苑卫军，李建胜，郭健
（唐山科源环保技术装备有限公司 河北唐山 063020）
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摘要：针对“褐煤固体热载体快速热解技术”工业化工艺系统存在的煤气净化、焦油分离、含酚废水的处理及提质产品在储运过程中一系列问题，进行了简要的分析，并提出了相应的解决方案。
关键词：褐煤提质；煤气净化；焦油分离；含酚废水；水煤浆；煤气发电；型煤
引言
煤炭在化石能源中占据首要位置，占世界化石能源储量的60.31％，而中国又是储煤量最多的国家，占其化石能源储量的92.94％【1】，在我国煤炭资源中，低阶煤约占全部储煤的42%，其中褐煤约占14%左右【2】。国际能源形势的走势一直是各国关注的焦点，2008年，受国际石油价格波动的影响，我国煤炭价格也相应出现大起大落的现象，但从煤炭理性价格和国家能源安全角度出发，对价格相对低廉、储量较为丰富的褐煤资源进行综合利用，具有较高的社会价值和经济价值。
褐煤提质生产半焦技术，在解决褐煤直接燃烧时环境污染严重、热利用率低等问题的同时，还可以得到煤焦油和干馏煤气等多种高价值煤基产品，是褐煤高效、低污染利用的有效途径，符合我国发展洁净煤技术能源多元化的战略。近年来，国内褐煤提质加工技术发展很快，采用的工艺技术也不尽相同，如鞍山热能研究院的“直立炉褐煤低温干馏技术”、大连理工大学的“褐煤固体热载体快速热解技术”、 煤炭科学研究总院北京煤化工分院的“多段回转炉热解技术”等都取得了相当程度的进展，此外，还有许多其他的大专院校和科研院所也分别自主研发了不同的褐煤热解工艺。本文仅就采用“褐煤固体热载体快速热解技术”的褐煤提质系统，提出一些探讨性的见解，并进行简要的分析。
1. “褐煤固体热载体快速热解技术”简介
“褐煤固体热载体法快速热解技术” 【3,4,5,6】是将褐煤通过与热的载体快速混合加热，使褐煤热解得到轻质油品、煤气和半焦的技术，褐煤固体热载体法快速热解生产工艺由“褐煤热解”和“煤焦油回收及煤气净化”两个子系统组成，热解系统工艺流程如图1所示，焦油回收及煤气净化系统工艺流程如图2所示。
图1热解（干馏）系统工艺流程简图
图2焦油回收及煤气净化系统工艺流程简图
2. “褐煤固体热载体快速热解技术”工业系统存在的问题
“褐煤固体热载体快速热解技术”可以处理成小于6mm的粉状褐煤，可利用资源广，煤焦油产率高，焦油性质好，干馏煤气热值高，生产过程耗水量小，但是该工业系统仍然存在一些需要锦上添花的改进之处。
2.1煤气净化与焦油回收问题
2.1.1煤气净化问题
煤气净化工艺过于复杂，基本采用的是焦炉煤气的净化工艺。“褐煤固体热载体快速热解技术”干馏终温为520℃左右，属于低温干馏的范畴，氨、吡啶和喹啉等在干馏温度高于600℃时，始于粗煤气中出现，低温干馏煤气中几乎没有氨，煤气中粗苯含量也同样较低【2】，在煤气净化过程中，如果考虑氨和苯的回收和利用，必然会造成净化工艺复杂，从而影响系统的经济性。
利用氨水在激冷洗气塔中对煤气进行降温冷却，并增加硫酸铵系统进行氨的回收，造成煤气净化工艺系统无谓的复杂。同时，激冷洗气塔中由于煤气温度高，而且远没有被水气所饱和，煤气释放大量的显热，部分氨水被汽化为氨水蒸汽随煤气进入横管初冷器，从而造成横管初冷器冷却功耗大量增加。由于低温干馏煤气含氨量极少，而硫酸铵系统回收的煤气中的氨，几乎全部是煤气在激冷洗气塔中被氨水混入的。
煤低温干馏过程中生成的粗苯含量较少、分压低，温度在20-40℃，常压下不凝出【2】，以气态形式存在于煤气中，因为低温干馏煤气中粗苯含量低，进行粗苯回收得不偿失。
2.1.2焦油回收问题
低温干馏焦油密度相对较小，因原料煤的性质和干馏方法不同而异，一般在0.95-1.1g/cm3左右，以“采用煤固体热载体法快速热解技术”提质某种霍林河褐煤为例，利用氨水对煤气进行激冷洗涤后，从气液分离器分离出焦油、氨水、焦油渣，从上到下依次为轻油层（密度约为0.94-0.98kg/L），氨水层（密度约为1.01-1.02kg/L），焦油层（密度约为1.04-1.15kg/L），焦油渣层（密度约为1.25kg/L）。可以看出，除焦油层和焦油渣层之外，各层之间密度差较小，依靠密度分离法分离焦油比较困难。
2.2含酚废水的处理问题
由于褐煤含水率高，褐煤热解过程产生的含酚废水量较大，而且废水中苯、酚浓度较低，回收苯、酚经济性较差。含酚废水的处理方法较多，诸如蒸汽化学脱酚法、蒸汽脱酚法、焚烧法、溶剂萃取脱酚法、树脂脱酚法、磺化煤吸附法、生化法等十几种酚水治理方法都曾有人在处理类似酚水的煤气站中尝试过，但由于脱酚效率不高，治理不彻底，容易形成二次污染，工艺运行条件苛刻或运行成本较高等原因，实际应用都不太理想。例如，被广泛认为治理含酚废水较为彻底的的酚水焚烧法，存在运行成本过高的弊端，利用焚烧法处理含酚废水，处理每吨酚液约消耗8.4×103MJ的热量，折合自产干馏煤气（热值16.1MJ/Nm3）522Nm3左右【7】。如果利用该种方法处理含酚废水，褐煤提质过程生产的煤气全部用于焚烧酚水，仍然存在燃料缺口，系统的整体经济性将大打折扣。
2.3提质煤的储存和长途运输问题
提质煤粒度小、水分低，给产品储存和长途运输带来诸多不便，在产品储存和长途运输方面，必须注意防火、防爆和防扬尘。
3. “褐煤固体热载体快速热解技术”工业系统问题的解决方案
3.1煤气净化与焦油回收问题解决方案
图3煤气净化系统工艺流程简图
煤气净化工艺要结合煤气的自身性质、净化目的和目标而确定，例如图3 为其中一种煤气净化冷却工艺。干馏车间的490℃荒煤气首先进入高温除尘器，去除煤气中的未除尽的颗粒状粉尘；然后进入余热换热器，在此，利用冷介质水间接回收煤气显热并汽化为水蒸气，同时煤气温度降低至150-160℃左右；经过初冷后的煤气再进入空气冷却器，煤气与外界空气进行自然间接换热，使煤气温度降低至110-120℃左右；然后煤气进入静电除焦器，在此捕除煤气中绝大部分焦油；煤气出静电除焦器后进入双级间接冷却器，煤气温度在此降至30-35℃，同时，煤气中的大部分含酚废水和轻油被冷凝出来；煤气出双级间接冷却器后经煤气加压机加压，加压后的煤气进入脱硫系统，将煤气中的H2S捕除至要求指标，该脱硫系统的形式根据原料煤初始含硫高低确定，可以为单独的湿法脱硫，也可以为湿法与干法相结合的脱硫系统，煤气经过脱硫处理后，可供应用户使用。
煤气中焦油的分离，关键在于煤气净化工艺中各节点煤气温度的控制。由于煤气压力较低，原始煤气在490℃时，煤气中的水属于欠饱和状态，而此时煤气中的焦油也未达到冷凝温度，呈气态存在，只有粉尘呈固态颗粒状存在，所以先在高温除尘器中进行粉尘的捕除；煤气进入静电除焦器前，一直保持在110℃以上，在此阶段煤气中的水不会冷凝出来，而煤气中的焦油在此温度下，冷凝量接近90-95%，所以，双级间接冷却器前高温除尘器后各设备捕除的几乎只有焦油；在双级间接冷却器处，随着煤气温度的降低，含酚废水和轻油被冷凝出来，含酚废水和轻油较易分离。
3.2含酚废水的处理问题解决方案
含酚废水的一种有效治理措施就是制成“粉煤－酚水”水煤浆，作为燃料应用。水煤浆的燃烧温度一般为1100-1300℃，在此温度下污水中的酚及其它有害有机物质剧烈地燃烧分解成H2O和CO2，然后随燃烧烟气排入大气中，从而达到治理含酚污水的目的，其脱酚机理与焚烧法相同。制水煤浆的含酚废水可以不作任何预处理，废水中少量的油类还可以提高水煤浆热值，另外废水中酚等有机物的存在有利于提高水煤浆的稳定性，便于制备水煤浆，从而可以达到降低生产成本的目的【1,8】。
在“褐煤固体热载体快速热解技术”工业系统，水煤浆可以替代干馏煤气作为热烟气发生炉的燃料，节省下的干馏煤气可以进行燃气发电，即利用干馏煤气为燃料驱动燃气内燃机发电，如此，既解决了含酚废水的污染问题，同时又使能源得以优化利用。
3.3提质煤储存和长途运输问题解决方案
为便于提质煤的储存和运输，可以考虑将提质后的煤添加适当粘结剂制成“提质型煤”，型煤粒度可以据用途不同而异，考虑长途运输过程中的频繁倒运和雨季影响，该型煤必须具有较高的机械强度和较好的防水性能。“提质型煤”的干燥热源可以应用褐煤提质过程中剩余的废热烟气，提高系统能源利用率。
4.结论
褐煤加工利用在我国起步较晚，褐煤热解提质的工业化生产技术尚待进一步发展和完善，多领域、多行业相结合是解决问题的有效途径之一，往往一个问题的解决，可以牵出一系列的问题，但这一系列问题的解决必将造就一套完善的工艺系统，“褐煤固体热载体快速热解技术” 工艺系统的完善与提高，势必给其他褐煤提质技术提供有效的完善思路。
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