内容简介
本书是一部系统阐述低阶煤热解与荒煤气利用技术的专业著作，聚焦低阶煤分质利用这一颇具发展前景的领域，为煤炭清洁高效转化及国家能源安全保障提供了关键技术路径。书中介绍了我国低阶煤资源现状及在能源结构中的重要地位，阐述以低阶煤为原料经中低温热解获取半焦、煤焦油和荒煤气，再通过深加工制取清洁能源与基础化学品的核心思路。主要内容包括低阶煤热解技术及应用业绩，荒煤气利用成套技术涉及的荒煤气压缩、荒煤气高温非催化转化、转化气一氧化碳变换、高含氮气酸性气脱除、高含氮气CO分离及脱氮、PSA变压吸附提氢、合成气制乙二醇等专利技术，以及荒煤气综合利用工程生产运行及评价。书中汇集了大量专利设备参数、工艺性能指标数据、工程设计方案、比较分析标准及成套技术应用案例。
本书汇集了作者团队以及多家研发单位的智慧和经验，适合煤炭、焦化及新型煤化工行业的科研开发人员、工程技术人员和企业生产人员参考阅读，也可作为高等院校煤化工相关专业的教学参考书。
目录
第一章 总论 001
第一节 概述 001
一、低阶煤分质利用 001
二、煤热解多联产 002
三、荒煤气多联产成套技术 003
第二节 煤炭/低阶煤分类 004
一、国外煤炭分类及定义 005
二、国内煤炭分类及定义 005
第三节 中国煤炭资源状况 008
一、煤炭资源概况 008
二、煤炭预测资源量 009
三、煤炭探获资源量 009
四、煤炭保有资源量 010
五、煤炭保有资源储量 011
六、煤炭资源分布 011
七、低阶煤煤质主要特征 015
第四节 低阶煤热解技术及过程分析 016
一、概述 016
二、国外煤热解技术 017
三、国内煤热解技术 017
四、煤热解过程相关性分析 020
五、煤热解过程阶段划分 020
第五节 煤热解目标产品及粒度选择 021
一、煤热解目标产品 021
二、煤热解粒度选择 022
第六节 低阶煤热解多联产 023
一、油品、氢气和半焦原料多联产方案 023
二、油品、氢气及合成气和化学品多联产方案 023
三、油品、氢气及燃气和发电多联产方案 024
四、油品、氢气及甲烷气和天然气多联产方案 024
五、合成气耦合与油品耦合多联产方案 024
六、煤热解及多联产发展趋势 025
第七节 荒煤气多联产分质利用 025
一、概述 025
二、荒煤气利用现状 025
三、荒煤气清洁高效转化 026
四、荒煤气多联产分质利用的发展趋势 027
参考文献 028
第二章 低阶煤热解技术 030
第一节 概述 030
一、煤热解定义 030
二、煤热解过程 030
第二节 煤热解反应机理与原理 031
一、煤快速热解过程机理 032
二、煤慢速热解过程机理 033
三、煤热解原理及化学反应 034
第三节 煤热解的影响因素 036
一、煤种煤质 036
二、热解温度及热解终温 036
三、加热速率 037
四、热解压力 038
五、煤料粒径 038
六、缺氧程度（气氛） 038
第四节 煤热解工艺分类 038
一、概述 038
二、回转炉热解工艺 039
三、移动床热解工艺 039
四、流化床热解工艺 039
五、气流床热解工艺 040
六、振动床热解工艺 040
七、外热式低温干馏（热解）工艺 040
八、内热式气体热载体热解工艺 041
九、内热式固体热载体热解工艺 041
十、内外热载体混合换热热解工艺 041
第五节 外热式间接加热低温热解技术 041
一、龙成旋转床低温热解工艺 042
二、三瑞外热式回转炉低温热解工艺 047
三、众联盛MWH 型蓄热室式直立炉热解工艺 051
四、MRF 多段回转炉低温热解工艺 055
五、神木天元回转炉低温热解工艺 055
第六节 内热式直接加热气载体热解技术 056
一、RNZL 干馏直立炉热解工艺 056
二、SJ 直立方炉低温干馏工艺 059
三、GF 直立炉干馏工艺 062
四、SM-GF 分段多层立式矩形热解工艺 066
第七节 内热式直接加热固载体热解技术 069
一、DG 固体焦载体移动床快速热解工艺 070
二、循环流化床固体焦载体粉煤热解工艺 074
三、ZDL 固体灰载体流化床热解工艺 076
四、固体灰载体流化床粉煤低温热解工艺 080
第八节 内热式气固热解气化耦合技术 081
一、CCSI粉煤热解气化一体化工艺 081
二、SM-SP 气固热载体粉煤双循环快速热解工艺 084
第九节 低阶煤热解发展趋势 087
一、典型煤热解工艺分析汇总 087
二、煤热解共性问题分析 091
三、煤热解工艺创新与突破 092
参考文献 092
第三章 半焦气化技术 095
第一节 半焦气化工艺过程分析 095
一、半焦气化功能分析 095
二、半焦气化过程共性 096
三、半焦固定床气化 097
四、半焦流化床气化 098
五、半焦气流床气化 098
六、半焦化学链气化 099
七、半焦超临界水气化 099
八、兰炭气化的工艺应用 100
第二节 半焦气化反应过程机理 101
一、半焦理化特性 101
二、气化反应的化学原理 104
三、气化反应的动力学原理 105
四、气化反应的热力学原理 105
五、气化动力学模型 107
六、气化热力学模型 112
第三节 煤半焦与生物质半焦共气化分析 114
一、生物质半焦和煤半焦的来源和差异 114
二、煤半焦与生物质半焦共气化原理 115
三、混合焦理化性质对共气化特性的影响 115
四、AAEM 组分的协同催化作用 116
五、煤半焦与生物质半焦共气化面临的挑战 117
第四节 气化技术工艺类型与选择分析 118
一、固定床气化工艺 118
二、流化床气化工艺 119
三、气流床气化工艺 120
四、
前言/序言
煤炭是我国的基本能源之一，在能源战略中占有不可替代的地位。我国煤炭预测资源量约为3.88万亿t，煤炭保有资源量约为1.49万亿t；低阶煤预测资源量超过2万亿t，低阶煤保有资源量1.04万亿t(其中褐煤0.29万亿t，低变质烟煤0.75万亿t)，约占煤炭保有资源量的70%。低阶煤主要是指煤化程度较低的年轻煤种，包括褐煤和烟煤中变质程度低的长焰煤、不黏煤和弱黏煤等。其主要特征是挥发分含量高、含油率高、含水量大、能量密度低等。如以低阶煤热解平均产油率75kg/t和煤气平均产气率60m3/t估算，从我国低阶煤保有资源量中可提取煤焦油约780亿t，煤气约62.4万亿m3。低阶煤蕴含的这些油气资源量非常可观。
低阶煤中能够用于生产兰炭的煤炭资源主要分布在陕西神木、府谷和榆阳等地，新疆哈密、吐鲁番和昌吉等地，内蒙古鄂尔多斯及宁夏平罗和宁东等地。2023年我国兰炭产能为1.24亿～1.29亿t/a，产量为5300万～5500万t/a。在生产兰炭过程中，除煤焦油外，还会产生大量的热解煤气（荒煤气），其产率和组成因热解煤原料和热解工艺不同而差异很大。据估算每生产1t兰炭约产生550～800m3热解煤气（或荒煤气），其中约55%的热解煤气回炉自用，热值为7.52～11.71MJ/m3。荒煤气除含较多的氮气外，还含有可燃性气体(如CO、H2、CH4）。少数企业因各种因素未将荒煤气利用，多数企业将荒煤气用于燃料发电和副产蒸汽。但其中也有少数企业将荒煤气中的H2、CH4等提取后用作焦油加工的氢源和液化甲烷气等。因此荒煤气的加工利用领域还是有非常大的发展空间。
由于荒煤气压力低、成分复杂、氮气含量高，并含有苯、萘、有机硫、氨等有毒有害物质，用于生产高附加值的化工产品能耗高，利用率低，净化处理技术存在瓶颈。针对荒煤气利用中的瓶颈问题，我国相关科研院所、高校和装备制造企业进行技术攻关，已经研发成功了首套具有世界领先水平的荒煤气成套技术用于化工生产企业。首次采用大型离心式压缩机组防结焦技术，大规模将高含氮荒煤气加压到2.8MPa；采用高含氮荒煤气非催化转化技术，将荒煤气中的甲烷转化并脱除其中的焦油、烃类、苯环类有机物、有机硫、有机氯等有毒有害物质；采用改进型低温甲醇洗脱除高含氮酸性气体，高含氮原料气采用专用吸附剂经变压吸附分离提纯CO和氮气分离等。荒煤气加工利用成套技术最终将高含氮荒煤气转变为价值高的有效合成气CO+H2，开创了荒煤气大规模、高附加值利用的先河。高含氮荒煤气加工利用装置在新疆广汇集团哈密广汇环保公司高效稳定生产运行，实现了荒煤气变废为宝、降低碳排放、改善大气环境的目标。
在此背景下，《低阶煤热解与荒煤气利用技术》一书由中国五环工程有限公司等九家单位组织相关人员编写。本书对于研究我国低阶煤热解、半焦气化、荒煤气加工利用，提升煤炭清洁高效分质利用水平，将发挥重要的推动作用。全书共分十二章，第一章总论，由汪寿建、詹信编写；第二章低阶煤热解技术，由汪寿建编写；第三章半焦气化技术，由王辅臣、于广锁、丁路编写；第四章荒煤气加工利用技术，由詹信、严义刚、赵振强、胡步千、徐俊辉、李繁荣、肖敦峰编写；第五章荒煤气压缩，由张鹏飞编写；第六章荒煤气高温非催化转化，由王辅臣、梁钦锋、代正华编写；第七章转化气一氧化碳变换，由石玉编写；第八章高含氮原料气酸性气体脱除，由张述伟编写；第九章高含氮原料气变压吸附CO分离，由耿云峰、陈莎、涂巍巍编写；第十章变压吸附氢分离与提纯，由李振东、阎朝旭编写；第十一章合成气制乙二醇，由张国建、刘华伟编写；第十二章荒煤气制乙二醇生产装置运行与改进，由李鹏、刘志丹编写。本书由中国化学工程集团有限公司汪寿建教授级高级工程师、中国五环工程有限公司李要合教授级高级工程师、肖晓愚教授级高级工程师进行审查；全书由汪寿建负责制定编写大纲、统稿和校核。
本书在编写过程中，得到了中国五环工程有限公司领导、专家及各参编单位的大力支持，特别是得到了赵涛、郭国清、蔡斌的大力支持和帮助，在此对以上领导和同事致以衷心的感谢！本书内容涉及较多的专利新技术，考虑到商业机密限制，相关信息不能全部公开。由于编者经验不足，水平有限，书中难免有不妥之处，敬请广大读者批评指正。
编者
2025年3月
