多联产煤热解煤气热量的回收

李广民

(中国平煤神马集团开封东大化工有限公司，河南 开封 475003)

多联产煤热解技术是一种利用低阶煤在热解炉中热解产生半焦和荒煤气的新型煤炭利用技术，热解产生的半焦返回锅炉生产蒸汽用于发电，荒煤气进入煤气净化系统进行除尘、冷却,分离焦油，洁净煤气脱硫后用于民用或经变换、合成反应生产相关化工产品；收集的焦油可用于提取高附加值产品或改性变成高品位合成油[1]。从低阶煤中分别得到热能、蒸汽、焦油、煤气等多种产品，是目前国家对于煤炭清洁高效利用和新型节能技术研究的一个方向。

1 技术背景

中国平煤神马集团开封东大化工有限公司(以下简称“开封东大”)准备在开封市精细化产业集聚区内成立热电站，建设2×260 t/h高温高压循环流化床锅炉+2×25 MW高温高压抽汽背压式汽轮发电机组及配套辅助设施。为实现煤炭的清洁综合利用，准备在1台260 t/h 循环流化床锅炉配套建设多联产煤热解装置，燃料采用中国平煤神马集团的低阶煤。

热解产生的高温煤气,夹带大量粉尘和气态焦油从热解炉上方排出，进入后续煤气净化工序。常规净化工艺是采用氨水喷淋直接降温回收焦油，煤气再经间接降温后送至下游用户。回收的焦油氨水混合物需分离，而焦油中灰尘含量高导致品级低，氨水中酚含量高需经复杂的除油、脱酚、蒸氨工艺处理[2]。该工艺存在以下缺陷：高温煤气中的热能没有回收，焦油中灰尘含量高，难以分离，氨水喷淋法污水量大，处理成本高。

为减少焦油中杂质含量，开封东大和浙江大学共同开展技术攻关,确定采用高温热解煤气先高温除尘，然后冷却降温，回收析出焦油，得到净化煤气的工艺路线。高温除尘工艺选择旋风分离预除尘+高温静电除尘，除尘后，热解粗煤气温度为500～600 ℃，粉尘质量浓度降低到60 mg/m3以下，可以降温回收焦油。

2 热能回收工艺的选择

目前国内流行的热能回收利用方案主要有:利用余热锅炉生产蒸汽，利用高温煤气加热锅炉补水、冬季采暖水和工艺水等。

针对热解粗煤气热量的回收利用，相关专利技术如下。

(1)专利号为ZL 201310349202.2 的“低耗水煤气冷却焦油回收系统及方法”，采用空塔喷淋法回收焦油，该方法难以全部回收高温煤气中的热量，焦油中含尘量较高。

(2)专利号为ZL 201310349111.9的“含灰和焦油高温煤气净化和焦油回收系统及其方法”，提出的余热锅炉回收热量，焦油回收工艺复杂，能耗较高。

(3)专利号为ZL 200810196248.4的“流化床裂解煤气净化和焦油回收系统及方法”，提出的高温旋风除尘和电捕焦油系统，高温煤气中的热量难以及时回收。

(4)专利号为ZL 201210527873.9的“一种热解煤气除尘冷却及焦油回收工艺”中采用蒸汽吹扫余热锅炉受热面，导致焦油中含水，影响焦油品质[3]。

相关专利主要实现了焦油回收，但是对于余热利用的研究不够充分。开封东大拟在煤热解系统中采用多级冷却，充分回收高温煤气中的热量，制取较高级别的蒸汽，同时获得高品质焦油和洁净煤气。

3 热能回收工艺技术方案

来自煤热解炉的高温高尘热解煤气依次经过高温旋风除尘器和高温静电除尘器进行高温除尘后，进入焦油、蒸汽回收塔，通过冷却、焦油喷淋洗涤，回收煤气中的焦油和热量。塔内热煤气自下而上通过换热管，与壳程中的冷却水进行换热。冷却水为来自焦油换热器的热水，产生的中压蒸汽进入蒸汽汽包分配至下游用户。焦油汇聚至塔底焦油池，经焦油循环泵输送至焦油换热器冷却后，部分采出送至焦油储槽，再送至下游用户；部分送至焦油、蒸汽回收塔塔顶，经分布器喷淋洗涤高温粗煤气。焦油换热器冷却介质为来自一级冷却器的热水。

经焦油、蒸汽回收塔降温后的粗煤气自塔顶进入一级冷却器，用来自二级冷却器的热水降温后进入二级冷却器，用来自三级冷却器的热水降温后进入三级冷却器，用来自脱盐水罐的常温脱盐水冷却后进入电捕焦油器，脱除焦油后的洁净煤气由煤气鼓风机送至下游用户。一级冷却器、二级冷却器、三级冷却器和电捕焦油器所收集的焦油送至焦油储槽。

工艺流程简图如图1所示。

1—高温旋风除尘器;2—高温静电除尘器;3—蒸汽汽包;4—焦油、蒸汽回收塔;5—焦油泵;6—焦油循环泵;7—焦油换热器;

4 技术应用前景

与现有技术相比，本工艺的优点如下。

(1)脱盐水经三级冷却器、二级冷却器、一级冷却器、焦油换热器和焦油蒸汽回收塔逐级升温，制取高品级蒸汽(该蒸汽可用于发电、化工装置、溴化锂制冷等，较传统余热回收装置所产低压蒸汽或热水具有更广泛的用途)；将高温煤气从500～600 ℃冷却到常温，热量回收效率高。

(2)粗煤气经焦油蒸汽回收塔、一级冷却器、二级冷却器、三级冷却器、电捕焦油器多级脱除焦油，煤气净化效率高，焦油回收完全，有效防止煤气在输送过程中出现的焦油析出堵塞管道、阀门问题；煤气处理系统外部加保温层，减少系统热损失，并防止焦油提前析出。

中国能源结构的特点是“富煤、贫油、少气”，煤炭特别是低阶煤的利用效率较低，污染严重。低阶煤通过热解可实现煤炭资源的分级综合利用及能源结构的优化调整，符合国家煤炭清洁分质分级利用的发展方向，缓解油气短缺的现状。随着热解煤气中热量回收和焦油回收技术的成功研发，通过其辐射作用将大幅度推动煤炭资源高效分级利用，同时推动煤炭分级利用的产业化进程。

5 结语

大部分化工企业都需要使用蒸汽换热，随着国家环保形势日益严峻，为减少污染物排放，国家环保部要求取消35 t/h以下燃煤锅炉。目前化工企业采用自备高吨位燃煤锅炉生产蒸汽，或使用化工园区集中供热站的蒸汽。单台锅炉燃煤用量越来越大，使用低阶煤生产蒸汽效率低，如何提高低阶煤的资源利用率是摆在每一个技术人员面前的问题。只有因地制宜，开展技术创新，才能解决煤炭的高效洁净利用问题，提升环境效益和经济性，使之更好地服务于各行各业。