高温除尘技术及其应用

    高温气体除尘技术是利用高温过滤介质（金属或陶瓷过滤材料）直接在高温 条件下实现气体的除尘和净化，其突出优点是可以****程度地利用气体的物理显热，提高能源利用率，实现高温条件下过程强化反应，实现气体的洁净排放，同时可以简化工艺过程，节省工艺设备投资，另外可以节约水资源，并避免了湿法除尘所带来的二次水污染。   
    高温气体除尘技术在能源、石油化工、钢铁、建材等工业领域有广阔的应用前景：整体联合循环发电技术：煤气化联合循环发电（IGCC）是一项跨世纪的发电新技术，煤气化产生的高温煤气经过高温除尘和净化后首先通过燃气透平发电，尾气通过余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机发电，构成联合循环发电，发电效率达45％～50％，较普通燃煤发电效率高5％～10％，同时污染物排放很低，是一种高效、清洁发电工艺。高温除尘是其核心技术。   
    自20世纪80年代以来，各国竞相开展煤气化联合循环发电技术。荷兰NUONPOWERBUGGENUM建立了25万kWIGCC工业示范电站，美国SOUTHERNCOMPANY和日本WAKAMATSU都建立了半工业示范电站。中国华能集团“绿色煤电”工程也将在天津建立一座20万kW IGCC工业示范电站。该项环保节能技术具有广阔的应用前景。   
    煤化工多联产技术：我国的能源状况是“缺油少气富煤”。煤化工是煤炭的深加工产业，发展煤化工有利于推动我国石油替代能源发展战略的实施，有利于推动我国化学工业的结构调整，同时满足国民经济发展的需要。       煤炭属于低效率、高污染能源，传统的煤化工是高消耗、高污染、低效率即“两高一低”的低技术层次的行业。现代煤化工以煤、水煤浆为原料，通过煤气化获得高温煤气，经过高温气体除尘和净化获得洁净合成气，其后续产品可以是甲醇、二甲醚、烯烃、氢、油或电等，这是一种低排放、高效率的洁净生产工艺。  
    近几年，Shell煤气化技术作为先进的洁净煤技术大举进入中国煤化工市场。目前国内共有煤炭、电力、化工等14家企业投资上马17套Shell煤气化工业装置，以“煤头”代替“油头”生产合成气从而生产甲醇、合成氨乃至烯烃等化工产品。
    中石化巴陵化肥厂、中石化湖北分公司、安庆分公司、湖北应城和广西柳州化肥厂、云南云天化股份有限公司和云南沾化集团引进荷兰壳牌的煤气化技术，“以煤带油”生产合成氨；大连大化集团、河南省永城煤炭电力集团、河南中原大化集团有限公司以及河南省开祥化工有限公司引进荷兰壳牌的煤气化技术，利用该技术生产合成气，作为生产甲醇的原料。甲醇作为“清洁替代燃料”，用于汽车能起到节能的作用。甲醇可进一步用于生产二甲醚，后者是一种替代液化气的清洁燃料，可替代煤气、液化石油气用于民用燃料，也是柴油发动机最洁净替代燃料，可降低氮化物排放，实现无烟燃烧，并可降低噪声，其排放废气可达到或超过美国加州有关中型载重汽车及客车的尾气排放标准（ULEV）。甲醇还可进一步用于生产烯烃，以制作各种化工产品；神华集团公司、大唐国际电力股份有限公司引进荷兰壳牌的煤气化技术，利用该技术生产合成气，进一步为神华集团的煤制油项目、大唐国际的46万t煤基烯烃项目制氢。   
    煤液化技术：中国石油资源匮乏，大量依赖进口。从数量上分析，石油基液体燃料和化工品的短缺量很大，预计到2020年我国原油消费量将达到4～5亿t，原油进口量将达到消费总量的60％。神华集团在内蒙建设的1Mt／a直接液化工业示范工程单条生产线年处理液化原料煤超过2Mt，是迄今为止世界上****的加氢液化生产线。图3为煤直接液化技术生产工艺流程。其中，氢是由煤气化生成合成气后，通过高温气体净化和分离获得。高温除尘是过程核心技术之一。煤液化可得到质量符合标准，含硫、氮很低的洁净发动机燃料，不改变发动机和输配、销售系统均可直接供给用户。产品以汽油、柴油、航煤，以及石脑油、丙烯等为主，根据煤种和工艺的不同，3～6t煤可以制得1t液体燃料。根据目前工业示范工程经济分析结果，在石油原油价格不低于每桶30美元的情况下，煤制油工业化生产可以获得一定的经济效益。煤液化产品市场潜力巨大，工艺、工程技术集中度高，是我国新型煤化工技术和产业发展的重要方向，其战略意义重大。  
    汽／柴油吸附脱硫技术：为了改善日益恶化的环境污染问题，世界许多国家对其环保法规进行更新和修改，其中对硫含量指标做出了明确而严格的规定。1999年12月21日，英国环境保护机构（EPA）颁布了汽油硫含量标准和机动车排放标准的II级补充法规，规定成品汽油中平均硫含量应低于30μg／g，美国环保局规定自2006年9月公路柴油硫含量低于15μg／g，欧洲标准规定2005年公路柴油硫含量低于50μg／g.为了达到环保法规的要求，世界各大炼油公司开发了许多新型的脱硫技术。美国康菲（ConocoPhillips）公司开发的吸附脱硫技术（S－Zorb）通过采用流化床反应器，使用其专门的吸附剂脱除原料中的硫，从而达到对汽油进行脱硫的目的，具有产品硫含量低，辛烷值损失小、能耗少、操作费用低的优点。为S－Zorb吸附脱硫技术基本原理，其中，高温气体除尘是该工艺的一项关键技术。   
    我国燕山石化引进康菲公司开发的吸附脱硫技术（S－Zorb）技术，对其1000万t／a炼油系统进行改造，成功产出首批符合欧Ⅳ排放标准的高品质清洁汽柴油。随着这一国内首座可以生产欧Ⅳ标准汽柴油的千万吨炼油基地的投产，燕山石化已经具备向北京市场提供符合欧Ⅳ排放标准的高品质汽柴油的条件，提前兑现了中国政府对国际奥委会的承诺，可随时向首都市场供应优质能源产品，服务绿色奥运。同时，这项技术在国内还有很好的推广前景。     钢铁工业、水泥工业气体除尘技术：钢铁工业是我国节能减排工作重点行业之一。2005年钢铁工业产生废气57134亿Nm 3，占全国比重21.31％；产生烟尘71万t，占工业排放量8.3％；产生粉尘129.6万t，占工业排放量15.65％。钢铁工业中高炉煤气、转炉煤气的高温除尘技术的广泛推广对钢铁行业的节能减排工作有着重要的意义。水泥工业是高能耗、高污染行业，其工业粉尘和二氧化碳排放量巨大，开展烟气干法除尘和余热发电技术的推广，可大幅度降低粉尘和二氧化碳的排放量，有着很好的节能减排作用。   
    另外，高温除尘技术在垃圾焚烧炉高温气体净化，机动车尾气净化，生物质能源高温气体净化等方面都有广阔的应用前景。   
    高温除尘技术展望自20世纪80年代，西方国家开展了高温气体过滤除尘技术的开发，其主要目标是实现被称之为跨世纪新技术的煤的洁净燃烧联合循环发电工艺技术（IGCC，PFBC）的商业化。在高温过滤材料的研制、高温除尘技术开发以及工程化应用等方面取得了很大进展。开发了许多高性能滤材，如日本Asahi公司的均质堇青石陶瓷滤管，德国Schumacher公司的SiC滤管，美国3M公司生产的Nextel系列Al 2 O 3－SiO 2陶纤袋，以及SiC－Al 2 O 3等纤维增强复合陶瓷过滤元件等。   
    Schumacher公司的SiC滤管已成功用于荷兰Bueggenon的IGCC工业装置。另外，针对陶瓷过滤材料韧性差、抗热震性差的特点，美国Mott和Pall公司开发了310SFeAl金属间化合物、FeCrAl等烧结金属过滤材料，其中，FeAl烧结金属过滤材料已成功用于美国SouthernCompany和日本Wakamatsu的IGCC半工业试验装置。   
    我国自20世纪90年代开展了高温气体过滤除尘技术的开发，钢铁研究总院／安泰科技股份有限公司开发了310SFeAl金属间化合物等高性能烧结金属过滤材料。安泰科技股份有限公司、国电热工研究院、中科院山西煤化所围绕IGCC工艺技术发展，开发了以金属过滤材料为介质的高温除尘技术，并在煤气化中试装置上成功应用，为工程化发展奠定了良好的基础。根据能源工业洁净能源技术发展的需要以及制造工业技术进步和节能减排的需要，进一步发展我国高温除尘过滤材料制备技术和高温除尘工程应用技术是非常必要的。