外热式回转窑煤炭低温干馏工艺荒煤气除尘探索

张柏林

（酒钢集团甘肃宏汇能源化工有限公司，甘肃 嘉峪关 735100）

煤炭的高效清洁利用是我国发展能源战略的重要组成部分。低阶煤的中低温热解技术与煤制气、煤制油、煤制化学品技术同为煤炭清洁高效转化龙头技术，并被列入《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》[1]。利用煤炭的低温干馏工艺制备轻质煤焦油，再通过加氢转化可生产燃料油品[2]，而此工艺的基础是煤炭低温干馏工艺，因此，研究煤炭低温干馏工艺的特点，解决煤炭低温干馏工艺的瓶颈问题，具有很大的商业价值和重要的意义。

酒钢集团甘肃宏汇能源化工有限公司（简称宏汇公司）2015 年开始建设1 000 万t 级煤炭分质利用项目一期150 万t 煤炭低温干馏项目，该项目是与新疆哈密广汇能源股份有限公司合资建设项目，以哈密淖毛湖地区高挥发分长焰煤为原料[3]，采用多级外热式回转炉低温热解工艺生产低温焦油。

一期项目干馏系统共建设5 条生产线，于2015年3 月份开工建设，2017 年10 月份建设完成，2018年开始多次对回转窑干馏系统进行热负荷试生产调试。期间由于荒煤气中含尘量大，频繁出现荒煤气导出系统堵塞从而导致系统阻力上升、氨水泵不能正常工作等问题，试生产被迫中断。为此，宏汇公司进行了调研分析，并找到了最终的解决方案，消除了煤炭低温干馏除尘工艺的瓶颈问题，现介绍如下。

1 煤炭低温干馏工艺流程及特点

煤炭低温干馏工艺流程示意图见图1。

图1 煤炭低温干馏工艺流程示意图

将储运系统输送来的原料煤依次通过干燥炉、干馏炉、冷却炉进行加工，最后产出的提质煤经T1、T2皮带输送至提质煤料仓或提质煤料场；干馏炉产生的荒煤气经一级水洗塔降温分离后，荒煤气及焦油氨水混合液分别送往净化回收初冷器及焦油氨水分离系统做进一步净化处理；热风炉使用天然气或焦炉煤气作为燃料，为干馏炉提供稳定的热源。

根据宏汇公司的试生产结果，低温焦油产率可达6%～8%，比焦化行业焦油产率3.8%～4.0%提高近50%。

2 存在问题

试生产期间，出现回转窑煤气导出系统堵塞、焦油粉尘难分离及干馏煤气中粉尘含量偏大等问题，严重制约生产顺行。

2.1 干馏煤气导出系统堵塞

2018 年试生产期间，对干馏5 条生产线均进行试生产，同时对各生产线不同负荷下的状态进行了验证，各生产线均存在干馏煤气导出系统堵塞导致停车问题，部分生产线试生产情况见表1。

表1 2018 年试生产期间部分生产线试生产情况

2.2 焦油粉尘分离困难

试生产期间，荒煤气经干馏炉导出后，焦油及粉尘在一级水洗塔、二级水洗塔及净化回收单元的初冷器、电捕焦油器中被冷凝捕集下来，送至焦油氨水静置分离系统进行分离后，再经超级离心机处理送至原料罐区。因干馏炉导出的荒煤气中细微粉尘（微米级）量较大，在洗涤冷凝中粉尘伴随焦油一起进入焦油氨水分离单元，因粉尘颗粒极小，依附在焦油中，沉入或者漂浮于焦油氨水分离设备中。经超级离心机处理时，较大颗粒的粉尘被离心分离出来，细微粉尘仍然依附在焦油中，与焦油共生，很难分离。

2.3 煤气中粉尘含量超标

试生产期间，宏汇公司对出入各装置煤气中粉尘含量进行了分析检测，其中进入脱硫工段间冷器前的煤气中粉尘质量浓度最大值为586.7 mg/m3，最小值为176.0 mg/m3，平均值为346.7 mg/m3，远超出了制氢所要求的粉尘质量浓度小于50 mg/m3的标准。

3 采取的措施

根据回转窑煤炭低温干馏生产线调试及试生产情况，经过多次验证，荒煤气导出系统中粉尘含量较大的问题不能靠单一手段解决，需采取多重手段综合解决。

3.1 增加荒煤气重力沉降室

荒煤气从回转窑导出后夹带大量粉尘，其中粒径100 μm 以上的粉尘占比约5%，此类粉尘中较大颗粒的粉尘在重力沉降室内可进行初步分离，重力沉降室可容纳生产周期内的粉尘含量，并定期通过吸灰罐车外送。

3.2 增加高温旋风除尘设备

高温旋风除尘设备在国内除尘行业运用较为广泛，技术也较为成熟，对气流稳定性及灰尘粒径要求较高[4]，但对粒径50 μm 以上的灰尘去除效果较好。回转窑荒煤气中粒径50 μm 以上粉尘占比约15%，高温旋风除尘设备作为回转窑荒煤气粉尘的二级除尘设备，运用效果比较理想，宏汇公司在实施了旋风除尘后干馏炉整套生产装置运行时间由4 d 提高到37 d。但在使用高温旋风除尘设备时，应严格控制荒煤气温度，避免因荒煤气温度降低造成焦油析出而出现堵塞现象。

3.3 应用移动颗粒床除尘技术

移动颗粒床除尘技术作为高温荒煤气除尘的主体设备，主要对荒煤气中粒径50 μm 以下的粉尘颗粒进行捕集，除尘效率达90%以上。宏汇公司曾以石英砂、原煤及提质煤为滤料，对移动颗粒床除尘所需滤料进行了多次研究论证，从可行性及经济性等方面综合考虑，最后使用提质煤作为除尘滤料，既避免滤料再生难题，又节约生产成本。目前宏汇公司已完成移动颗粒床除尘主体设备的制作和钢结构等主体设备施工，移动颗粒床主体设备安装已开始，计划2022 年6 月初进行热负荷试车。

针对外热式回转窑荒煤气除尘难题，选用荒煤气重力沉降室、高温旋风除尘及移动颗粒床除尘三级综合除尘技术，宏汇公司在小试试验中能实现轻质煤焦油中机械杂质质量分数小于2%、干馏煤气中粉尘质量浓度小于50 mg/m3的目标。

4 结 语

煤炭低温干馏工艺是制备轻质煤焦油的工艺路线之一，也是煤炭分质分级清洁利用的主要途径之一。在荒煤气导出系统增加荒煤气重力沉降室、高温旋风除尘及移动颗粒床除尘设备，能有效解决荒煤气中粉尘含量较大的问题，经过试验验证，除尘后的轻质煤焦油中机械杂质质量分数小于2%，除尘后的干馏煤气中粉尘质量浓度小于50 mg/m3，也解决了粉尘堵塞煤气导出系统等问题。采用三级除尘技术能有效解决煤炭低温干馏除尘工艺的瓶颈问题，为煤炭低温干馏技术推广应用奠定了坚实的技术基础。