摘要：国内产生的沫煤，主要是机采和破碎过程中产生的。机采生产出来的煤，＜6mm的沫煤占总煤量的65%左右，≥6mm的煤占总产量的35%左右；备煤破碎工序的生产过程中，再次产生的沫煤产率也大体如此。根据现有沫煤热解生产和实验情况，采用小粒煤直立碳化炉型、混热式混煤碳化炉等，最大配沫煤量不足其用量的 25%，还有超过60%的沫煤（≤6mm)仍然无法处理。沫煤的低温热解工艺，目前是煤碳企业中进行粉煤平衡利用的重要补充。因而以沫煤为原料的热解工艺必将成为煤热解的主流工艺。目前沫煤的新法干馏工艺多种多样，虽然大都进行了过程放大，但仍没有真正成熟的大规模工业应用。其中，沫煤热解过程中的 粉焦和热解气的高温在线分离，是新法工艺遇到的主要技术难题之一。
关键词：固定床颗粒 高温除尘器 金属间化合物 技术方案
一．引言
1.1.问题的提出
沫煤在中、低温热解过程中产生的含尘干馏气体温度高、易相变。热解粉焦和热解油气高温在线分离效果不理想，最终导致煤焦油中的固含量偏高，油品质量较差，无法满足煤焦油进一步深加工的质量指标。沫煤热解过程中含尘干馏气的除尘技术及关键设备的开发研究，已经成为煤炭中低温热解领域急待开发的课题。
通过我国许多煤碳能源企业和研究机构的大量示范装置及工业实验的结果对各种对各种高温气固分离器的验证分析来看。已基本形成较一致的看法，即采用多级干法除尘工艺：旋风除尘+颗粒除尘；旋风除尘+超重力除尘；（旋风除尘）+膜式金属滤芯等，国内目前的目光主要集中在两种高温除尘方式：颗粒除尘法和金属膜滤芯除尘法，这两种方法都是阻拦过滤式除尘方法，在原理上没有实质性的突破。
最近另有传闻说，NOVEL公司中在神华宁煤煤制气气化炉对含尘焦油煤气采用“G54型多因子旋流子母分离器”捕获大部分粉尘后，再采用间接冷却让焦油凝结，第三关通过“G50型羽叶式气液分离器”进一步回收焦油，获得了成功。但未见到官方详实的报道。
1.2.沫煤低温热解气不同于高温热解气的特点
沫煤中低温热解产生的含尘干馏气具有如下特点。
1）中低温热解干馏气主要由热解含油气和热解粉焦组成，粉尘粒度小，含量高。尤其是褐煤利用回转窑设备的热解 ，热解过程中一方面不存在胶体形成阶段，仅发生激烈分解，析出大量气体和焦油，无粘性，形成的半焦为粉状；第二方面是粉焦在回转窑内处于搅拌状态，回转流动落差大（几米高度的落差），加之回转窑内腔处于正压工作环境，出窑的干馏气中的含尘量更大（接近密相）！容易沉积，堵塞管道、阀门、甚至导致除尘器等设备及检测装置瘫痪。
2）热解气介质的温度高，一般在400～600℃左右。
3）热解气中的硫化氢、氨等腐蚀性气体含量高，还含有少量碱金属、重金属等蒸汽。
4）中低温热解气体成分复杂，气体介质在分离设备中存在后续反应，易析炭，发生结焦现象。且热解气中含有易冷凝和黏结的大分子芳烃，容易导致过滤器及管道、阀门等的粘结堵塞与管道堆积现象，且难以清理。
5） 热解含油气对温度变化非常敏感，易相变，其中的焦气在低于370℃左右便可能析出液相，由气、固两相变为气、液、固三相，发生粘结更加难以分离。
6）开车工况和正常运行工况含尘气体组成有差别。
二、两种荒煤气高温在线除尘器技术研究与工试的现状
2.1.颗粒床除尘器
颗粒床除尘器已经工试的主要的两种技术文方案，一种是固定床除尘器；另一种是移动床方案。
固定床颗粒床有多床层与单床层过滤的区分，神华集团6000t/a煤热解试验采用筛分后的高温半焦进入颗粒床除尘器作为过滤介质，在中试装置中有过尝试，但除尘过程易堵，运行效果不佳。至于为何产生堵塞，没有相关的原因总结分析报道。我们猜测是因除尘器温降太大及结构设计不良导致的。
广汇能源于2015年在新疆淖毛湖建立了一套处理量为800Nm3/h的多床层颗粒固定床中试装置对含尘含油干馏气进行了模拟工试，运行的结果相当满意，但试验用煤准备的量不够多，导致因运行时间短，加之在后续的装置拆解观察统计过程中，观察到的管道内及阀门处积灰严重而导致对其是否能长期运行存在不确定因素（处理气量逐渐减少）。
哈尔滨瑞格能源技术发展有限公司宣称：其将颗粒床与布气系统（高温烟气补热管）结合在一起，设计的颗粒床除尘器在模拟工况下，取得了良好的效果，但未见其有工业化成功的报道。
关于移动床颗粒除尘器的中试了解到的情况如下：
移动床颗粒除尘器技术方案主要是以中科院山西煤炭化学研究所为代表的。其联合陕西府谷县恒源煤焦电化有限公司，在府谷地区建立了1套75 t/h燃烧-热解的粉煤热解中试装置。高温气与焦的分离采用移动颗粒床过滤器，介质用的是高温半焦颗粒，颗粒从上面进，往下流，在底部排出。含尘气体从中间穿过排出的半焦和灰后进焦/灰斗，过滤后直接放入锅炉燃烧，排灰温度在500℃以上，以防煤焦油凝结。经过过滤后，焦油中含尘的质量分数小于5%（工业要求）。据称中试结果能满足工业要求，但无连续稳定运行记录。
另据神要富油传闻（因都处于技术保密，无官方报道），其粉煤热解采用移动颗粒床最终宣告失败。
2.2.金属间化合物膜滤芯式高温除尘器
金属间化合物膜滤芯式高温除尘器主要以成都易态科技有限公司的“金属间化合物非对称膜除尘技术”为代表提出的荒煤气高温干法除尘方案。采用该公司具有自主知识产权的“YT膜滤芯”结合脉冲式反吹清灰系统设计的除尘器，主体设备的原理看起来和高温布袋除尘器相类似。最大差别在于，金属滤芯是刚性的，有温度应力与应变效应，滤孔是固定不变的，耐高温耐腐蚀抗冲击，不风化；布袋滤心是柔性的，无温度应力应变效应，滤孔可有限变形，耐温性低，易风化强度差。
金属间化合物膜滤芯式高温除尘器据称在河北龙成煤高效有限公司，河南佰利联合化学股份有限公司，北京国电龙源环保工程公司等多家单位运行良好，但未见官方公开报道。
三、两种荒煤气高温在线除尘器在具体工业化生产应用中的缺陷与隐患预判
关于颗粒床除尘器与金属膜滤芯除尘器各自的优点，相信各供货商都作了充分的说明与展示，这里不再赘述。重点讨论我们担心的部分。
3.1.颗粒床除尘器
通过我们广汇的中试过程观察到的现象来看，主要的隐患与担心有以下几个方面：
1）荒煤气进气管道的积灰堵塞、阀门堵死及阀门再次动作隔断失效问题。
2）各进、出气支管阀门的冷却后粘死问题（焦油冷疑粘结）。
3）每次反吹清灰不彻底，随着过滤时间的增加，颗粒层中比沉积率越来越大，穿透了整个颗粒层，在过滤中产生了灰尘平移，导致除尘效率下降（必竟等直径颗料间有以毫米计的缝隙，且在流体作用下易形成通道，一般认为：≤0.1μｍ的粉尘具有和气体一样运动行为。1μｍ~20μｍ的粉尘易被气体携带而运动）。
4）颗粒床局部结焦板结糊死，处理量下降。中试过程中曾因管道积灰导致处理气量下降。
5）反吹用煤气加热器烧坏产生火灾与系统爆炸隐患。
6）煤气加热炉连续8000小时运行的工况很少见，因2#加热炉出现故障而导致系统停产，会因小失大。
7）除尘器管道过于复杂，导致控制与检修极其困难。
8）除尘器内金属材料选择不当，或结构设计不当，导致内件变形及床层结构破坏（颗粒下漏），最终除尘失效。
3.2.YT金属膜滤芯除尘器
1）荒煤气的粉尘浓度一旦超过150g/m3, 可能会超出金属滤芯的工作能力范围，而旋转转床反应器出来的荒煤气的含尘量远超150g/m3.
2）因金属滤心多孔材料“是一种由相互贯通或封闭的孔洞组成的网络结构材料”，其滤孔为复杂的不规则曲折形，内部可能产生永久积灰，通过再生也无法去除，最终产生失效滤芯
3) 金属化合物膜的部分孔隙是基于kirkendall效应产生的，在除尘器预热及再生过程中，可能会发生逆效应而导致滤芯的体积发生变化，从而破坏原有的密封措施。