煤气化工艺节能减排技术综述

魏树龙

（恒力石化（大连）炼化有限公司，辽宁大连 116000）

煤气化工艺中，造气工艺流程极为重要，一方面能够制造及释放煤气化能源，另一方面也伴随有大量的制热及换热能源损耗或浪费。煤气化工艺节能减排应针对效率较为低下落后的设备及工艺进行改进，通过提高水的使用效率及吹风气二次回收，达到预期蒸汽发电效果[1]。

1 煤气化工艺过程及其能源浪费概述

煤气化工艺中的能源浪费主要集中在CO2的排放上，在煤气化甲醇、煤气化烯烃、煤液化等工艺环节，煤气化进程会伴随有大量的CO2生成并排出，尤其是在煤气化合成甲醇及合成气净化的过程中。经煤气化而得到的气体能源中，CO与H2摩尔比通常在2以内，CO 此时可经化学反应形成水煤气，进而转换得到CO2，众多的CO2需要在合成气中被排出，这一过程是煤气化产生废气及引发能源浪费的主要环节。此外，煤液化工艺在开展过程中，主要是将煤置于高压及高温环境下，引入氢气，在两者的反应过程中实现煤的固态向液态的转化，最终得到工业生产所需的液体煤油。如反应环境中存在高含量的氢气，在氧气的作用下，工艺过程会有大量的水排出，而CO2的产率则相对较少。

2 煤气化工艺中主要的节能减排技术

煤气化工艺因为涉及到一些化学反应，不可避免会产生大量污染物或废气废水，对其进行节能化设计时，可以围绕煤气化工艺中的关键要素进行优化，从而提高煤气化工艺产品洁净度及产出率。

2.1 煤气化CO2节能减排技术

2.1.1 煤气化CO2储存技术

该技术形式近些年来得到重视和应用，技术应用范畴主要集中在地质构造条件及环境无法对煤气化开采作业提供经济实用性，或者开采过程伴有不确定性因素等环节。例如，经年开采使用的油气田，储油及出油量大幅缩减、煤层富集深度较大，存在无法开采的咸水层或采煤层等，可考虑采用CO2储存技术。如前所述，煤气化工艺环节会产生大量的CO2，这些CO2如直接排出，会对空气环境造成过大的分解压力，甚至直接带来大气污染问题。为此，借助CO2储存技术，可以将一定数量的CO2进行存储，如将其在海底储存，海水中如含有一定量的金属物质，可以与海底储存的CO2进行化学反应，生成碳酸盐沉淀，如此可以大大降低CO2的排放量。而从煤气化工业实践看，在开采条件不佳的煤层中将CO2注入，能够显著提高煤气化的回采率，同步提高煤油的产出率[2]。需要注意的是，在采用CO2储存技术时，应根据煤气化工艺施工区域的具体情况而定，如煤气化开采区的地质构造不稳定，存在变动风险，如出现CO2逃逸，会对大气环境造成进一步破坏，引起大气温室效应。因为CO2储存区域一般会演变为酸性环境，在该环境中如地下水中掺杂了重金属物质及CO2，会给地下水带来污染。针对以上隐患，应具体问题具体分析，避免CO2储存技术的滥用。

2.1.2 煤气化CO2循环利用技术

煤气化CO2循环利用技术起源及发展较早，在技术形式及应用上已经趋于成熟，随着煤气化工艺领域中出现了新的采掘及加工技术，煤气化CO2循环利用技术也处于同步更新过程中，其发展潜力巨大。在实际应用中，主要有以下几种技术形式和手段：第一，液态CO2煤浆提取技术。该技术主要是按照一定的配比来配制粉煤及水，配比标准为3:2，在提取及制造焦煤等能源时，将部分水用液态的CO2加以替代，进而使煤气化炉能够生成二次反应，藉此使焦煤能够充分燃烧，提高煤的应用效率。第二，液态CO2固化技术。这一技术工艺过程可以实现CO2向干冰等物质的转化，从而使煤气化能源的应用范围得到进一步扩展。例如，在工业模具的清洗上，在消防器材的生产上，在生活美容上，在舞台效果的呈现上，都能够广泛应用。第三，CO2临界及超临界萃取技术。该技术形式优点众多，能够对煤气化过程中产生的CO2进行大量消耗，起到节能减排作用。此技术流程较为简便，不具复杂性，借助萃取剂可以极大提高萃取的效率，同时还具备分离回收便捷的长处，外加上煤气化态CO2在化学性能表现上较为安全稳定，不失为提高煤气化工艺节能减排效果的可靠技术手段。从实践看，该技术可以在医药领域得到深度利用，例如，药物成分的提取。

2.2 煤气化灰水节能减排技术

煤气化工艺过程中会产生大量的污水，特别是随着环保压力的增加，工业生产领域对无烟煤的需求量大大提高。无烟煤的重要特征之一是含硫量较低，为此，在煤气化的造气装置及设备上现多采用高硫无烟煤。这一煤气化装置设备会增加煤气灰水的含硫量，从而不利于煤气化工艺的节能减排表现。为了有效降低煤气化灰水运行中产生的污水，就要针对煤气洗涤系统的灰水硫化物进行技术上的控制，避免因灰水沉淀池内增加大量的焦油、硫化物、氟等污染物元素[3]。

2.2.1 控制煤气化灰水中的悬浮物含量

煤气化灰水在沉降悬浮物时，主要采用烧碱物质加以中和，增强灰水水电化学腐蚀水平，在灰水的含盐量指标上通常设定在130kg/m3。随着煤气化能源洁净度及利用率要求的提高，需要在工艺操作中增加控制项。在工艺实践中，选用分子量大小为1000万的阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂进行投放，能够对煤气化灰水中悬浮物的含量进行良好控制，达到提高悬浮物去除效率的目的，从而优化煤气化工艺成本。为进一步提高煤气化灰水悬浮物含量控制水平，需要考虑到煤气化生产企业的实际特点，对灰水量、煤气化原料质量、阴离子型聚丙烯酰胺絮凝剂用量及搅拌性等因素进行综合分析，达到经济实用地提高煤气化污水排放控制水平的目的。

在煤气化生产企业设备装置的更新上，为切实提高煤气化灰水悬浮物含量控制表现，可以在灰水工艺线路中增设微涡流塔板澄清器，型号规格根据生产工艺参数而定。通过该设备能够对煤气化冷却塔的性能加以有效改善优化，针对性解决煤气化冷却塔中的填料可能被煤灰物质阻塞的问题，在实现填料高效化的同时，提高灰水的综合利用率，降低污水排放的总量。在实际应用中经相关实例测试，澄清器出口部位的灰水悬浮物含量不超过50mg/L，极大节约了灰水，并显著降低排污费用。

2.2.2 控制煤气化灰水中的硫化物含量

第一，曝气吹脱洗涤水脱硫化氢。通过这种方式控制煤气化硫化物含量时，因为不需对灰水的pH 进行深层调节，可以节省大量的碱物质，同时解决了可能加碱而产生的盐类物质集聚，进而避免煤气化灰水装置遭受腐蚀的几率。这一技术手段需要相应的技术方案及设备的支持，在具体采用上可根据煤气化企业实际情况量力而行，合理选用。

第二，煤气化灰水pH 调节。该技术通过调节灰水的pH，起到抑制及缓解硫化氢化学吸收的效果。在煤气化灰水pH 的调节上，要达到数值为6的目的，可以采用石灰物质或烧碱物质进行中和及调节。相比而言，一般更倾向于采用石灰水进行调节，因其较难导致盐类的积聚，不会因为烧碱的大量使用而增加盐类集聚反应，避免对空气造成污染。

3 结语

煤气化工业在新时期发展背景下逐渐由污染型向清洁能源型过渡。在国家提高煤气化工业生产准入标准的前提下，要通过多种手段有效控制煤气化工艺的排污量。在实际生产作业中，能源型企业要以将节能减排作为煤气化工艺改进的首要目的，针对煤气炉装置做好灰水硫化物的控制及CO2气的转化利用，从而大幅提高煤气化工艺的清洁系数。