多聯產煤熱解煤氣熱量的回收

李廣民

(中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司，河南 開封 475003)

多聯產煤熱解技術是一種利用低階煤在熱解爐中熱解產生半焦和荒煤氣的新型煤炭利用技術，熱解產生的半焦返回鍋爐生產蒸汽用于發電，荒煤氣進入煤氣凈化系統進行除塵、冷卻,分離焦油，潔凈煤氣脫硫后用于民用或經變換、合成反應生產相關化工產品；收集的焦油可用于提取高附加值產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、煤氣等多種產品，是目前國家對于煤炭清潔高效利用和新型節能技術研究的一個方向。

1 技術背景

中國平煤神馬集團開封東大化工有限公司(以下簡稱“開封東大”)準備在開封市精細化產業集聚區內成立熱電站，建設2×260 t/h高溫高壓循環流化床鍋爐+2×25 MW高溫高壓抽汽背壓式汽輪發電機組及配套輔助設施。為實現煤炭的清潔綜合利用，準備在1臺260 t/h 循環流化床鍋爐配套建設多聯產煤熱解裝置，燃料采用中國平煤神馬集團的低階煤。

熱解產生的高溫煤氣,夾帶大量粉塵和氣態焦油從熱解爐上方排出，進入后續煤氣凈化工序。常規凈化工藝是采用氨水噴淋直接降溫回收焦油，煤氣再經間接降溫后送至下游用戶。回收的焦油氨水混合物需分離，而焦油中灰塵含量高導致品級低，氨水中酚含量高需經復雜的除油、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。

為減少焦油中雜質含量，開封東大和浙江大學共同開展技術攻關,確定采用高溫熱解煤氣先高溫除塵，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分離預除塵+高溫靜電除塵，除塵后，熱解粗煤氣溫度為500～600 ℃，粉塵質量濃度降低到60 mg/m3以下，可以降溫回收焦油。

2 熱能回收工藝的選擇

目前國內流行的熱能回收利用方案主要有:利用余熱鍋爐生產蒸汽，利用高溫煤氣加熱鍋爐補水、冬季采暖水和工藝水等。

針對熱解粗煤氣熱量的回收利用，相關專利技術如下。

(1)專利號為ZL 201310349202.2 的“低耗水煤氣冷卻焦油回收系統及方法”，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)專利號為ZL 201310349111.9的“含灰和焦油高溫煤氣凈化和焦油回收系統及其方法”，提出的余熱鍋爐回收熱量，焦油回收工藝復雜，能耗較高。

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

(4)專利號為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，導致焦油中含水，影響焦油品質[3]。

相關專利主要實現了焦油回收，但是對于余熱利用的研究不夠充分。開封東大擬在煤熱解系統中采用多級冷卻，充分回收高溫煤氣中的熱量，制取較高級別的蒸汽，同時獲得高品質焦油和潔凈煤氣。

3 熱能回收工藝技術方案

來自煤熱解爐的高溫高塵熱解煤氣依次經過高溫旋風除塵器和高溫靜電除塵器進行高溫除塵后，進入焦油、蒸汽回收塔，通過冷卻、焦油噴淋洗滌，回收煤氣中的焦油和熱量。塔內熱煤氣自下而上通過換熱管，與殼程中的冷卻水進行換熱。冷卻水為來自焦油換熱器的熱水，產生的中壓蒸汽進入蒸汽汽包分配至下游用戶。焦油匯聚至塔底焦油池，經焦油循環泵輸送至焦油換熱器冷卻后，部分采出送至焦油儲槽，再送至下游用戶；部分送至焦油、蒸汽回收塔塔頂，經分布器噴淋洗滌高溫粗煤氣。焦油換熱器冷卻介質為來自一級冷卻器的熱水。

經焦油、蒸汽回收塔降溫后的粗煤氣自塔頂進入一級冷卻器，用來自二級冷卻器的熱水降溫后進入二級冷卻器，用來自三級冷卻器的熱水降溫后進入三級冷卻器，用來自脫鹽水罐的常溫脫鹽水冷卻后進入電捕焦油器，脫除焦油后的潔凈煤氣由煤氣鼓風機送至下游用戶。一級冷卻器、二級冷卻器、三級冷卻器和電捕焦油器所收集的焦油送至焦油儲槽。

工藝流程簡圖如圖1所示。

1—高溫旋風除塵器;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—焦油循環泵;7—焦油換熱器;

4 技術應用前景

與現有技術相比，本工藝的優點如下。

(1)脫鹽水經三級冷卻器、二級冷卻器、一級冷卻器、焦油換熱器和焦油蒸汽回收塔逐級升溫，制取高品級蒸汽(該蒸汽可用于發電、化工裝置、溴化鋰制冷等，較傳統余熱回收裝置所產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)粗煤氣經焦油蒸汽回收塔、一級冷卻器、二級冷卻器、三級冷卻器、電捕焦油器多級脫除焦油，煤氣凈化效率高，焦油回收完全，有效防止煤氣在輸送過程中出現的焦油析出堵塞管道、閥門問題；煤氣處理系統外部加保溫層，減少系統熱損失，并防止焦油提前析出。

中國能源結構的特點是“富煤、貧油、少氣”，煤炭特別是低階煤的利用效率較低，污染嚴重。低階煤通過熱解可實現煤炭資源的分級綜合利用及能源結構的優化調整，符合國家煤炭清潔分質分級利用的發展方向，緩解油氣短缺的現狀。隨著熱解煤氣中熱量回收和焦油回收技術的成功研發，通過其輻射作用將大幅度推動煤炭資源高效分級利用，同時推動煤炭分級利用的產業化進程。

5 結語

大部分化工企業都需要使用蒸汽換熱，隨著國家環保形勢日益嚴峻，為減少污染物排放，國家環保部要求取消35 t/h以下燃煤鍋爐。目前化工企業采用自備高噸位燃煤鍋爐生產蒸汽，或使用化工園區集中供熱站的蒸汽。單臺鍋爐燃煤用量越來越大，使用低階煤生產蒸汽效率低，如何提高低階煤的資源利用率是擺在每一個技術人員面前的問題。只有因地制宜，開展技術創新，才能解決煤炭的高效潔凈利用問題，提升環境效益和經濟性，使之更好地服務于各行各業。