤的挥发分最低,平均平均38.60%。褐煤的纯煤发热量褐煤的纯煤发热量(Qgr,daf)也与成煤时代有关也与成煤时代有关,如全国褐煤的平均如全国
8、褐煤的平均Qgr,daf为为28.71 MJ/kg,其中以其中以早、中侏罗世褐煤的发热量最高早、中侏罗世褐煤的发热量最高,晚第三纪褐煤的晚第三纪褐煤的发热量最低发热量最低,分别为分别为28.54 MJ/kg 和和27.24MJ/kg。褐煤的水分褐煤的水分(M)也与成煤时代密切相关也与成煤时代密切相关,即以晚第即以晚第三纪褐煤的水分最高三纪褐煤的水分最高,侏罗纪褐煤的水分最低侏罗纪褐煤的水分最低,如如云南可保的晚第三纪褐煤的全水分云南可保的晚第三纪褐煤的全水分(Mt)平均高达平均高达4616%,昭通褐煤的水分可达昭通褐煤的水分可达50%以上以上,而内蒙古而内蒙古霍林河矿区的晚侏罗世褐煤的霍林河矿
9、区的晚侏罗世褐煤的Mt为为32.2%。我国褐煤腐植酸以晚第三纪的最高我国褐煤腐植酸以晚第三纪的最高,平均平均38.67%,早、中侏罗世的最低早、中侏罗世的最低,平均平均5.29%。煤的发热量有高位发热量（煤的发热量有高位发热量（high heat value，HHV）和低位发热量（和低位发热量（low heat value，LHV）之分。）之分。高位发热量是指每公斤煤完全燃烧后所产生的热量，高位发热量是指每公斤煤完全燃烧后所产生的热量，它包括了煤燃烧时，煤中水分所生成的水蒸气全部它包括了煤燃烧时，煤中水分所生成的水蒸气全部凝结成水所放出的热量。实际上，在燃烧设备中，凝结成水所放出的热量。实际上
10、，在燃烧设备中，煤燃烧后的排烟还具有一定的温度，煤中水分所生煤燃烧后的排烟还具有一定的温度，煤中水分所生成的水蒸气并不能凝结下来，此部分汽化潜热并不成的水蒸气并不能凝结下来，此部分汽化潜热并不能包括在煤的发热量中。能包括在煤的发热量中。从煤的高位发热量中扣除了这部分水蒸气的汽化潜从煤的高位发热量中扣除了这部分水蒸气的汽化潜热之后，所得到的煤的发热量称为煤的低位发热量。热之后，所得到的煤的发热量称为煤的低位发热量。用乙醇和苯混合物萃取褐煤可得沥青（蜡和焦用乙醇和苯混合物萃取褐煤可得沥青（蜡和焦油）；油）；萃取残渣用碱处理可得腐植酸；萃取残渣用碱处理可得腐植酸；褐煤的利用褐煤的利用 气化气化 液化
11、液化 干馏干馏 按加热的温度主要可分为低温按加热的温度主要可分为低温(550600)干馏和中干馏和中温温(700800)干馏。干馏。褐煤干馏产出的煤气产品可以褐煤干馏产出的煤气产品可以作为燃料气和化工合成气作为燃料气和化工合成气,焦油或酚类可作化工原料焦油或酚类可作化工原料,半半焦是良好的炭质还原剂和无烟燃料。焦是良好的炭质还原剂和无烟燃料。提取提取褐煤蜡褐煤蜡（酯蜡中为长链的饱和脂肪羧酸（酯蜡中为长链的饱和脂肪羧酸(C16C36)和长链的脂肪族醇和长链的脂肪族醇(C10C21)的单酯及腐植酸的单酯及腐植酸 制备水煤桨等制备水煤桨等褐煤蜡一种稀缺矿产，一种稀缺矿产，1897年德国最早开始从褐煤
12、中提取蜡，因此年德国最早开始从褐煤中提取蜡，因此在国外又称作蒙旦蜡在国外又称作蒙旦蜡(Montan Wax）。它是一种含有蜡，树）。它是一种含有蜡，树脂和地沥青的矿物蜡。脂和地沥青的矿物蜡。亦称蒙旦蜡。由含蜡质的煤（主要是褐煤或某些泥炭），经亦称蒙旦蜡。由含蜡质的煤（主要是褐煤或某些泥炭），经溶剂溶剂(苯、汽油等苯、汽油等)萃取得到的一种含有蜡、树脂和地沥青的萃取得到的一种含有蜡、树脂和地沥青的混合物。混合物。褐煤蜡的性质主要取决于原料、所采用的溶剂和萃取条件。褐煤蜡的性质主要取决于原料、所采用的溶剂和萃取条件。随地沥青含量的增加，其颜色由棕色至黑色。随地沥青含量的增加，其颜色由棕色至黑色。熔
13、点熔点7586，密度（，密度（20）0.981.03g/cm3。蜡的主要成。蜡的主要成分为：由分为：由C16C34酸和酸和 C24、C26、C30醇组成的蜡酯；长链脂肪醇组成的蜡酯；长链脂肪酸酸(C16C35)；脂肪醇；脂肪醇(C20C34)和烷烃和烷烃(C23C33)。树脂的成分。树脂的成分是树脂酸，少量甾醇和萜烯类物质。是树脂酸，少量甾醇和萜烯类物质。地沥青主要是聚合的、酯化的含氧树脂酸。粗蜡经氧化脱色等，地沥青主要是聚合的、酯化的含氧树脂酸。粗蜡经氧化脱色等，可得精制蜡。可得精制蜡。评价褐煤蜡质量的主要指标是熔点、密度、粘度、酸值、皂化评价褐煤蜡质量的主要指标是熔点、密度、粘度、酸值、皂
14、化值、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分和加热损失量等，值、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分和加热损失量等，中国已制定出国家标准测定方法。中国已制定出国家标准测定方法。褐煤蜡质地比较坚硬，熔点较高，耐酸，化学稳定性、光泽度、褐煤蜡质地比较坚硬，熔点较高，耐酸，化学稳定性、光泽度、电绝缘性均好，易溶于有机溶剂，能与石油蜡、硬脂酸等混合，电绝缘性均好，易溶于有机溶剂，能与石油蜡、硬脂酸等混合，无致癌作用。无致癌作用。广泛用作价格昂贵的天然动、植物蜡的代用品和补充品，如用广泛用作价格昂贵的天然动、植物蜡的代用品和补充品，如用于制复写纸、皮鞋油、地板蜡、上光蜡、金属擦光剂等，也用于制复写纸、皮鞋
15、油、地板蜡、上光蜡、金属擦光剂等，也用于熔模精密铸造用的中温模料以及皮革整理、电气绝缘等方面。于熔模精密铸造用的中温模料以及皮革整理、电气绝缘等方面。20世纪世纪80年代，世界上产褐煤蜡的国家，主要是民主德国、苏年代，世界上产褐煤蜡的国家，主要是民主德国、苏联和美国。精制蜡主要在联邦德国生产。中国在云南、吉林也联和美国。精制蜡主要在联邦德国生产。中国在云南、吉林也建有褐煤蜡工厂。建有褐煤蜡工厂。3.3 褐煤的成型 褐煤成型主要分为无粘结剂成型和有粘结褐煤成型主要分为无粘结剂成型和有粘结剂成型两大类。剂成型两大类。年轻褐煤无粘结剂成型技术比较成熟年轻褐煤无粘结剂成型技术比较成熟,已实现已实现了工
16、业化大规模生产。褐煤无粘结剂成型工艺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、一般需经过原煤的破碎和筛分、干燥、冷却、压制成型等过程压制成型等过程。褐煤有粘结剂成型工艺主要是针对煤化度高的褐煤有粘结剂成型工艺主要是针对煤化度高的褐煤褐煤,粘结剂的种类有粘土、腐植酸、生物质、粘结剂的种类有粘土、腐植酸、生物质、淀粉、沥青等。淀粉、沥青等。3.4 褐煤的干燥脱水褐煤的干燥脱水 Kinetics and mechanism during mechanical/thermal dewatering of lignite C.Bergins/Fuel 82(2003
17、)355364 Depending on its provenance（起源）（起源）the water content of lignite ranges from 40 to 65%by weight.When the raw lignite is burnt in conventional power stations,up to 20%of the chemical energy of the coal is wasted during the mill-drying process for the evaporation of coal water contained within
18、the lignite structure.For this reason,in recent years strong efforts have been made to develop efficient dewatering or drying processes,which also have to be capable for handling large mass flow rates up to 800 metric tons per hour.The mechanical/thermal dewatering has been developed to avoid the di
19、sadvantages of the well known thermal and mechanical dewatering processes which are restricted in the technical application due to very high temperatures(235 C),respectively,pressures(16 MPa).Due to the combined application of thermal and mechanical energy,the MTE-process(German abbreviation:MTE,Mec
20、hanisch/Thermische Entwasserung,also used for mechanical/thermal expression,developed at the University of Dortmund)offers the possibility of a rapid dewatering event at moderate process conditions(200 and 6 MPa).Thus the equipment to carry out the process in technical scale is simplified and the co
21、st of investment is reducedC.Bergins et al./Fuel 86(2007)316Correction of PSD curves for compression effectsPore size distributionEffect of temperature on shrinkageEffect of pressure on shrinkageConclusionsAn increase in MTE temperature and pressure significantly reduced the moisture content and por
22、osity of all three coal types investigated.The increased pore volume retention is believed to be due to a hardening of the coal structure with increasing MTE temperature,resulting in decreased percentage shrinkage.For all three coals,the macro and mesopore volume decreased with increasing MTE pressu
23、re,causing the total pore volume to decrease.The results thus suggest that the pore volume of MTE products is a complex function of process parameters,shrinkage and coal hardening.The observed changes in physical properties appear to be somewhat analogous to the physical changes that accompany coalification,within the lignitic range,and are believed to have important implications for coal reactivity in terms of combustion,spontaneous combustion and other reactions that are controlled by the diffusion of gases into and out of pores.
