一种煤热解高温含尘油气的除尘工艺及装置

本发明涉及煤热解，具体涉及一种煤热解高温含尘油气的除尘工艺及装置。

背景技术：

1、我国资源禀赋的特点决定了煤炭在我国经济发展中的战略地位。发展煤炭的分级分质梯级利用技术，是实现煤炭清洁高效利用的重要途径。煤热解是煤炭分级分质梯级利用的一种方式。但是在煤热解过程中，产生了含有大量细煤粉的高温油气，这些高温含尘油气温度高、易相变，油气中所含的焦油冷却会夹带大量粉尘，不仅影响焦油产品质量，而且焦油的流动性变差，导致设备及管道堵塞；同时在高温环境下，高温油气中粉尘会加剧重质组分的裂解、缩聚反应，使重质焦油产生析炭和结焦等问题，也会导致系统堵塞。因此高温含尘油气中的粉尘问题使煤热解无法实现长周期运行，成为制约煤热解技术发展的瓶颈。

2、据此，研究人员相继开发了诸多高温油气除尘技术，期望通过对焦油气中粉尘的脱除来实现热解工艺的长周期稳定运行。目前高温含尘油气除尘技术主要包括，旋风分离除尘、金属网过滤除尘、陶瓷过滤器除尘、静电除尘和颗粒床过滤除尘等。但上述方法均无法有效地实现高温含尘油气除尘。如旋风分离技术仅适用于含尘油气的初步分离；金属网过滤技术和陶瓷过滤器等表面过滤技术可实现焦油气中细小颗粒物的脱除，但其会加剧挥发物反应，形成析炭永久堵塞过滤通道；静电除尘技术中绝缘子性能易受高温影响，带电粒子对气体组成敏感，引发油气反应形成析炭等问题突出。金属网过滤除尘、陶瓷过滤器除尘、静电除尘和颗粒床过滤除尘虽可过滤脱除含尘焦油气中自带的粉尘，但难以抑制挥发物反应导致的析炭问题。另外颗粒床除尘还存在滤料的选择和再生问题。如中国专利cn104785016 a公开了“除尘剂及使用该除尘剂对煤热解气体除尘的工艺及装置”和中国专利cn 205974380 u 公开了“一种内置颗粒床和旋风除尘器的粉煤热解除尘系统”在脱除油气中的粉尘时均用到了颗粒床除尘的方式。颗粒床实质是一种深层过滤模式，通过颗粒床层将油气中的粉尘颗粒拦截从而达到除尘的目的。但颗粒床在除尘过程中对高温油气中的焦油会产生较强烈的吸附作用，最终降低焦油的收率，且颗粒床的再生也比较困难，从而严重影响煤热解工艺的经济效益。

3、基于此，有必要开发一种新的煤热解高温含尘油气的除尘工艺。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种煤热解高温含尘油气的除尘工艺。该工艺既可以将含尘油气中的焦粉有效去除，同时又可获得高的焦油收率，提高了煤热解企业的经济效益。

2、本发明通过采用高温油气粗颗粒分离与低温焦油离心分离的方式，实现对含尘油气中的焦粉进行有效分离，最终获得洁净焦油和洁净煤气。

3、本发明提供了一种煤热解高温含尘油气的除尘工艺，包括以下步骤：

4、首先煤热解产生的高温含尘油气通过大颗粒分离器，在大颗粒分离器中除去油气中40-50微米以上的较大焦粉颗粒；从大颗粒分离器中出来的含尘油气进入小颗粒分离器，在小颗粒分离器中除去5-10微米以上的中小焦粉颗粒；从小颗粒分离器中出来的含尘油气进入焦油阱，在焦油助沉剂的作用下由焦油阱将油气中的焦油收集，得到粗焦油和粗煤气；粗焦油进入离心机在110-120℃下离心分离，将焦油中的粉尘颗粒离心分离即得洁净焦油；粗煤气进入水阱将粗煤气中的水蒸汽冷凝收集后得干煤气；干煤气与凝聚剂混合进入滤网过滤器，在滤网过滤器中除去粗煤气中的细小焦粉颗粒即得洁净煤气。本发明有效实现对高温油气的除尘，避免了系统堵塞，保证热解工艺的顺行，且获得较高的焦油收率。

5、上述的除尘工艺，具体包括以下步骤：

6、（1）大颗粒分离器分离大焦粉颗粒：煤热解产生的高温油气在高温下进入大颗粒分离器，油气中40-50微米以上的焦粉颗粒在大颗粒分离器中分离；

7、（2）小颗粒分离器分离中小焦粉颗粒：从大颗粒分离器中出来的油气通过高温风机将油气快速引入小颗粒分离器，在小颗粒分离器中将油气中5-10微米以上的焦粉颗粒进行分离；

8、（3）焦油阱分离收集油气中的焦油：从小颗粒分离器中出来的热解油气进入焦油阱，通过向焦油阱中喷入焦油助沉剂，并控制焦油阱的温度及高温油气在焦油阱中的停留时间，将油气中的焦油收集得粗焦油和粗煤气；

9、（4）粗焦油离心分离得洁净焦油：焦油阱中的粗焦油在110-120℃下进入离心机，通过离心将粗焦油中的粉尘颗粒离心分离即得洁净焦油；

10、（5）水阱分离粗煤气中水蒸汽：粗煤气进入水阱，通过控制水阱的温度及粗煤气在水阱中的停留时间将粗煤气中的水蒸汽冷凝收集得干煤气；

11、（6）滤网过滤器分离粗煤气中细微焦粉颗粒：干煤气与凝聚剂混合进入滤网过滤器，在滤网过滤器中除去干煤气中的细小焦粉颗粒即得洁净煤气。

12、上述煤热解高温含尘油气的除尘工艺中，所述的煤热解高温含尘油气可来自于褐煤热解、烟煤热解或两者混合物热解，其温度在400℃以上。

13、上述煤热解高温含尘油气的除尘工艺中，所述的大颗粒分离器为内设多层隔板的重力沉降室，其中隔板通过惯性作用对大颗粒起到拦截功能，同时内设的隔板延长了油气在重力沉降室中的停留时间，从而增强重力沉降的除颗粒物效果；大颗粒分离器在高于400℃以上的高温下工作，能够分离油气中40-50微米及以上的焦粉颗粒。

14、上述煤热解高温含尘油气的除尘工艺中，所述的小颗粒分离器为三级串联的旋风分离器，三个串联的旋风分离器的直径比为1：0.9：0.8，高度比为1：1.2：1.5，旋风分离器可在高于400℃以上的高温下工作，能够除去油气中5-10微米及以上的焦粉颗粒，且不会造成旋风分离器堵塞。所述的快速指热解高温含尘油气以35-45m/s的速度进入小颗粒分离器中的第一级旋风分离器。第一级旋风分离器可去除油气中70%左右的5-10微米以上的焦粉颗粒，第二级旋风分离器可去除油气中20%左右的5-10微米以上的焦粉颗粒，第三级旋风分离器可去除油气中10%左右的5-10微米以上的焦粉颗粒。

15、上述煤热解高温含尘油气的除尘工艺中，所述的焦油阱为箱式装置，箱体内中部设有蛇管式油气流道，高温含尘油气从箱体左侧进入，在箱体上部和右侧设置的焦油助沉剂喷淋口，连续往油气流道内部喷入焦油助沉剂，在焦油助沉剂作用下油气通过蛇管式油气流道，在箱体右侧集油斗底部收集粗焦油，从箱体右侧顶部流出粗煤气。

16、具体地，焦油助沉剂喷淋体积量为油气体积量的万分之一至千分之一，上部口喷入量为右侧口喷入量的2-3倍。

17、焦油阱将油气中的焦油分离，是通过焦油助沉剂的作用，同时控制焦油阱内部温度在120-140℃范围内，油气在焦油阱中的停留时间为30秒-20分钟范围内，高温油气中的焦油在此沉积到集油斗底部，进行收集得粗焦油和粗煤气。控制焦油阱内部温度在120-140℃范围可以保证焦油助沉剂发挥较佳效果，同时也可以保证粗焦油具有较好的流动性以便于进行后续处理。

18、上述煤热解高温含尘油气的除尘工艺中，所述的焦油助沉剂为四氢萘和氢化蒽油的混合物，其中四氢萘和氢化蒽油的体积比是1：1-1：10，其在120-140℃内与焦油有较好的亲和力，可以辅助焦油凝聚沉降。

19、上述煤热解高温含尘油气的除尘工艺中，所述的粗焦油在110-120℃下进行连续的离心分离，离心转速在4000-8000 r/min，可分离粗焦油中99.5%以上的焦粉颗粒，得到洁净焦油。 同时得到含有焦粉颗粒的焦油渣统一收集处置。

20、上述煤热解高温含尘油气的除尘工艺中，所述的水阱分离粗煤气中水蒸汽，具体为通过控制水阱的温度在80℃以下，及粗煤气在水阱中的停留时间为30秒-5分钟，将粗煤气中的水蒸汽冷凝收集得干煤气。

21、上述煤热解高温含尘油气的除尘工艺中，所述的滤网过滤器为可过滤0.1微米以上的细小颗粒粉尘过滤器，可在凝聚剂的辅助作用下除去干煤气中的细小颗粒物得到洁净煤气。

22、上述煤热解高温含尘油气的除尘工艺中，所述的凝聚剂为聚合硫酸铝和聚乙烯醇的混合物，其中聚合硫酸铝和聚乙烯醇的质量比为1：1-1：8，其用量为气体中细小颗粒物质量总量的1%-10%；在凝聚剂的辅助作用下可使煤气中的细小颗粒物凝结聚集。

23、上述煤热解高温含尘油气的除尘工艺中，焦油收率高于热解用煤的格金干馏收率的90%，最终的焦油中含尘量在0.1%以下，远低于国标（yb/t 5075 2010）煤焦油中灰分指标小于0.13%的要求，洁净煤气中含尘量在5mg/nm3以下，低于焦炉煤气中含尘量指标小于10mg/nm3的要求。

24、本发明提供了一种煤热解高温含尘油气的除尘装置，由依次连接的大颗粒分离器、小颗粒分离器、焦油阱、水阱、滤网过滤器、离心机组成；所述所述的大颗粒分离器为内设多层隔板的重力沉降室，其中隔板通过惯性作用对大颗粒起到拦截功能，同时内设的隔板延长了油气在重力沉降室中的停留时间，从而增强重力沉降的除颗粒物效果；小颗粒分离器为特定比例三级串联的旋风分离器，三个串联的旋风分离器的直径比为1：0.9：0.8，高度比为1：1.2：1.5；所述的焦油阱为箱式装置，箱体内中部设有蛇管式油气流道，在蛇管式油气流道的上、下方分别设有温控装置，蛇管式油气流道的头部和尾部分别与焦油助沉剂喷淋口连接；蛇管式油气流道为水平设置，右侧设有集油斗，其左侧与高温含尘油气入口连接，右侧集油斗口与粗焦油出口连接，蛇管式油气流道尾部连接垂直向上设置的粗煤气出口；滤网过滤器为布袋除尘器、金属滤网过滤器或陶瓷过滤器。

25、所述的焦油阱为箱式装置，箱体内中部设有蛇管式油气流道，高温含尘油气从箱体左侧进入，在箱体上部和右侧设置的焦油助沉剂喷淋口，连续往油气流道内部喷入焦油助沉剂，在焦油助沉剂作用下油气通过蛇管式油气流道，在箱体右侧集油斗底部收集粗焦油，从箱体右侧顶部流出粗煤气；控制焦油阱内部温度在120-140℃范围内，油气在焦油阱中的停留时间为30秒-20分钟范围内，高温油气中的焦油在此沉积到集油斗底部并进行收集得粗焦油和粗煤气。

26、本发明的有益效果：

27、（1）本发明可有效实现煤热解高温含尘油气的除尘，除尘效率高于99.5%。

28、（2）本发明合理利用高温油气热量，焦油收率高于格金干馏收率的90%，具有较强的环保和经济效益。