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| 褐煤 |
褐煤是變質程度最低的煤種，它是泥炭經脫水、壓實轉變為有機生物岩的初期產物，一般指鏡質組最大反射率介於0.2%~0.5%的低變質程度煤。是煤化程度最低的礦產煤。褐煤屬於低階煤，具有水分、揮發分較高，熱值低等特點，嚴重影響褐煤資源的直接利用。
目錄
基本介紹
褐煤資源分布
物理性質及化學成分
褐煤物理性質
褐煤的元素分析
褐煤在現代煤化工中的應用
褐煤氣化技術及發展
褐煤熱解新技術
褐煤制油
褐煤的溶劑抽提
褐煤利用技術展望
基本介紹
褐煤，是一種介於泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。化學反應性強，在空氣中容易風化，不易儲存和運輸的礦產煤，煤化程度最低[1]。褐煤燃燒時會對空氣造成嚴重的污染。隨着優質煤的採掘，褐煤已成為我國主要使用的煤，但由於褐煤的煤化程度太低，很大程度上限制了褐煤的運用，其化學組成如下所示。
2 褐煤資源分布
我國褐煤資源豐富，埋深2000m以淺資源總量3194.38億t，占我國煤炭資源總量的5.74%；探明儲量1291.32億t，占全國探明儲量的12.69%；預測褐煤資源量1903.06億t，占預測煤炭資源總量的4.18%。埋深1000m以淺的褐煤資源量為2465.44億t，占褐煤總資源量的77.2%，主要分布在內蒙古、吉林、遼寧、山東、雲南、廣西等地。埋深1000～1500m的褐煤資源量為138.20億t，占褐煤總資源量的4.3%，主要分布在內蒙古、遼寧、廣西等地；埋深1500～2000m的褐煤資源量為590.74億t，占褐煤總資源量的18.5%，主要分布在內蒙古自治區和遼寧等地。
根據GB/T5751—2009《中國煤炭分類》，褐煤分為年輕褐煤(HM1)和年老褐煤(HM2)。東北地區多屬年老褐煤，以形成於早白堊世(K1)、古近紀(E)為主，雲南多為新近紀年輕褐煤[3]。我國年輕褐煤的資源量為689.73億t，年老褐煤的資源量為2504.65億t。我國褐煤資源地域分布不均，主要分布在我國的東北和西南地區，大型褐煤盆地群有海拉爾盆地群、二連盆地群和昭通盆地群。內蒙古東部褐煤占全國褐煤總資源量的77.55%，雲南褐煤占全國褐煤總量的11.88%。褐煤在黑龍江、吉林、遼寧以及廣西也有分布，在河北、山東、廣東、海南和四川等省的局部地區也有零散分布。內蒙古保有褐煤儲量占內蒙古保有煤炭儲量的45.0%，雲南占3.7%，廣西占4.7%，黑龍江5.4%，海南則幾乎全部是褐煤。
3 物理性質及化學成分
3.1 褐煤物理性質
褐煤水分大、揮發分高、密度小,發熱量低,含有可溶於鹼液內的腐殖酸，氧含量常達15~30%。褐煤全水分一般可達20%~50%，分析基水分為10%~30%，揮發分15%~30%，相對密度1.2~1.45，含碳量60%~75%，低位發熱量一般只有11.71~16.73MJ/kg，易風化碎裂、易氧化自燃。由於它富含揮發份，所以易於燃燒並冒煙。這在一定程度上限制了褐煤在市場上的運用[4]。
褐煤俗稱柴煤，燃燒後產生的大量粉末進入大氣，人們在呼吸了粉煤煙塵後易患呼吸道疾病，甚至會引起矽肺病。
3.2 褐煤的元素分析
褐煤中的氧以多種官能團的形式存在，高含氧量是褐煤中高含水量的主要原因，同時也是褐煤表面的酸性較高的原因。褐煤中的含氧官能團主要包括羧基、羥基、甲氧基和羰基。針對褐煤的特點，對褐煤進行了化學成分進行了分析，分析結果如下：
①有機質碳含量：60%~75%；
②氧含量：無一定的規律但極易氧化；
③氫含量：5%~6%之間；
④氮含量：1.3%~2.5%之間；
⑤硫含量：根據測定的結果，基本上不超過1%。
4 褐煤在現代煤化工中的應用
4.1 褐煤氣化技術及發展
煤氣化技術按爐型分為固定床氣化、流化床氣化、氣流床氣化三種。固定床氣化爐出口粗煤氣組成中含有較高的甲烷，適於褐煤制天然氣，代表工藝有BGL和Lurgi；流化床適於處理高活性褐煤，代表工藝有Winker、灰熔聚；氣流床氣化分為水煤漿和乾粉2種進料形式，由於褐煤水分高，表面積大，吸水能力強，難以製得高濃度的煤漿，所以褐煤氣化一般採用乾粉形態進料，主要工藝包括Shell、GSP和我國的HT－L。
煤氣化是未來主要的清潔能源，而蒸汽氣化相比其他氣化劑氣化，產率比較高，但蒸汽氣化過程緩慢，溫度很高，共氣化技術具有反應條件相對溫和，氣化效率高，污染小等優點，具有良好前景，Ganesh等開發的蒸汽－聯合氣化技術，可以大幅降低氣化能耗、提高速率；MirelaMure-san等將麥秸配比褐煤進行氣化，其產生的大大降低；Woei等以褐煤和松木屑進行共氣化，隨着木質配備逐漸增多，產量隨着增高[6]。鹼金屬催化劑可在相對低的溫度下提高氣化效率，但在氣化過程中會出現大量催化劑分解失活的問題，通過對比氧化鋁和鈣鈦礦氧化物2種載體，發現以鈣鈦礦氧化物作載體進行蒸汽氣化，具有良好的催化性能並且催化劑損失小，對降低操作條件，提高催化劑壽命具有重要意義。
4.2 褐煤熱解新技術
褐煤熱解屬於傳統的煤化工技術，生產方式粗放，焦油和焦爐氣利用率較差，對環境污染嚴重，開發褐煤的熱、電、氣、油多聯產系統是清潔高效利用褐煤的新思路，如德國Lurqi－ruhurgas工藝、澳大利亞快速流化床工藝、美國Toscoal工藝，我國近幾年熱解技術發展迅速，如大連理工大學的固體熱載體乾餾技術、中國科學院的「煤拔頭技術」，科研人員發現在褐煤熱解過程中加入少量廢氣塑料，氣、油、焦的產率都有不同程度的提高，Guo等模擬的熱電聯產工藝，生產甲醇、焦油，且系統效率相較原熱解技術高8%，具有明顯的經濟價值。我國褐煤熱解多聯產的代表項目有內蒙古准格爾旗的1600萬t煤熱解項目，聯產烯烴;華電褐煤多聯產項目，年熱解褐煤1200萬t，聯產型煤、柴油、石腦油、液化天然氣。
4.3 褐煤制油
褐煤合成油。合成油即褐煤間接液化技術，分為氣化、費托(F－T)合成、油品精製3部分。中國科學院山西煤炭化學研究所自主研發催化劑，在傳統的F－T合成基礎上改進為SMFT合成工藝。目前我國合成油主要生產柴油產品，由於合成油工藝得到的液化油是通過精製合成氣製得的，其有害原子N、S都已經在油品合成前處理乾淨，所以得到的柴油質量比較好。
除了間接液化之外，褐煤還可以直接液化，褐煤直接液化。褐煤結構單元中有較多的羧基、羰基和亞甲基，具有較高的液化活性，是較理想的直接液化煤種，褐煤直接液化相比其他制油技術能耗最低，但生產的油質量較差，硫、芳烴含量都較高。
4.4 褐煤的溶劑抽提[1]
除了在能源方面轉化利用，褐煤的溶劑抽提技術也快速發展，褐煤煤化程度低，酸含量較高。其中腐植酸廣泛應用於農牧業生產，可以增進肥效、改良土壤、改善品質、調節作物生長和增強作物的抗逆性等。褐煤腐植酸還可以生產鑽井液添加劑、陶瓷用腐植酸鈉、混凝土減水劑、蓄電池陰極膨脹劑、鍋爐防垢劑等。
褐煤利用技術展望
我國褐煤儲量相對豐富，氣化液化活性高，發展現代煤化工項目具有天然優勢。特別是褐煤制天然氣、褐煤制油等項目，對改善我國能源供應緊張的局面有很大幫助，但要注意的是現代煤化工項目都是高耗電耗水，大排污排氣的大型化項目。未來煤化工應向着低能耗、清潔化的方向發展。褐煤煤化程度低，酸和蠟的含量都比較高，同時本身多孔隙、多活性基團，在非燃料利用方面具有重要作用，開發高效的溶劑萃取技術、吸附劑製備技術對實現褐煤的高附加值利用具有重要意義。
參考文獻
^虞繼舜.煤化學.北京:冶金工業出版社,2005,
^李先春. 褐煤提質及其燃燒行為特性的研究.大連理工大學,2011..
^GB /T 5751—2009，中國煤炭分類
^陳 鵬.中國煤炭性質分類和利用 .北京:化學工業出版社,2001,
^Guo Zhihang，Wang Qinhui，Fang Mengxiang，et al..Thermodynam- ic and economic analysis of polygeneration system integrating at- mospheric pressure coal pyrolysis technology with circulating flu- idized bed power plant.Applied Energy,2014-06,1301-1314.
^Qian Chunmei，Zhou Min，Wei Jianghong..Pyrolysis and co－pyrol- ysis of lignite and plastic.International Journal of Mining Sci- ence and Technology,2014-01,137－141.
^黃建湘，李 明，袁翠翠，等 .褐煤煤化工利用現狀及前景.廣州化工,2011-05,34-36.