李廣民

(中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開封東大化工有限公司，河南 開封 475003)

多聯(lián)產(chǎn)煤熱解技術(shù)是一種利用低階煤在熱解爐中熱解產(chǎn)生半焦和荒煤氣的新型煤炭利用技術(shù)，熱解產(chǎn)生的半焦返回鍋爐生產(chǎn)蒸汽用于發(fā)電，荒煤氣進(jìn)入煤氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行除塵、冷卻,分離焦油，潔凈煤氣脫硫后用于民用或經(jīng)變換、合成反應(yīng)生產(chǎn)相關(guān)化工產(chǎn)品；收集的焦油可用于提取高附加值產(chǎn)品或改性變成高品位合成油[1]。從低階煤中分別得到熱能、蒸汽、焦油、煤氣等多種產(chǎn)品，是目前國(guó)家對(duì)于煤炭清潔高效利用和新型節(jié)能技術(shù)研究的一個(gè)方向。

1 技術(shù)背景

中國(guó)平煤神馬集團(tuán)開封東大化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“開封東大”)準(zhǔn)備在開封市精細(xì)化產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)成立熱電站，建設(shè)2×260 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐+2×25 MW高溫高壓抽汽背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組及配套輔助設(shè)施。為實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔綜合利用，準(zhǔn)備在1臺(tái)260 t/h 循環(huán)流化床鍋爐配套建設(shè)多聯(lián)產(chǎn)煤熱解裝置，燃料采用中國(guó)平煤神馬集團(tuán)的低階煤。

熱解產(chǎn)生的高溫煤氣,夾帶大量粉塵和氣態(tài)焦油從熱解爐上方排出，進(jìn)入后續(xù)煤氣凈化工序。常規(guī)凈化工藝是采用氨水噴淋直接降溫回收焦油，煤氣再經(jīng)間接降溫后送至下游用戶?；厥盏慕褂桶彼旌衔镄璺蛛x，而焦油中灰塵含量高導(dǎo)致品級(jí)低，氨水中酚含量高需經(jīng)復(fù)雜的除油、脫酚、蒸氨工藝處理[2]。該工藝存在以下缺陷：高溫煤氣中的熱能沒有回收，焦油中灰塵含量高，難以分離，氨水噴淋法污水量大，處理成本高。

為減少焦油中雜質(zhì)含量，開封東大和浙江大學(xué)共同開展技術(shù)攻關(guān),確定采用高溫?zé)峤饷簹庀雀邷爻龎m，然后冷卻降溫，回收析出焦油，得到凈化煤氣的工藝路線。高溫除塵工藝選擇旋風(fēng)分離預(yù)除塵+高溫靜電除塵，除塵后，熱解粗煤氣溫度為500～600 ℃，粉塵質(zhì)量濃度降低到60 mg/m3以下，可以降溫回收焦油。

2 熱能回收工藝的選擇

目前國(guó)內(nèi)流行的熱能回收利用方案主要有:利用余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，利用高溫煤氣加熱鍋爐補(bǔ)水、冬季采暖水和工藝水等。

針對(duì)熱解粗煤氣熱量的回收利用，相關(guān)專利技術(shù)如下。

(1)專利號(hào)為ZL 201310349202.2 的“低耗水煤氣冷卻焦油回收系統(tǒng)及方法”，采用空塔噴淋法回收焦油，該方法難以全部回收高溫煤氣中的熱量，焦油中含塵量較高。

(2)專利號(hào)為ZL 201310349111.9的“含灰和焦油高溫煤氣凈化和焦油回收系統(tǒng)及其方法”，提出的余熱鍋爐回收熱量，焦油回收工藝復(fù)雜，能耗較高。

(3)專利號(hào)為ZL 200810196248.4的“流化床裂解煤氣凈化和焦油回收系統(tǒng)及方法”，提出的高溫旋風(fēng)除塵和電捕焦油系統(tǒng)，高溫煤氣中的熱量難以及時(shí)回收。

(4)專利號(hào)為ZL 201210527873.9的“一種熱解煤氣除塵冷卻及焦油回收工藝”中采用蒸汽吹掃余熱鍋爐受熱面，導(dǎo)致焦油中含水，影響焦油品質(zhì)[3]。

相關(guān)專利主要實(shí)現(xiàn)了焦油回收，但是對(duì)于余熱利用的研究不夠充分。開封東大擬在煤熱解系統(tǒng)中采用多級(jí)冷卻，充分回收高溫煤氣中的熱量，制取較高級(jí)別的蒸汽，同時(shí)獲得高品質(zhì)焦油和潔凈煤氣。

3 熱能回收工藝技術(shù)方案

來(lái)自煤熱解爐的高溫高塵熱解煤氣依次經(jīng)過(guò)高溫旋風(fēng)除塵器和高溫靜電除塵器進(jìn)行高溫除塵后，進(jìn)入焦油、蒸汽回收塔，通過(guò)冷卻、焦油噴淋洗滌，回收煤氣中的焦油和熱量。塔內(nèi)熱煤氣自下而上通過(guò)換熱管，與殼程中的冷卻水進(jìn)行換熱。冷卻水為來(lái)自焦油換熱器的熱水，產(chǎn)生的中壓蒸汽進(jìn)入蒸汽汽包分配至下游用戶。焦油匯聚至塔底焦油池，經(jīng)焦油循環(huán)泵輸送至焦油換熱器冷卻后，部分采出送至焦油儲(chǔ)槽，再送至下游用戶；部分送至焦油、蒸汽回收塔塔頂，經(jīng)分布器噴淋洗滌高溫粗煤氣。焦油換熱器冷卻介質(zhì)為來(lái)自一級(jí)冷卻器的熱水。

經(jīng)焦油、蒸汽回收塔降溫后的粗煤氣自塔頂進(jìn)入一級(jí)冷卻器，用來(lái)自二級(jí)冷卻器的熱水降溫后進(jìn)入二級(jí)冷卻器，用來(lái)自三級(jí)冷卻器的熱水降溫后進(jìn)入三級(jí)冷卻器，用來(lái)自脫鹽水罐的常溫脫鹽水冷卻后進(jìn)入電捕焦油器，脫除焦油后的潔凈煤氣由煤氣鼓風(fēng)機(jī)送至下游用戶。一級(jí)冷卻器、二級(jí)冷卻器、三級(jí)冷卻器和電捕焦油器所收集的焦油送至焦油儲(chǔ)槽。

工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。

1—高溫旋風(fēng)除塵器;2—高溫靜電除塵器;3—蒸汽汽包;4—焦油、蒸汽回收塔;5—焦油泵;6—焦油循環(huán)泵;7—焦油換熱器;

4 技術(shù)應(yīng)用前景

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本工藝的優(yōu)點(diǎn)如下。

(1)脫鹽水經(jīng)三級(jí)冷卻器、二級(jí)冷卻器、一級(jí)冷卻器、焦油換熱器和焦油蒸汽回收塔逐級(jí)升溫，制取高品級(jí)蒸汽(該蒸汽可用于發(fā)電、化工裝置、溴化鋰制冷等，較傳統(tǒng)余熱回收裝置所產(chǎn)低壓蒸汽或熱水具有更廣泛的用途)；將高溫煤氣從500～600 ℃冷卻到常溫，熱量回收效率高。

(2)粗煤氣經(jīng)焦油蒸汽回收塔、一級(jí)冷卻器、二級(jí)冷卻器、三級(jí)冷卻器、電捕焦油器多級(jí)脫除焦油，煤氣凈化效率高，焦油回收完全，有效防止煤氣在輸送過(guò)程中出現(xiàn)的焦油析出堵塞管道、閥門問(wèn)題；煤氣處理系統(tǒng)外部加保溫層，減少系統(tǒng)熱損失，并防止焦油提前析出。

中國(guó)能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是“富煤、貧油、少氣”，煤炭特別是低階煤的利用效率較低，污染嚴(yán)重。低階煤通過(guò)熱解可實(shí)現(xiàn)煤炭資源的分級(jí)綜合利用及能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，符合國(guó)家煤炭清潔分質(zhì)分級(jí)利用的發(fā)展方向，緩解油氣短缺的現(xiàn)狀。隨著熱解煤氣中熱量回收和焦油回收技術(shù)的成功研發(fā)，通過(guò)其輻射作用將大幅度推動(dòng)煤炭資源高效分級(jí)利用，同時(shí)推動(dòng)煤炭分級(jí)利用的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

5 結(jié)語(yǔ)

大部分化工企業(yè)都需要使用蒸汽換熱，隨著國(guó)家環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，為減少污染物排放，國(guó)家環(huán)保部要求取消35 t/h以下燃煤鍋爐。目前化工企業(yè)采用自備高噸位燃煤鍋爐生產(chǎn)蒸汽，或使用化工園區(qū)集中供熱站的蒸汽。單臺(tái)鍋爐燃煤用量越來(lái)越大，使用低階煤生產(chǎn)蒸汽效率低，如何提高低階煤的資源利用率是擺在每一個(gè)技術(shù)人員面前的問(wèn)題。只有因地制宜，開展技術(shù)創(chuàng)新，才能解決煤炭的高效潔凈利用問(wèn)題，提升環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)性，使之更好地服務(wù)于各行各業(yè)。