外熱式回轉窯煤炭低溫干餾工藝荒煤氣除塵探索

張柏林

（酒鋼集團甘肅宏匯能源化工有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

煤炭的高效清潔利用是我國發展能源戰略的重要組成部分。低階煤的中低溫熱解技術與煤制氣、煤制油、煤制化學品技術同為煤炭清潔高效轉化龍頭技術，并被列入《煤炭深加工產業示范“十三五”規劃》[1]。利用煤炭的低溫干餾工藝制備輕質煤焦油，再通過加氫轉化可生產燃料油品[2]，而此工藝的基礎是煤炭低溫干餾工藝，因此，研究煤炭低溫干餾工藝的特點，解決煤炭低溫干餾工藝的瓶頸問題，具有很大的商業價值和重要的意義。

酒鋼集團甘肅宏匯能源化工有限公司（簡稱宏匯公司）2015 年開始建設1 000 萬t 級煤炭分質利用項目一期150 萬t 煤炭低溫干餾項目，該項目是與新疆哈密廣匯能源股份有限公司合資建設項目，以哈密淖毛湖地區高揮發分長焰煤為原料[3]，采用多級外熱式回轉爐低溫熱解工藝生產低溫焦油。

一期項目干餾系統共建設5 條生產線，于2015年3 月份開工建設，2017 年10 月份建設完成，2018年開始多次對回轉窯干餾系統進行熱負荷試生產調試。期間由于荒煤氣中含塵量大，頻繁出現荒煤氣導出系統堵塞從而導致系統阻力上升、氨水泵不能正常工作等問題，試生產被迫中斷。為此，宏匯公司進行了調研分析，并找到了最終的解決方案，消除了煤炭低溫干餾除塵工藝的瓶頸問題，現介紹如下。

1 煤炭低溫干餾工藝流程及特點

煤炭低溫干餾工藝流程示意圖見圖1。

圖1 煤炭低溫干餾工藝流程示意圖

將儲運系統輸送來的原料煤依次通過干燥爐、干餾爐、冷卻爐進行加工，最后產出的提質煤經T1、T2皮帶輸送至提質煤料倉或提質煤料場；干餾爐產生的荒煤氣經一級水洗塔降溫分離后，荒煤氣及焦油氨水混合液分別送往凈化回收初冷器及焦油氨水分離系統做進一步凈化處理；熱風爐使用天然氣或焦爐煤氣作為燃料，為干餾爐提供穩定的熱源。

根據宏匯公司的試生產結果，低溫焦油產率可達6%～8%，比焦化行業焦油產率3.8%～4.0%提高近50%。

2 存在問題

試生產期間，出現回轉窯煤氣導出系統堵塞、焦油粉塵難分離及干餾煤氣中粉塵含量偏大等問題，嚴重制約生產順行。

2.1 干餾煤氣導出系統堵塞

2018 年試生產期間，對干餾5 條生產線均進行試生產，同時對各生產線不同負荷下的狀態進行了驗證，各生產線均存在干餾煤氣導出系統堵塞導致停車問題，部分生產線試生產情況見表1。

表1 2018 年試生產期間部分生產線試生產情況

2.2 焦油粉塵分離困難

試生產期間，荒煤氣經干餾爐導出后，焦油及粉塵在一級水洗塔、二級水洗塔及凈化回收單元的初冷器、電捕焦油器中被冷凝捕集下來，送至焦油氨水靜置分離系統進行分離后，再經超級離心機處理送至原料罐區。因干餾爐導出的荒煤氣中細微粉塵（微米級）量較大，在洗滌冷凝中粉塵伴隨焦油一起進入焦油氨水分離單元，因粉塵顆粒極小，依附在焦油中，沉入或者漂浮于焦油氨水分離設備中。經超級離心機處理時，較大顆粒的粉塵被離心分離出來，細微粉塵仍然依附在焦油中，與焦油共生，很難分離。

2.3 煤氣中粉塵含量超標

試生產期間，宏匯公司對出入各裝置煤氣中粉塵含量進行了分析檢測，其中進入脫硫工段間冷器前的煤氣中粉塵質量濃度最大值為586.7 mg/m3，最小值為176.0 mg/m3，平均值為346.7 mg/m3，遠超出了制氫所要求的粉塵質量濃度小于50 mg/m3的標準。

3 采取的措施

根據回轉窯煤炭低溫干餾生產線調試及試生產情況，經過多次驗證，荒煤氣導出系統中粉塵含量較大的問題不能靠單一手段解決，需采取多重手段綜合解決。

3.1 增加荒煤氣重力沉降室

荒煤氣從回轉窯導出后夾帶大量粉塵，其中粒徑100 μm 以上的粉塵占比約5%，此類粉塵中較大顆粒的粉塵在重力沉降室內可進行初步分離，重力沉降室可容納生產周期內的粉塵含量，并定期通過吸灰罐車外送。

3.2 增加高溫旋風除塵設備

高溫旋風除塵設備在國內除塵行業運用較為廣泛，技術也較為成熟，對氣流穩定性及灰塵粒徑要求較高[4]，但對粒徑50 μm 以上的灰塵去除效果較好。回轉窯荒煤氣中粒徑50 μm 以上粉塵占比約15%，高溫旋風除塵設備作為回轉窯荒煤氣粉塵的二級除塵設備，運用效果比較理想，宏匯公司在實施了旋風除塵后干餾爐整套生產裝置運行時間由4 d 提高到37 d。但在使用高溫旋風除塵設備時，應嚴格控制荒煤氣溫度，避免因荒煤氣溫度降低造成焦油析出而出現堵塞現象。

3.3 應用移動顆粒床除塵技術

移動顆粒床除塵技術作為高溫荒煤氣除塵的主體設備，主要對荒煤氣中粒徑50 μm 以下的粉塵顆粒進行捕集，除塵效率達90%以上。宏匯公司曾以石英砂、原煤及提質煤為濾料，對移動顆粒床除塵所需濾料進行了多次研究論證，從可行性及經濟性等方面綜合考慮，最后使用提質煤作為除塵濾料，既避免濾料再生難題，又節約生產成本。目前宏匯公司已完成移動顆粒床除塵主體設備的制作和鋼結構等主體設備施工，移動顆粒床主體設備安裝已開始，計劃2022 年6 月初進行熱負荷試車。

針對外熱式回轉窯荒煤氣除塵難題，選用荒煤氣重力沉降室、高溫旋風除塵及移動顆粒床除塵三級綜合除塵技術，宏匯公司在小試試驗中能實現輕質煤焦油中機械雜質質量分數小于2%、干餾煤氣中粉塵質量濃度小于50 mg/m3的目標。

4 結 語

煤炭低溫干餾工藝是制備輕質煤焦油的工藝路線之一，也是煤炭分質分級清潔利用的主要途徑之一。在荒煤氣導出系統增加荒煤氣重力沉降室、高溫旋風除塵及移動顆粒床除塵設備，能有效解決荒煤氣中粉塵含量較大的問題，經過試驗驗證，除塵后的輕質煤焦油中機械雜質質量分數小于2%，除塵后的干餾煤氣中粉塵質量濃度小于50 mg/m3，也解決了粉塵堵塞煤氣導出系統等問題。采用三級除塵技術能有效解決煤炭低溫干餾除塵工藝的瓶頸問題，為煤炭低溫干餾技術推廣應用奠定了堅實的技術基礎。