張源（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

1 概況

世界首套煤液化裝置建成投產(chǎn)，生產(chǎn)出合格油品，為神華產(chǎn)業(yè)的重要意義取得了突破性進展。該技術是將一部分煤通過加氫轉(zhuǎn)化為高附加值油品，部分未轉(zhuǎn)化煤和轉(zhuǎn)化程度不高的煤作為副產(chǎn)品高附加值油渣。油渣的產(chǎn)量約占煤液化原料投煤的30%，年產(chǎn)油渣70萬噸。油渣是一種高灰、高硫和高熱值的物質(zhì)，由無機物和有機物兩部分組成，無機物占20%左右，有機物占80%左右。無機物包括煤中礦物質(zhì)和外加助劑，有機物包括重質(zhì)油和瀝青以及未轉(zhuǎn)化的煤，有機物中50%為瀝青，物性復雜，國家定性為固體危廢。

隨著裝置長周期運行，油渣堆放和處理成本高成為公司大難題，直接影響公司運行成本和未來發(fā)展。針對高附加值油渣，經(jīng)過幾年的科研技術攻關和技術試驗，開發(fā)油渣萃取綜合利用工藝，生產(chǎn)高附加值瀝青，也使得產(chǎn)品從簡單化向多元化的方向發(fā)展。解決了油渣處理難度大和成本高等問題，為今后煤液化油渣高附加值利用找到了一條可行的出路，并具有顯著的環(huán)境和經(jīng)濟效益。

2 煤液化瀝青應用前景

（1）煤液化的瀝青氫碳比高、硫含量低，與石油瀝青接近，與煤焦油瀝青相比，煤液化瀝青高溫融變性好，硫含量低，是碳素行業(yè)理想的原料.

（2）煤液化瀝青軟化點高、焦化值高，煤液化瀝青一般軟化點為150-170℃，比常規(guī)的中溫瀝青、石油瀝青軟化點要高，結(jié)焦值能達到60%，作為高檔碳素的高溫粘結(jié)和浸漬具有明顯的優(yōu)勢。

（3）煤液化的瀝青性狀更加接近煤焦油瀝青，其低QI（低喹啉不溶物含量，即低游離炭含量）性質(zhì)是煤焦油瀝青所不具備的，也可以說是一種性能更加優(yōu)異的類似煤焦油的瀝青。低QI瀝青更易生成中間相瀝青，是制備高端炭材料，體現(xiàn)出煤液化瀝青優(yōu)越性。

3 工藝原理及過程

依照煤液化油渣溶劑萃取特性，能被溶劑萃取部分稱為瀝青相，不能被溶劑萃取部分稱為固相[1]。選擇煤焦油洗油作為萃取劑，使油渣中的瀝青與溶劑混合相溶，利用在不同溫度和壓力下，相互溶解度的不同，在高速旋轉(zhuǎn)分離，得到高固含量和低固含量的物料，低固體含量的物料在采用固液分離，得到灰分含量不同溶液，溶液經(jīng)過蒸餾，將溶液中的溶劑拔出，生產(chǎn)出合格煤液化瀝青，瀝青分三個等級，分別為初級瀝青、中級瀝青、高級瀝青。高固含量物料，經(jīng)過加壓加熱閃蒸，將溶液中的溶劑拔出生產(chǎn)出萃余固體燃料。

4 離心高固含物料分離對比分析

離心高固物料處理是生產(chǎn)工藝的重點和難點之一，該工藝包采用機械干燥方式進行處理。即滾筒和槳葉隨水平軸轉(zhuǎn)動，內(nèi)部采用導熱油加熱，圓筒壁和槳葉壁為傳熱面，對介質(zhì)進行干燥。為充分脫出油渣萃余物中的洗油，機械干燥需在真空下進行操作。結(jié)合研究院干燥機運行過程存在泄漏的問題，為實現(xiàn)本質(zhì)安全，降低安全風險，開展了干燥技術調(diào)研和試驗研究，論證技術路線可行性。

表4-1 離心高固含物料干燥的性質(zhì)

4.1 離心高固物料分離對比

4.1.1 機械干燥

滾筒干燥和槳葉干燥是機械干燥的一部分，兩種干燥均采用導熱油加熱轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓在旋轉(zhuǎn)過程與物料充分接觸，在一定真空下，高固含量物料達到一定溫度，物料中的溶劑洗油閃蒸，生產(chǎn)出萃余固體燃料。

表4-2 槳葉干燥試驗情況

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實驗結(jié)果表明：操作壓力30 kPa（A），按100Kg/h進料，干料含油量10.68%＞5%，不能滿足工藝要求。 操作壓力20 kPa（A），按100Kg/h進料，干料含油量1.33%＜5%，能夠滿足工藝要求。操作壓力20 kPa（A），按120Kg/h 進料，干料含油量8.35%＞5%，不能滿足工藝要求。 按原設計槳葉干燥機干燥面積80m2計算，根據(jù)實驗結(jié)果，采用槳葉干燥機需要13臺。

表4-3 滾筒干燥試驗情況

實驗結(jié)果表明：操作壓力30 kPa（A），轉(zhuǎn)速1.2rpm 工況下，干燥后油含量大于10%，不能滿足工藝要求。操作壓力20 Kpa（A），干燥后油含量小于5%，滿足工藝要求。不同轉(zhuǎn)速下核算出的滾筒干燥機面積,目前國內(nèi)滾筒干燥機單臺可以制造最大面積為31m2，根據(jù)實驗結(jié)果，滾筒干燥機需要16.5臺。

4.1.2 噴霧干燥

噴霧干燥利用霧化器將溶液、乳濁液、懸浮液或膏狀料液分裂成細霧狀液滴，在其下落過程中，通過介質(zhì)自身溶劑閃蒸，瞬間將原料中溶劑去除而成為粉末狀或顆粒狀的產(chǎn)品。

噴霧干燥噴嘴選用非常關鍵之一，噴霧干燥有壓力噴霧噴嘴、離心噴霧噴嘴、氣流式噴霧噴嘴。壓力噴霧主要利用介質(zhì)自身壓力實現(xiàn)霧化；離心噴嘴依靠噴嘴中高速旋轉(zhuǎn)的圓盤實現(xiàn)霧化[2]；氣流式噴嘴利用一定壓力的氣體介質(zhì)實現(xiàn)霧化。

離心高固含量物料中萃取溶劑洗油含量較高，煤焦油洗油餾程在240-300℃之間。為徹底地回收萃取溶劑洗油，在一定壓力和不同高溫下，使洗油完全氣化。下列是對洗油模擬數(shù)據(jù)。（見表4-4）

由于物料特殊性，熱值較高，利用介質(zhì)自身顯熱提供熱量供溶萃取劑洗油完全氣化，不在單獨增設熱氣流干燥，預防不凝汽對真空度的影響，影響萃取溶劑回收率。通過同溫不同壓力和同壓不同溫度進行模擬，結(jié)果表明溫度和壓力與溶劑回收對應關系列表表明，壓力與溫度成正比關系，壓力與萃取溶劑成反比關系。上表中有負號，是因為洗油基本上徹底回收，部分瀝青也會蒸發(fā)進入洗油，說明干燥的回收溶劑量大于實際物料中的萃取溶劑洗油量。

表4-4 萃取溶劑回收與壓力關系

表4-5 干燥方案綜合對比

4.2 離心高固含物料分離方式對比

根據(jù)離心高固含物料的性質(zhì)和處理規(guī)模，從工藝的可靠性、可操作性、能耗、投資、洗油損耗等幾方面進行比較。（見表4-5）

從上述對比可以看出，噴霧干燥從生產(chǎn)維護、工藝性能、安全性均比機械干燥可靠安全，能耗和投資方面具有顯著的經(jīng)濟效益。

5 離心高固含物料綜合結(jié)論

（1）齊魯石化催化劑廠采用了高溫噴霧干燥塔對催化劑進行干燥，催化劑進料為高含固、高硬度的流體，經(jīng)加熱后得到催化劑固體顆粒。兩者物料有極大相似性。

（2）中國石油與中國石油大學(北京)聯(lián)合開發(fā)的重油梯級分離耦合油渣萃余物噴霧造粒技術(SELEX—Asp)解決了脫油瀝青的利用問題，可以將瀝青直接噴霧造粒為瀝青粉，用以制備瀝青水漿作燃料[3]。瀝青的噴霧造粒技術的物料與離心高固含物料極大相似性。

（3）硝基乳化炸藥和石蠟脫油的應用的噴霧干燥處理的物料性質(zhì)與離心高固含物料極大相似性。

（4）噴霧干燥過程非常迅速（5-40s），可直接將介質(zhì)干燥成粉末，適宜于連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)。

（5）機械干燥為水平軸轉(zhuǎn)動，空氣容易泄露，存在本質(zhì)不安全，噴霧塔采用加熱管式爐加熱，非常容易改變操作條件，方便調(diào)整運行，降低安全和結(jié)焦風險。

綜合上述：從實驗數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)、可靠性、安全性、維護性、工藝性想比，噴霧干燥技術路線相比機械干燥可靠安全，能耗和投資方面具有顯著的經(jīng)濟效益。因此離心高固含物料優(yōu)先選用噴霧干燥技術路線。并考慮離心高固含物料特殊性，噴嘴內(nèi)表面需要特殊硬化處理。