粉煤热解技术研究与探讨

粉煤热解技术研究与探讨

鲁娟娟

胜邦科技股份有限公司  陕西省西安市  710065

摘 要: 本文主要对气固热载体双循环快速热解技术（SM-SP）的工艺原理进行了探讨和工艺技术特点的阐述。

关键词: 粉煤；热解；干馏；

我国作为富煤大国，煤炭资源极为丰富，不论从能源利用，还是从国家战略角度考虑，十二五、十三五期间国家积极鼓励煤化工的发展，各大企业也积极投资建项。然而我国受传统利用技术的制约煤炭资源的利用率并不高，而且还带来了各种污染和浪费，这与清洁高效的利用产生背离的同时，更不利于节能减排目标的实现。煤炭分级分质利用［1］迫在眉睫，煤炭分级分质利用通常以煤炭热解工艺为基础，对煤热解产物煤气、煤焦油、半焦等进行深加工利用，生产多种具有高附加值的化工产品，从而实现煤炭利用最大化。

热解技术通常指的是在隔绝空气或惰性气氛下，将煤炭加热至 500~650℃，利用其物理、化学变化使挥发分分解析出的过程，称为煤热解。煤热解过程的产物为煤焦油、煤气及半焦。目前，主流的技术有以下几种：DC热解技术、LCC 热解技术、带式炉热解技术、国富炉煤热解技术（GF）、无热载体蓄热式移动床热解技术、气固热载体双循环快速热解技术（SM-SP），此文以胜帮科技股份有限公司承建的1500 万吨/年煤炭分质清洁高效转化示范项目热解启动工程对气固热载体双循环快速热解技术（SM-SP）进行简单介绍。

一、工艺流程简述

本装置分为磨煤干燥单元、粉煤进料单元、干馏及烧炭单元、分馏单元；

1. 磨煤及干燥单元

来自原煤仓的原煤加入到磨煤机内。在磨煤机内磨成粉状，并由高温惰性气体干燥。惰性气体将干燥后的粉煤输送到进料单元的原料罐，通过原料罐内的旋风分离器将大部分（约 95%）的煤粉分离出来，剩余固体颗粒随着干燥惰性气返回磨煤干燥单元的粉煤袋式过滤器，将该部分细粉进行脱除，除尘后惰性气体中的粉尘含量＜10mg/Nm3。

2. 粉煤进料单元

粉煤来自磨煤单元磨煤机，通过干燥惰性气体将磨煤机出口粉煤细颗粒经进料旋风分离罐送至原料罐中，然后进入锁斗送至计量给料罐中，计量给料罐底装有叶轮给料机并有质量称重计，在保证密封性的同时，实现煤粉的连续稳定计量进料。系统松动风和保压风由各个粉罐泄放至原料罐中除尘。

3. 干馏及烧炭单元

煤粉自计量给料罐经叶轮给料机给料进入提升管反应器［2］，由来自分馏装置的加压循环煤气流化输送，并与来自烧炭器的热载体粉焦快速混合进入提升管反应器，在提升管反应器中进行粉煤热解反应，生成油气、粉焦及少量水蒸汽，然后进入沉降器进行气固快速分离。同时，来自烧炭器的热载体粉焦通过热载体斜管，进入热载体提升管，在循环煤气流化作用下输送至沉降器进行气固快速分离。这样可以进一步提高沉降器内固体物料的温度，在汽提蒸汽的作用下实现粉焦的二次热解反应。反应提升管从底部进入沉降器，并在顶部直接与沉降器内旋风分离器入口相连，实现油气与粉焦的快速分离。高温油气经沉降器内旋风分离器分离固体后，携带少量粉焦进入反应沉降器内旋风分离器，经再次分离后，高温油气进入分馏塔。沉降器中大部分粉焦通过沉降器斜管循环进入烧炭器加热升温和发生部分氧化反应，其余部分作为产品粉焦自沉降器下部依靠重力，进入沉降器产品焦冷却器 I，在沉降器产品焦冷却器 I 底部粉焦依靠旋转阀汽提输送至产品焦缓存罐。开工工况下，可将粉焦从产品焦缓存罐转送至烧炭器［3］。为防止粉焦冷却出现问题，装置停工，因此设置一条粉焦冷却备用线，由沉降器进入产品焦蒸汽发生器，在产品焦蒸汽发生器底部设置产品焦冷却器，冷却后的粉焦依靠旋转阀汽提输送至产品焦缓存罐。其中反应沉降器内旋风分离器收集下来的粉焦，依靠重力依次进入反应沉降器缓存罐、产品焦冷却器 III，然后通过旋转阀汽提输送至产品焦缓存罐。中的粉焦。烧炭器中的高温粉焦作为热载体由烧炭器进入热载体立管，

粉焦在烧炭器中部分燃烧，释放出大量的热量从而加热升温烧炭器中的粉焦。烧炭器中的高温粉焦作为热载体由烧炭器进入热载体立管，然后与进料单元来的新鲜粉煤混合，提供热解反应热源。烧炭器顶部的烟气经烧炭第一级旋风分离器、烧炭第二级旋风分离器和烧炭第三级旋风分离器分离粉尘后，进入余热锅炉系统，余热锅炉出口烟气送至磨煤系统，作为磨煤系统干燥的惰性气体。余热锅炉出现故障时，装置产生的烟气可暂时排入烟囱。其中烧炭第二级旋风分离器收集下来的粉焦，依靠重力进入产品焦冷却器 II 和烧炭第四级旋风分离器收集下来的粉焦，依靠重力进入烧炭器产品焦冷却器 IV 然后分别通过旋转阀汽提输送至产品焦缓存罐。产品焦缓存罐中的产品粉焦由氮气输送至乙二醇项目作为锅炉燃料。

4. 分馏单元

    由沉降器顶来的反应油气进入分馏塔底部，通过人字挡板和塔板与冷油逆流接触，洗涤反应油气中的粉焦并脱除过热，使油气在饱和状态中进行分馏。分馏塔底油通过分馏塔底泵加压后进入分馏塔底油蒸汽发生器和分馏塔底油除氧水换热器，经换热冷却后一部分返回塔底，一部分送至罐区。分馏塔上部 1#集油箱中的热油经顶循环泵加压后送至顶循环空冷器，降温后的一中油一部分返回分馏塔顶部，一部分并入塔顶轻油出装置线。分馏塔中部 2#集油箱中的热油经二中油循环泵加压后送至二中油蒸汽发生器，降温后的二中油返回分馏塔中部，一部分送至罐区。分馏塔塔顶油气经分馏塔顶空冷器、分馏塔顶冷却器冷却后，进入馏塔顶回流罐进行气液液三相分离。分离出的轻油由分馏塔顶产品泵抽出进入油水分离罐进一步分离后，送至罐区，水返回分馏塔顶回流罐；分离出的污水由污水泵抽出，至工艺污水处理装置；煤气进入电捕焦油器处理后通入循环煤气压缩机，电捕焦油器捕捉到的焦油自流入焦油缓冲罐，通过焦油泵打入分馏塔顶回流罐，进行油水分离。

二、工艺技术特点

原料粉煤平均粒径控制约 100μm，控制≤5μm 含量小于 5%，粒径选择合适，保证了热解油气的气固分离效率。采用提升管反应器、半焦湍流烧炭器进行快速热解，传热速率快、效率高。采用快速分离技术实现气固分离，减少油品二次热解反应。采用气固体热载体工艺，产品煤气热值高，品质好，煤焦油收率高。部分借鉴催化裂化工程经验，工艺先进，设备可靠，能满足长周期稳定运行，装置易于大型工业化。采用油气急冷技术，减少焦油结焦。装置采用分馏技术进行产品分离，并回收热量，装置能耗低。粉焦采用干熄焦，油品回收采用油洗回收工艺，减少了废水的生成，节能环保。

三、结论

与煤制油、煤制气等煤化工技术相比，煤热解技术具有工艺路线简单、投资低、公用工程装置配套少、操作条件温和等特点，是实现我国高储量低阶煤炭大规模分级分质清洁高效利用的重要途径之一。煤热解技术可以最大限度挖掘煤炭的原料属性，提高产品附加值，延长煤炭产业链，此项目的建设符合国家能源发展战略和国家产业政策要求，对国家煤化工发展具有深远意义。

［1］ 郭崇涛．煤化学［M］. 北京: 化学工业出版社，1992.

［2］ 沈和平，任鹏，常伟先，等．提升管气力稀相输送工艺方法: 中国，105692205［P］． 2016－06－22．

［3］ 沈和平，任鹏，常伟先，等．粉煤热解反应烧炭循环系统: 中国，105694933［P］． 2016－06－22．