干馏过程原料种类干馏炉型发展趋势
审阅专家 杨刚
低温干馏，又称低温热解。指煤在隔绝空气的低温(500～700℃)条件下的干馏过程。在此温度下，煤受热分解转化为固态的半焦、液态的焦油和水、气态的煤气3种状态的产物。用于低温干馏的原料种类较多，以低煤化度煤为主，包括褐煤和高挥发分烟煤，无粘结性到有粘结性的烟煤均可使用。泥炭、油页岩、腐泥煤、残植煤等亦可作为低温干馏的原料。各种原料性质和组成上的差别(例如水分、挥发分、氧含量、煤岩组成和粒度等)以及加热方式、温度、速度和设备等的不同，导致主要产物的产率、组成和性质亦有很大的差异，并直接影响到主要产物的利用和进一步加工。
发展简史
煤炭低温干馏是一种古老的技术。早在1792年，在英国伯明汉附近，建立起小型干馏装置，以生产煤气用于照明为目的。19世纪初叶，为代替木炭作为冶金燃料和家庭无烟燃料，促进了低温干馏技术和生产的发展，同时从低温焦油中提取染料、药物和有机化工原料亦有一定市场，出售焦油和半焦要比直接卖煤更为有利。第一次世界大战后，由于液体和气体燃料需求增加，在20世纪20～30年代，各种低温干馏工艺有上百种之多。欧洲由于适合低温干馏的褐煤和高挥发分烟煤资源丰富，石油和天然气资源相对贫乏，工业基础雄厚和化学工业发达，促使低温干馏有较快的发展。1927～1939年期间，先后有4座低温干馏厂在德国投产，到1938年的褐煤用量约1250万t。在第二次世界大战期间，德国将低温焦油加氢精制和裂化成高级液体燃料和航空汽油，以适应战争需要。到20世纪50年代前，世界上建立起不同规模低温干馏工业的国家，还有英国、波兰、捷克、苏联、美国、加拿大、日本、中国和新西兰等。1941年日本在辽宁锦西设计建设煤低温干馏生产装置，1944年建成投入运行，1949年后，中国恢复和新建了多种低温干馏装置，1959年低温焦油产量达5.5万t。由于油页岩资源在世界各地有广泛分布，油页岩干馏曾实现过工业化，英国苏格兰，瑞典，爱沙尼亚等国均曾建立起年处理能力超过百万吨的油页岩干馏厂，中国辽宁抚顺和广东茂名均建有大型油页岩干馏厂。20世纪50年代后期，随着中东廉价石油和天然气大量开采，欧洲传统低温干馏工业因缺乏竞争力，绝大多数相继转炼天然原油或倒闭。中国开发了大庆油田后，煤低温干馏工业亦相继停产和转炼天然石油。1973年出现中东石油危机以来，世界主要工业化国家又纷纷重视和加快了新一代煤低温干馏技术的研究和开发，例如快速热解和快速氢化热解技术等。但由于石油价格仍然较低，低温焦油还缺乏与天然原油相竞争的优势。同时低温焦油和半焦的深度加工和利用方式还有待于完善，新一代煤低温干馏技术尚处于中试和放大示范装置阶段。
干馏过程
煤炭干馏实质上是煤的热分解过程。煤受热到100～105℃温度时，首先干燥脱水，放出大部分的外在水分; 当温度增至200～250℃时，位于芳核的侧链上不稳定的含氧功能团开始分解，放出二氧化碳和部分化合水; 到300～350℃时分解加剧，有挥发物产生，主要是一氧化碳、硫化氢、气态烃类和焦油蒸气; 当达到500～600℃左右，焦油生成量通常达到最高值，随着受热温度的增高，煤的热分解增强，煤气增多，半焦减少，焦油亦会产生再次分解，密度增高，焦油产率随之下降。
原料种类
煤炭低温干馏主要目的在于获得焦油，而焦油产率很大程度上取决于原料煤的性质和种类。原料煤中含氧量愈高，化合水生成量增多，而焦油产率随原料煤中H/C原子比增高而增大。选择高含油率的煤种和资源是发展低温干馏工业的基础和取得较好经济效益的重要因素。各类原料煤的焦油产率变化很大，高的有达20%～30%，但一般到10%左右就有工业利用价值。含油率较高的还有腐泥煤、残植煤和低灰油页岩。
干馏炉型
低温干馏炉有外热式、内热式和内外并热式等，还可分为竖式、卧式、旋转式以及连续生产和间歇生产等。外热式低温干馏炉，煤料间接受热，热解速度受煤料块度及传热效率影响大，单炉处理能力较小，但煤气热值高，焦油中粉尘杂质少，半焦质量和粒度易于调整。内热式低温干馏炉内，煤料直接与被加热的气体或固体热载体(焦粉、瓷球、砂子等)相接触，煤料受热均匀，传热传质速度快，单炉处理能力大，焦油收率高，但焦油中杂质较多。现代低温干馏炉开发趋向是采用流态化或夹带床的热解反应器，可以是单段或多段串联的，由炉内或炉外产生的气体热载体、固体热载体以及气一固体热载体提供热量，以提高焦油产率，扩大生产规模。
发展趋势
煤炭低温干馏具有投资低、工艺简单，原料来源广等特点，仍然是煤转化的重要方法之一。由于半焦是低温干馏产量最多的固体产物，半焦的灰分、热值及其他性能决定半焦的不同用途。只有不断开拓半焦新用途和市场，才能充分体现煤低温干馏的综合利用和经济效益。许多国家均在致力于发展和探索煤炭热解与其他基础工业 (半焦用于动力、气化、冶金等)相结合的新利用模式。新西兰发展的高挥发分弱粘结烟煤热解与直接还原铁砂炼铁新工艺即为一例，其特点是在专门设计的多层立式炉内，煤受热分解出挥发分，喷入适量空气使挥发分部分燃烧，使含钛铁矿砂干燥并预热，由多层立式炉排出的半焦与热铁矿砂在650℃条件下，送入1100℃回转窑内实现铁矿砂还原，再经炼铁与炼钢，其生产规模已达年产钢70万t。该工艺充分反映煤炭热解和直接还原炼铁发展新趋势。
参考资料
[1] 范维唐 主编.中国煤炭工业百科全书·加工利用·环保卷.北京：煤炭工业出版社.1999.第140-141页.
[2] 吴永宽 国外煤低温干馏技术的开发状况与面临的课题. 煤质技术 ,1995,