煤炭特性对煤液化技术选择的影响

煤炭科学科研总院北京煤化工研究分院　刘文新

发展煤炭液化是解决我国石油储量不足、国际原油涨价切实可行的措施之一。我国的煤种资源丰富，从无烟煤到年轻的褐煤，完全能满足煤炭液化发展的需要。

由煤生产液体燃料的技术称为煤的液化。煤液化主要有直接液化和间接液化两类。煤的直接液化是指煤在溶剂存在和高温高压条件下，直接与气相氢反应，使煤分子变小，氢含量增加，转变为液体燃料的过程。一般情况下，１t无水无灰煤可转化成0.5t液化油。煤的间接液化是指由煤气化生产合成气(CO+H₂)，再以合成气为原料合成液体燃料的过程。

一、煤间接液化

在选择煤气化工艺时，考虑气化用煤的特性及其影响极为重要。因为不同的原料煤质对气化工艺的要求不同。气化用煤的特性主要包括煤的反应性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成以及水分、灰分和硫分等。

1．反应性

煤的反应性是指其在一定条件下与不同气化剂(如二氧化碳、氧气、水蒸气或氢气等)相互发生化学反应的能力。它直接影响煤在气化过程中的氧耗量、煤气组成、带出物与灰渣的含炭量、产气率及热效率等生产指标。不论何种气化工艺，煤的反应性好有利于煤的气化。

2．粘结性

煤的粘结性是指煤被加热到一定温度时，受热分解先变为塑性状态，然后煤粒之间受膨胀压力的作用相互粘结在一起的程度。它会影响气体在煤料层内流动的通畅性与在料层截面上分布的均匀性。

3．结渣性

煤的结渣性是指煤中矿物质在燃烧和气化过程中由于灰分的软化熔融而形成渣块的能力。容易结渣的煤不宜作为气化原料。一般来说，煤的灰熔点(ST)越低，越容易结渣，固态排渣气化工艺通常要求ST≥1250℃。不过，以灰熔点来评价煤的结渣性有时并不可靠。

4．热稳定性

煤的热稳定性是指煤在燃烧和气化过程中对热的稳定程度，即煤块在高温作用下保持原来粒度的能力。对于使用块煤作原料的固定床气化工艺来说，煤的热稳定性差会增加煤料层内气体流动的阻力和带出物量，降低气化效率。

5．机械强度

煤的机械强度是指煤块的抗碎、耐磨及抗压等物理和机械性能。它涉及煤在输送和气化过程中能否保持所要求的粒度和筛分组成，机械强度较低的煤不能直接作为固定床气化的原料。

6，粒度分布

不同气化工艺对所用原料煤的粒度要求不同。固定床气化要求使用13～lOOmm的块煤，且煤的粒度尽可能均匀；流化床气化要求使用粒度<8mm的粉煤，且按煤料中的最大颗粒确定气体在气化炉内的流速；气流床和熔浴床气化分别要求使用<0.1mm和<6mm的煤粉和细粒煤，且根据煤料中的最大颗粒确定煤料在气化炉内的停留时间。

由于气化技术历史久远，新技术也在迅猛发展，所以对于不同性质的煤炭资源，总能找到一个与之相适应的气化技术。当然，对于能满足大型化工厂要求的气化技术选择的余地并不多。

二、煤直接液化

煤的液化性能主要取决于煤的分子结构、组成和岩相组分含量，并且与煤灰成分(煤中矿物质组成)有关。适宜液化的煤一般是：①年轻烟煤和年老褐煤；②挥发分≥37％(无水无灰基)，灰分≤10％(干燥基)；③氢含量≥5％，炭含量82％～85％，氢／炭原子比越高越好，同时氧含量越低越好；④芳香度≤0.7；⑤活性组分≥80％；⑥矿物质中富含硫铁矿。褐煤比烟煤活性高，但氧含量高，液化过程中用氢量多。

选择具有良好液化性能的煤种，不仅可以得到高的转化率和油收率，使反应在较温和条件下进行，并且可以降低操作费用。低变质程度的煤极易液化。在我国现已探明的煤炭资源中，约12.52为褐煤，29％是不粘煤、长焰煤和弱粘煤，还有13％的气煤，即低变质程度的年轻煤占总储量的一半以上。近年来，在我国北部、西北和东部已相继发现几个储量大且质量较高的褐煤和长焰煤田并投入开发。因此，我国可供选择的直接液化煤炭资源是极其丰富的。