張喻，高寧博，全翠，王鳳超

（1 西安交通大學能源與動力工程學院，陜西 西安 710049；2 陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責任公司，陜西 西安 710100）

基于我國“貧油、少氣、相對富煤”的能源結(jié)構(gòu)特征，在相當長的時期內(nèi)，煤炭仍將是我國能源和化工原料的重要來源。根據(jù)煤炭地質(zhì)總局第三次全國煤田預測，我國垂直深度2000m，以淺的低階煤預測資源量為26118.16 億噸，占全國煤炭資源預測資源量的57.38%。根據(jù)國家統(tǒng)計局資料，低階煤產(chǎn)量已超過50%，且隨著煤炭主產(chǎn)區(qū)西移，其占比逐年增大。相對于變質(zhì)程度較高的煤，低階煤成煤時間短、側(cè)鏈多、揮發(fā)分高，這些特點決定了可以通過常壓、中低溫的熱解技術(shù)，提取煤中高附加值油氣，同時脫除氮、硫、多環(huán)芳烴等污染物，在溫和的條件下高效、經(jīng)濟地實現(xiàn)煤的高附加值化和清潔化，進而推動煤炭供給側(cè)改革進程，補充油氣資源供給。因此低階煤的中低溫熱解技術(shù)能夠與煤制氣、煤制油、煤制化學品技術(shù)并列為重大煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化龍頭技術(shù)，并被列入《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》。

熱解工藝中，需在熱解爐之后、焦油冷凝前的高溫段，去除高溫油氣中的焦粉。高溫油氣中的焦粉若無法及時高效過濾，將會導致后續(xù)焦油回收環(huán)節(jié)中的管路堵塞、關(guān)鍵設備磨損嚴重。傳統(tǒng)的低階煤中低溫熱解爐型主要為立式爐，已有數(shù)千萬噸產(chǎn)能，但其采用濕法除塵，無法滿足當前的節(jié)能減排要求。新型低階煤熱解技術(shù)通常以產(chǎn)量大、價格低廉的粉煤、小粒煤為原料，耦合原料煤預熱、干法熄焦、高溫油氣除塵、焦油高效回收等環(huán)節(jié)，具有單爐規(guī)模大、投資低、污染小、排放少、能效高等眾多優(yōu)勢。在技術(shù)工程化過程中，高溫含塵油氣除塵技術(shù)存在較大問題，限制了其大規(guī)模推廣使用。如何高效且環(huán)保地去除高溫油氣中的焦粉，是目前眾多企業(yè)、科研機構(gòu)的研發(fā)重點。

1 低階煤熱解高溫油氣的特點

低階煤熱解高溫油氣主要有以下特點。

（1）溫度高 獲取高品質(zhì)的煤焦油是中低溫熱解的重要目標，不同地區(qū)的低階煤獲得最高油收率的溫度略有不同，一般熱解溫度在550～700℃。高溫油氣對溫度敏感，溫度降低時其中的重組分易冷凝，與粉塵形成高黏度混合物，溫度過高則會加速油氣組分反應結(jié)焦，兩個過程均會造成裝置管道阻塞，需在熱解后重組分冷凝前去除粉塵。焦油中含有沸點高于450℃的重質(zhì)組分，油氣除塵溫度一般也在500℃以上。

（2）焦粉細，量大，除塵難度大 隨著中國綜合開采率的提升，粉煤、碎煤的產(chǎn)量已超過70%，其價格相對于塊煤有著明顯優(yōu)勢。另外，小粒徑煤熱解時有著更好的傳熱傳質(zhì)效果，煤焦油收率更高。因此，小粒徑煤熱解是大勢所趨，這必然造成高溫油氣除塵前小粒徑焦粉含量高。

（3）焦油氣含量大 工業(yè)裝置為了確保煤焦油品質(zhì)，除塵器均設置在焦油回收工段前，除塵過程中煤焦油均以高溫氣態(tài)形式存在。煤焦油中含有眾多大分子芳香類有機物，典型焦油減壓餾分收率見圖1，這些大分子物質(zhì)具有腐蝕性、黏滯性，容易冷凝或發(fā)生二次反應析出焦炭顆粒阻塞設備管道，而焦粉顆粒的存在可加劇二次反應進行，降低焦油產(chǎn)量和質(zhì)量。高溫油氣的二次反應過程見圖2。

圖1 煤焦油餾分收率分布[22]

圖2 高溫油氣二次反應過程[25]

綜上所述，熱解高溫油氣中的焦粉必須去除，不僅可以提高熱解油氣的品質(zhì)，而且可減少對設備的危害，減少熱解工藝的成本，提高經(jīng)濟效益。

2 高溫油氣除塵技術(shù)

針對中低溫熱解高溫油氣的特點，通常以高溫除塵的方式實現(xiàn)油氣品質(zhì)的提升。目前常用的高溫除塵技術(shù)主要包括濕法除塵、旋風除塵、電除塵、過濾除塵（陶瓷過濾、金屬過濾、顆粒床過濾）等技術(shù)。各技術(shù)在高溫油氣除塵相關(guān)領域的研究進展介紹如下。

2.1 濕法除塵技術(shù)

濕法除塵技術(shù)的原理簡單，在除塵裝置中，高溫含塵熱解煤氣中的粉塵、焦油氣、析出的碳顆粒與水接觸后通過慣性、碰撞、靜電等多種方式沉降并被收集，達到除塵凈化油氣的作用。當前已形成產(chǎn)業(yè)化可連續(xù)穩(wěn)定運行的熱解工藝為塊煤立式爐工藝，均采用濕法除塵。陜西冶金設計研究院設計開發(fā)出的SH2007 型內(nèi)熱式立式爐的熱解氣凈化過程為：熱解爐中產(chǎn)生的夾帶粉塵和焦油的高溫煤氣向上經(jīng)過爐內(nèi)冷卻段進入上升管、橋管和集氣槽，120℃左右的煤氣在橋管和集氣槽內(nèi)經(jīng)循環(huán)氨水噴灑冷卻至80℃左右，實現(xiàn)熱解煤氣凈化。神木三江煤化工有限責任公司開發(fā)的三江方爐熱解工藝，熱解煤氣通過料層上升至爐頂，經(jīng)集氣傘陣，在90℃左右進入水封箱、文丘里管噴淋水冷后溫度降至60℃±5℃，實現(xiàn)熱解煤氣凈化。濕法除塵具有投資低、去除顆粒物同時可脫除氣體中有害化學組分的優(yōu)點，但此法只能用來處理溫度不高、較為潔凈的氣體。若處理高溫、大分子有機物含量高的氣體，則會造成熱能浪費、污水量大且難處置等問題，塊煤立式爐熱解亟需改造升級的重要原因之一便在于此。

2.2 旋風除塵技術(shù)

旋風除塵技術(shù)是一種利用旋風除塵器引導氣固兩相流形成旋轉(zhuǎn)氣流，在離心力的作用下，使顆粒與氣體分離的技術(shù)。旋風除塵器具有結(jié)構(gòu)簡單、無需活動部件、操作方便、造價較低、抗沖擊性強、動力消耗小等優(yōu)點，是高溫油氣除塵領域的重點發(fā)展技術(shù)。Huang 等通過實驗和計算流體動力學模擬，觀察到針對中位粒徑為16.9μm，密度為2500～3000kg/m的顆粒，在壁上的沉積與旋風壁溫度分布密切相關(guān)。在塵含量為0.25～0.59g/m、實際風速為13.6～18.8m/s的條件下，顆粒主要沉積在高溫（＞932K）壁部分，溫度低于873K 的部分沒有顆粒沉積，這一溫度區(qū)間滿足熱解油氣除塵要求。也有研究表明，從旋風分離器回收熱量可行，這是節(jié)能方面的另一體現(xiàn)。目前旋風分離器重要參數(shù)如入口角度、尺寸等仍在持續(xù)優(yōu)化。

旋風分離器的氣流行為復雜，壓降較大，同時其原理決定了除塵效果有限。除塵效率與粉塵顆粒大小有關(guān)，對粒徑大于50μm的粉塵除塵效率在96%以上，對粒徑小于5μm 的粉塵除塵效率為73%左右，對粒徑1μm 的粉塵除塵效率僅為27%左右。因此單一的旋風除塵器一般達不到環(huán)保要求，只能作為高溫除塵的預處理裝置，用于去除高溫油氣中的部分大顆粒粉塵。例如杜鑫等在小試裝置上通過旋風分離器和顆粒床過濾器兩級除塵來實現(xiàn)粉煤熱解高溫油氣凈化，在表觀氣速為0.3m/s、入口焦粉濃度為75g/m的條件下，旋風分離器常溫下對粒徑28μm以上的焦粉去除效果良好，對粒徑10～28μm 的焦粉除塵效率高于50%，很難去除粒徑小于10μm 的焦粉，而顆粒床過濾器對粒徑28μm 以下粉塵去除效果良好，形成互補效果；柴宗成對神木富油能源科技有限公司60 萬噸粉煤熱解示范裝置除塵部分進行了改造，通過旋風分離與濕法除塵組合工藝，實現(xiàn)了焦油品質(zhì)的提升。

2.3 電除塵技術(shù)

電除塵技術(shù)是一種利用高壓電場的電離作用使高溫氣體中的粉塵帶電，在電場作用下將帶電粉塵向電極方向移動沉淀的技術(shù)。該技術(shù)具有效率高、壓降低、無堵塞、低運行成本等優(yōu)點。在發(fā)電、冶金和水泥行業(yè)等行業(yè)應用已經(jīng)很廣泛，運行穩(wěn)定性與可靠性也比較理想。

熱解焦粉與一般的粉煤灰相比較，其碳含量高、電阻率低，電除塵技術(shù)對高溫油氣焦粉的捕集效率顯著低于對粉煤灰的捕集效率，且隨著溫度的升高，除塵效率逐漸降低?？刂瞥跏級m含量1000mg/m，針對中位粒徑59.49μm 的焦粉與中位粒徑16.75um 的粉煤灰，363～523K 時其除塵效率均在95%以上；623K 時開始，焦粉的除塵效率已開始顯著低于粉煤灰；當溫度升至900K 時，粉焦的除塵效率降至78.7%。浙江大學基于1MW、12MW循環(huán)流化床熱電氣多聯(lián)產(chǎn)工業(yè)試驗平臺，對高溫油氣電除塵工藝進行了長期深入研究，其中12MW規(guī)模實驗平臺配套高溫靜電除塵器整體試驗方案見圖3。工業(yè)試驗結(jié)果表明，高溫導致除塵效率下降，高溫含塵油氣除塵效率相對于不含油氣體更低，焦油易在腔體、絕緣子析出，造成電場短路、灰斗下料不暢等問題。而當顆粒粒徑小于1μm時，電除塵效率也會顯著下降，且電除塵技術(shù)存在著本體結(jié)構(gòu)復雜龐大、一次性投入高、反電暈問題（在電除塵器中沉積在極板表面上的高比電阻粉塵層所產(chǎn)生的局部放電現(xiàn)象）突出、熱損失嚴重等缺點。用于高溫、高壓狀態(tài)的電除塵器存在殼體變形、電極腐蝕、爆炸等風險，還有待于進一步研究。

圖3 高溫電除塵器示意圖[48]

2.4 過濾除塵技術(shù)

過濾除塵技術(shù)的原理是含塵氣體經(jīng)過濾料時，粉塵受到截留、碰撞、靜電等作用留于濾料外側(cè)或內(nèi)部，潔凈氣體順利通過濾料。過濾除塵技術(shù)因其熱損少、效率高，已成為高溫除塵領域的研究熱點。目前已有工業(yè)化應用或研發(fā)集中度高的過濾技術(shù)主要有陶瓷過濾、顆粒床過濾、金屬過濾三種。布袋除塵是工業(yè)上應用非常廣泛的一種過濾除塵技術(shù)，但過濾溫度一般不超過370℃，高溫會使塵餅更加致密，且焦油易凝結(jié)在布袋表層，難以應用在煤熱解領域。

2.4.1 陶瓷過濾

陶瓷被認為是高溫條件下有效的過濾除塵材料，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，并且在氧化、還原的高溫環(huán)境下具有很好的抗腐蝕性、抗熱震性及優(yōu)異的機械強度。陶瓷材料廣泛應用于高溫除塵領域，如普通電廠發(fā)電、增壓流化床聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)（PFBC）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)（IGCC）等。陶瓷過濾器也被認為在高溫熱解煤氣除塵領域具有很大潛力，陶瓷管在制備及使用過程中可以與催化劑耦合，在高溫條件下，將煤焦油中的重組分催化轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)焦油及低碳氣態(tài)產(chǎn)品，降低重油收率，提高焦油品質(zhì)，緩解管道堵塞。在生物質(zhì)氣化蒸汽重整試驗中，Savuto 等通過在陶瓷管與商用Ni 催化劑聯(lián)用的方式，在氣速為2.8cm/s、溫度為1048～1093K 的條件下，發(fā)現(xiàn)過濾過程中焦油、甲烷重整效果顯著，氣體中焦油含量從3g/m降至250mg/m，CH體積分數(shù)從9%降至約1.5%，HO轉(zhuǎn)化率從24%提升至50%，H體積分數(shù)從40%提升至高于50%，聯(lián)用方式及煤氣路徑見圖4、圖5。Nacken 等設計制造了一種新型的以AlO為基礎的陶瓷催化過濾器，在790℃、表觀過濾氣速為2.5cm/s 時，焦油轉(zhuǎn)化率達到81%。部分學者、企業(yè)也已將陶瓷管用于工業(yè)試驗規(guī)模煤熱解裝置的除塵工段，如黃海朋在其設計的煤1t/h規(guī)模流化床熱解與甲烷二氧化碳重整工藝中，采用陶瓷過濾器進行高溫油氣除塵；廣東天源環(huán)境科技、華能國際電力等在其申請的專利中用陶瓷過濾器作為煤熱解高溫油氣除塵設備。

圖4 部分填充催化劑顆粒的陶瓷管[60]

圖5 煤氣通過部分填充陶瓷管及完全填充陶瓷管時的路徑[60]

但在實際運行中，陶瓷過濾器經(jīng)常出現(xiàn)堵塞，導致壓降升高，影響整體工藝正常運行。雖然耦合壓力脈沖反吹技術(shù)在一些工況下可以較好地實現(xiàn)壓降穩(wěn)定與過濾器的長期運行，但對于高焦油含量的高溫熱解煤氣，重質(zhì)焦油容易在過濾器中析出，堵塞孔隙。

2.4.2 金屬過濾

金屬過濾是一種利用具有多孔特性的金屬材料進行氣固分離的技術(shù)。金屬具有良好的導熱性、抗熱震性、抗腐蝕性、滲透性、焊接性等特點，具有優(yōu)異的耐溫性和力學性能。常溫下金屬材料的強度是陶瓷材料的10倍，即使在700℃高溫下其強度仍是陶瓷材料的數(shù)倍。近年來，金屬過濾材料的高溫耐腐蝕性能得到了進一步提升，金屬間化合物，如FeCrAl、FeAl 等材料現(xiàn)已成功應用于工業(yè)規(guī)模高溫煤氣凈化，其中鐵鋁合金材料應用最為廣泛。鐵鋁合金相對于鋼和鎳基合金是輕質(zhì)材料，且可通過燒結(jié)實現(xiàn)高孔隙度，孔隙率一般為30%～60%，孔徑在0.5～50μm。在美國密西西比坎伯縣的IGCC 工廠，合成氣冷卻裝置出口粗合成氣溫度在400～500℃，且攜帶中位徑為10～15μm的細灰，經(jīng)過金屬過濾設備后細灰濃度從30000μL/L 降至0.1μL/L，連續(xù)穩(wěn)定運行效果良好。煤炭科學研究院在其開發(fā)的50kg/h外熱內(nèi)旋式熱解反應系統(tǒng)中，以13mm 以下小粒徑煤為原料，利用金屬過濾器進行高溫油氣除塵，焦油塵含量可控制在5%以下。

但金屬過濾器普遍造價高，且高溫油氣經(jīng)過金屬過濾器孔隙時可能發(fā)生的積炭、結(jié)焦，會造成不可逆堵塞，限制了其在低階煤熱解除塵領域的應用。

2.4.3 顆粒床過濾

顆粒床過濾的原理為利用物理和化學性質(zhì)非常穩(wěn)定的耐高溫固體顆粒組成過濾層或過濾介質(zhì)去除懸浮顆粒。當懸浮液流過介質(zhì)時，在范德華力、重力、靜電力等的作用下，粉塵沉積在顆粒表面。顆粒床具有耐高溫、持久性好、高效、濾料再生方式多樣化等優(yōu)點。按床層形式，顆粒床可分為固定床、流化床和移動床。固定床除塵效率較高，但必須間歇運行，過濾的氣量較??；流化床過濾效率較低；移動床可連續(xù)運行，且有著較高的過濾效率，可保持恒定的壓降。

Shi 等以粒徑大、密度小的珍珠巖為上層濾料，以粒徑小、密度大的海沙為下層濾料，設計了內(nèi)徑100mm 的雙層固定式顆粒床，進行了冷態(tài)細粉半焦除塵實驗，顆粒中位徑為27.13μm，密度為1.734g/cm，初始粉塵濃度10g/m，裝置原理見圖6。當過濾氣速為0.2m/s 時，顆粒床過濾效率為99.943%，壓降1456Pa、過濾氣速升至0.25m/s 時，過濾效率仍維持在99.937%，壓降增至1834Pa。You 等為了快速高效過濾高溫熱解油氣，設計了冷態(tài)旋風-固定式顆粒床過濾一體化除塵系統(tǒng)，以中位粒徑為10.6μm、密度為2.650g/cm的滑石粉模擬半焦顆粒進行實驗，發(fā)現(xiàn)旋風入口速率為30m/s，顆粒床過濾氣體速率為0.4m/s時，系統(tǒng)除塵效果良好，出口塵含量達到10mg/m。中國科學院山西煤炭化學研究所對高溫熱解油氣的移動顆粒床除塵技術(shù)進行了不同規(guī)模的中試研究，其中在府谷縣建成的5t/h 煤熱解燃燒多聯(lián)產(chǎn)裝置中采用移動顆粒床進行高溫油氣除塵，顆粒床濾料為粒徑5～10mm的半焦，料層厚度為300mm，當熱解裝置進煤量為2t/h、顆粒床移動速率1cm/min 時，過濾器前后壓降保持在1000Pa 左右，焦油中塵質(zhì)量分數(shù)為3.48%，效果良好。但當前高溫油氣除塵領域顆粒床過濾仍停留在中試階段，主要原因在于其建設運行成本較高，操作復雜。各技術(shù)對比情況見表1。

表1 高溫油氣除塵技術(shù)對比

圖6 雙層顆粒床除塵系統(tǒng)原理[81]

可以看出，在已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的低階煤熱解裝置中，高溫油氣凈化主要采用濕法除塵，這是由于當前熱解產(chǎn)業(yè)大多以塊煤為原料，采用傳統(tǒng)的立式爐熱解工藝，所產(chǎn)油氣溫度相對較低、粉塵量相對較小；旋風除塵主要用作高溫油氣預處理，其他技術(shù)尚無產(chǎn)業(yè)化應用。隨著粉煤熱解技術(shù)的發(fā)展及環(huán)保要求的提升，需要更為先進、環(huán)保的高溫油氣除塵技術(shù)替代濕法除塵。

3 低階煤熱解高溫油氣除塵技術(shù)專利分析

中國在低階煤中低溫熱解領域處于領先水平，諸多企業(yè)在進行相關(guān)中試研究或工業(yè)規(guī)模試驗，部分企業(yè)已建成了示范裝置，并對高溫油氣除塵領域進行專利布局。通過專利分析，可以了解高溫油氣除塵技術(shù)工程化方面最新進展，判斷該領域的發(fā)展方向。

3.1 我國煤熱解除塵領域?qū)＠傮w情況分析

利用國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索及分析系統(tǒng)，本文作者采用主題詞構(gòu)建檢索式進行檢索，對專利庫內(nèi)2021 年1 月31 日之前公布的煤熱解高溫油氣除塵凈化領域?qū)＠暾埱闆r進行統(tǒng)計分析。

結(jié)果顯示，在煤熱解高溫油氣除塵凈化領域，目前已有39 個申請人申請了81 件中國專利。圖7為煤熱解高溫油氣除塵技術(shù)的生命周期圖，可以看出，自2009 年開始有企業(yè)申請相關(guān)專利，2014—2017 年是專利申請的高峰年，2016 年、2017 年為申請專利件數(shù)和專利申請人數(shù)最多的年份，分別為25件和9人，但2018年之后專利申請數(shù)迅速回落，2018—2020 年專利申請數(shù)量分別為5 件、3 件、1件，說明技術(shù)研發(fā)方向進一步集中。

圖7 煤熱解除塵技術(shù)生命周期圖

這些專利中，發(fā)明專利占60.49%，實用新型專利占39.51%，2018 年至今申請的專利中仍有67%為發(fā)明專利，說明煤熱解高溫油氣除塵領域仍有技術(shù)要點需要突破。

專利申請人的機構(gòu)屬性及地域分布見圖8?？梢钥闯觯髽I(yè)在專利申請人中占主導地位，達到86.4%，個人占6.2%，科研單位和大專院校占比較少，這是由于要驗證設備的高溫油氣除塵效果，實驗需達到較大規(guī)模以獲取相對準確的實驗條件，對場地、資金、人員數(shù)量要求高，企業(yè)在這些方面具備優(yōu)勢。從地域分布來看，北京、陜西兩地申請專利較多。這是因為北京神霧環(huán)境能源科技集團股份有限公司在該領域申請專利數(shù)量大；此外，陜北地區(qū)是低階煤熱解技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地，適合熱解的低階煤產(chǎn)量大，當?shù)乇姸嗥髽I(yè)深耕該領域，申請專利數(shù)量大。

圖8 專利申請人的機構(gòu)屬性及地域分布

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利檢索及分析系統(tǒng)根據(jù)煤熱解高溫油氣除塵領域?qū)＠灰龜?shù)量、自引數(shù)量及申請數(shù)量，對該領域申請人的相對研發(fā)能力進行了計算排名，前5位的申請人具體情況見表2。

表2 煤熱解除塵技術(shù)專利高被引次數(shù)企業(yè)

目前，北京神霧環(huán)境能源科技集團股份有限公司、陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責任公司的煤熱解大型工業(yè)試驗規(guī)模裝置已通過國家鑒定，陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司及神木富油能源科技有限公司均建成示范裝置。以工業(yè)化裝置為平臺，這4家企業(yè)進行了大量的高溫油氣除塵工藝探索，以下對其申請的典型專利技術(shù)進行分析。

3.2 主要申請人技術(shù)特點

3.2.1 組合式內(nèi)置顆粒床除塵技術(shù)

北京神霧環(huán)境能源科技集團股份有限公司申請了諸多相關(guān)專利，采用的思路為重力除塵、顆粒床除塵、旋風除塵、管式過濾器等方式中的兩種或以上相組合，并在顆粒床結(jié)構(gòu)、濾料的選擇等細節(jié)上予以優(yōu)化，其中組合式內(nèi)置顆粒床除塵技術(shù)流程示意見圖9。半焦顆粒進入反應器下部堆積形成顆粒床過濾層，熱解氣進入內(nèi)置的旋風除塵器進行初步除塵，之后進入顆粒床二次除塵。利用該系統(tǒng)對澳大利亞褐煤、印尼褐煤進行了熱解試驗，相對于單一的旋風除塵工藝，采用旋風、顆粒床組合除塵工藝能夠?qū)⑦^濾后熱解煤氣塵含量從125mg/m、132mg/m分別降至37mg/m、34mg/m。

圖9 具有內(nèi)置除塵裝置的粉煤熱解系統(tǒng)[86]

3.2.2 組合式催化除塵

陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院擁有多套萬噸級以上熱解裝置，在大量工業(yè)試驗基礎上形成了“催化組合除塵”的思想，流程見圖10。熱解荒煤氣依次通過旋風除塵器、以催化劑為濾料的移動顆粒床除塵器以及多個并列的金屬過濾器，逐級深入過濾。利用該系統(tǒng)，大于10μm 的微粒除塵效率超過99%，焦油塵質(zhì)量分數(shù)小于4%，BTX 等輕質(zhì)組分含量相對于以陶瓷球為濾料提升80%。

圖10 中低溫干餾煤氣催化裂解和除塵一體化技術(shù)[87]

3.2.3 干燥煤移動顆粒床除塵

神木天元化工公司60 萬噸/年煤熱解工業(yè)示范裝置已建成投產(chǎn)，在高溫油氣除塵技術(shù)領域積累深厚。在其申請的利用干燥煤過濾熱解高溫含塵油氣工藝中，煤熱解氣體逆向通過由干燥煤形成的移動床顆粒層，利用干燥煤作為冷媒對煤熱解氣體進行換熱除塵，流程示意見圖11。以粒徑為10～30mm的經(jīng)過干燥的粒煤為顆粒床層，其高度占移動床反應器高度的1/3，熱解煤氣與顆粒床層流速之比為400∶1，在此條件下進行實驗，可得到潔凈煤氣。

圖11 利用干燥煤對煤熱解氣體除塵工藝[88]

3.2.4 顆粒床黏結(jié)除塵

神木富油公司擁有60 萬噸/年熱解示范裝置，在此基礎上針對熱解除塵技術(shù)進行了多年探索，其核心思想為利用原料粒煤作為濾料過濾高溫含塵熱解煤氣，通過對顆粒床型的不斷優(yōu)化來實現(xiàn)技術(shù)的工業(yè)應用。具體過程為：將低溫原料粒煤與高溫含塵油氣逆向換熱，高溫油氣冷卻并在粒煤表面析出部分高沸點物質(zhì)，使粒煤外表面具有黏結(jié)性，能夠高效吸附捕獲粉塵，而高沸點物質(zhì)黏附在粒煤表面經(jīng)進一步熱解部分固化形成半焦，部分裂解為輕質(zhì)組分，同時達到荒煤氣除塵與煤焦油輕質(zhì)化同時進行的目的。

3.3 主要申請人技術(shù)對比分析

高溫油氣除塵領域主要申請人技術(shù)各具特點：組合式內(nèi)置顆粒床除塵系統(tǒng)保溫效果好，可有效預防因溫差造成的焦油析碳、設備管壁結(jié)焦，避免設備堵塞，同時以半焦顆粒作為顆粒床濾料，抗堵性能提升，且無需考慮濾料再生及破損，成本有所降低；組合式催化除塵系統(tǒng)通過逐級串聯(lián)的方式，降低了后置精細除塵設備負荷，提升了設備穩(wěn)定性，同時將催化劑引入顆粒床除塵過程中，實現(xiàn)除塵目的同時提升了焦油品質(zhì)；干燥煤移動顆粒床除塵、顆粒床黏結(jié)除塵兩項技術(shù)均以原料粒煤作為顆粒床層填料，高溫含塵油氣與原料煤逆向接觸，同步實現(xiàn)熱解氣除塵、原料煤預熱、重組分截流，降低設備堵塞奉獻，減少顯熱損耗。

可以看出，這4項技術(shù)均采用了移動顆粒床除塵技術(shù)，說明該技術(shù)已成為企業(yè)突破高溫油氣除塵技術(shù)瓶頸的重要方向。為了獲取較高的焦油收率，同時防止管道堵塞，油氣除塵溫度一般高于450℃，但450℃以上油氣二次反應加劇，結(jié)焦情況惡化，顆粒床優(yōu)異的抗堵性能使其具備在這一復雜工況下平穩(wěn)運行的潛力。濾料選擇方面，3項技術(shù)以半焦或原料煤為濾料，1項以催化劑為濾料，說明企業(yè)注重通過選擇合適的濾料來克服顆粒床除塵技術(shù)建設運行成本高的問題——半焦或原料煤床層無床層建設、再生成本，催化劑顆粒床層可優(yōu)化高溫油氣組分，降低顆粒床壓降，拉長再生周期。此外，組合式內(nèi)置顆粒床除塵和組合式催化除塵技術(shù)均將顆粒床作為組合除塵技術(shù)的一部分，以優(yōu)化其過濾效率較低的問題——顆粒床除塵器之前增加旋風除塵器，之后增加金屬過濾器，逐級降低負荷，優(yōu)化操作條件，逐步提升效率。

4 結(jié)語

（1）低階煤熱解高溫油氣具有溫度高，所含焦粉粒度小、濃度大，所含焦油氣包括眾多大分子芳香類有機物，易冷凝或發(fā)生二次反應析出碳顆粒，堵塞管道，腐蝕設備。

（2）濕法除塵作為主體工藝，旋風除塵作為預處理工藝已廣泛應用于當前塊煤熱解產(chǎn)業(yè)中，但前者節(jié)能環(huán)保效果差，無法適應粉煤熱解工藝，后者對小粒徑粉塵的去除效果差，無法單獨使用；靜電除塵、陶瓷過濾、金屬過濾、顆粒床過濾等技術(shù)在低階煤熱解領域中均處于試驗階段，未見穩(wěn)定產(chǎn)業(yè)化運行案例。

（3）高溫熱解油氣除塵領域?qū)＠暾垟?shù)量、申請人數(shù)量持續(xù)減少，關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方向進一步集中；專利申請人以企業(yè)為主，優(yōu)勢企業(yè)主要在顆粒床除塵、催化除塵、組合除塵等方向布局專利，這應是高溫油氣除塵技術(shù)的研發(fā)方向。