煤液化油渣離心高固物料干燥方案優(yōu)化研究論證

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，內蒙古 鄂爾多斯 017209）

1 概況

世界首套煤液化裝置建成投產，生產出合格油品，為神華產業(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化為高附加值油品，部分未轉化煤和轉化程度不高的煤作為副產品高附加值油渣。油渣的產量約占煤液化原料投煤的30%，年產油渣70萬噸。油渣是一種高灰、高硫和高熱值的物質，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和外加助劑，有機物包括重質油和瀝青以及未轉化的煤，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，生產高附加值瀝青，也使得產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，結焦值能達到60%，作為高檔碳素的高溫粘結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，溶液經過蒸餾，將溶液中的溶劑拔出，生產出合格煤液化瀝青，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，經過加壓加熱閃蒸，將溶液中的溶劑拔出生產出萃余固體燃料。

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動，內部采用導熱油加熱，圓筒壁和槳葉壁為傳熱面，對介質進行干燥。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。結合研究院干燥機運行過程存在泄漏的問題，為實現(xiàn)本質安全，降低安全風險，開展了干燥技術調研和試驗研究，論證技術路線可行性。

表4-1 離心高固含物料干燥的性質

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鼓，轉鼓在旋轉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，根據實驗結果，采用槳葉干燥機需要13臺。

表4-3 滾筒干燥試驗情況

實驗結果表明：操作壓力30 kPa（A），轉速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。不同轉速下核算出的滾筒干燥機面積,目前國內滾筒干燥機單臺可以制造最大面積為31m2，根據實驗結果，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自身壓力實現(xiàn)霧化；離心噴嘴依靠噴嘴中高速旋轉的圓盤實現(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。（見表4-4）

由于物料特殊性，熱值較高，利用介質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

根據離心高固含物料的性質和處理規(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濟效益。

5 離心高固含物料綜合結論

（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），可直接將介質干燥成粉末，適宜于連續(xù)化大規(guī)模生產。

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

綜合上述：從實驗數(shù)據、模擬數(shù)據、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，噴嘴內表面需要特殊硬化處理。