微晶材料在兰炭煤气净化中的应用

兰炭又称半焦，是利用神府煤田盛产的优质煤块烧制而成的一种炭素材料，因其固定炭高、比电阻高、化学活性高、含灰分低、低硫、低磷的特性，逐步取代冶金焦而广泛运用于电石、铁合金、硅铁以及碳化硅等产品的生产，成为一种重要的炭素材料。

兰炭生产多以低温干馏技术为主，干馏温度一般在600℃左右，产物按照形态可分为固态产物、液态产物和气态产物。其中，固态产物主要是兰炭；液态产物主要是低温煤焦油，其中的中酚（主要是低级酚）占1%左右，是高附加值的精细化工产品的重要原料，并且低温煤焦油加氢后可以得到多种油品，可以作为石油的替代品；气态产物主要是兰炭煤气，目前多放空，或直接燃烧利用，造成了较重的环境污染。

2021年我国兰炭产量约为6000万吨，产生兰炭煤气超过800亿m³，由此可见其对环境造成的污染是相当严重的。过去，由于兰炭炉建设分散，煤气很难集中利用，因此多数厂直接放空。近几年，经过“关小上大”产业调整，集中建设60万t/a以上兰炭厂，这为兰炭煤气综合利用提供了基础，因此探索兰炭煤气的综合利用技术具有很强的现实意义和巨大的潜在应用市场。

一、兰炭煤气的主要成分及主要杂质组成

1、典型的兰炭煤气主要成分表

备注：因生产煤种和操作条件不同，煤气成分有些许差异。

从上表可以看出，典型的兰炭煤气中N2含量占了总量的48%，H2和CH4只占了28%和8.8%，热值约7113~8368KJ/Nm³，即氮含量高、氢含量低、热值低，因此，不宜直接作为民用燃气，最好作为工业燃气使用，发电以及供金属镁厂、铁合金厂作为燃料。少数提取H2供煤焦油加氢，部分解决了煤气放空污染问题。

2、典型的兰炭煤气主要杂质组成

二、兰炭煤气的利用

1、常规利用

兰炭煤气脱硫后用于发电，以及作为生石灰、金属镁、水泥等工业窑炉的燃料。以60万t/a兰炭厂兰炭煤气为例，60万t兰炭厂每年生产兰炭煤气约6亿m³，这些兰炭煤气可提供4套6MW发电机组的燃料需求，或100万t/a生石灰生产燃料需求，具体经济技术比较见下表。

6亿m³/a兰炭煤气利用经济技术比较

从上表对比可以看出，虽然技术相对成熟，但热能利用效率低，煤气消耗大，烟气污染也很严重。因此，如要使用以上技术进行利用，还需要完善煤气脱硫、脱氨等净化系统，同时对煤气中所含的具有高附加值的“三苯”和酚类等化工产品，应提取后再作为燃料燃烧，这样既不浪费资源，也可提高经济效益。

2、综合利用

兰炭煤气综合利用方案如下图绿色标注所示，其基本思路是：首先对兰炭煤气进行净化，净化后回收高附加值化工产品，然后经CO变换，再经过不同工艺生产包括合成氨、城市燃气、石脑油、燃料油等产品。

三、微晶吸附材料在兰炭煤气净化中的应用

从上图可知，兰炭煤气不管是常规利用还是综合利用，均需对其进行净化处理，而在杂质的分离中，吸附方法是目前应用最广、最成熟的技术，在国内外均得到了长足的发展。尤其针对于原料气中脱除杂质，空气中少量有机气体吸附，应用疏水微晶材料吸附方法有明显优势。随着新型吸附剂的开发及吸附分离工艺条件等方面的深入研究，吸附分离过程显示出节能、产品纯度高、可除去痕量物质、操作温度低等突出特点，在化工、医药、食品、轻工、环保等行业得到了广泛的应用。

（1）微晶材料介绍

微晶材料是人工水热合成的硅铝酸盐晶体，依据晶体内部孔穴大小吸附或排斥不同的物质分子，同时根据不同物质分子极性或可极化度而决定吸附的次序，达到分离的效果。微晶材料的孔径分布非常均匀，因而微晶材料比其他类型吸附剂更具有其独特的优越性：

①具有极高吸附精度，提高分离效率；

②可以有效地避免分离时所产生的共吸附现象，提高产品得率；

③在较高的温度条件下，同样具有一定的吸附容量；

④微晶材料系统较其他干燥和分离装置，设备投资低，运行成本低；

⑤微晶材料可以做成疏水的类型，减少水对净化吸附的影响；

⑥微晶材料使用寿命长，可以用5-7年结构不变化。