理性选择固定层间歇式造气环保升级的工艺路线——兼论造气工艺环保改造评价标准

陆文涛，周 列

(上海境业环保能源科技股份有限公司， 上海 201206)

在我国，传统煤化工企业中固定层间歇式造气工艺占造气工艺的40%左右。固定层间歇式造气工艺使用时间最长，具备工艺简单、投资低等特点，是我国应用最广、数量最大的煤制气形式；同时，在金属冶炼、建材、陶瓷、氧化铝等行业固定层间歇式造气工艺的应用也非常广泛。

我国煤化工行业的大气污染物排放标准更新缓慢，远远落后于钢铁、锅炉、建材、石化等行业标准，随着国家蓝天保卫战的深入推进，生态环境部会同各主管部门近年来密集出台一系列的法律法规，整肃工业三废的排放乱象，督促各地区煤化工企业节能减排行动的落实与执行[1]。

按照最新的环保政策精神，要逐渐淘汰炉膛直径在3 m以下的燃料类煤气发生炉，加大化肥行业固定层间歇式气化炉的整改力度。2018年10月29日山东省政府印发《关于加快七大高耗能行业高质量发展的实施方案》,其中提出：到2022年，固定层间歇式气化炉淘汰率达到90%以上，尿素生产企业的固定层间歇式气化炉全部淘汰。2019年1月1日河南省工信厅下发《河南省传统煤化工行业转型发展行动方案》,其中提出：到2020年，全省淘汰煤化工行业固定层间歇式气化炉，退出单套装置30万t/a以下的合成氨产能。据统计：山东、河南两省退出固定层间歇式气化氨醇产能811万t/a，将减少使用无烟块煤973.2万t/a。实施固定层间歇式气化炉改造将成为各地煤化工企业不得不进行的一项工作。

1 固定层间歇式造气工艺的特点

常压气化炉主要包含固定层间歇式气化炉、纯氧(富氧)连续气化炉及循环流化床炉等炉型。

固定层间歇式造气工艺具有以下优点：

(1) 造气工艺简单，技术成熟，运营维护成本低。

(2) 项目投资小，建设周期短,资产回报率高,财务费用低。

但是该工艺存在的问题也同样明显：

(1) 洗气塔循环水含有大量难处理物质，如水渣、离子状态的盐分、氨醇、硫化氢、氢氰酸等，其浓度高、毒性大、易挥发。

(2) 水沟、沉淀池、冷却塔的盐分含量高、腐蚀大、挥发量大。

(3) 含碳水渣利用难度大，合成气中蒸汽潜热利用率低。

该工艺中最难解决的问题是废水成分复杂，处理成本高、难度大。如果不能彻底解决该问题，在环保政策日趋严苛的今天，必然会使企业面临限产甚至关停的窘境。

2 固定层间歇式造气三废治理现状

2.1 造气循环污水

目前国内煤化工企业针对固定层间歇式造气工艺中产生的污水，一般对原洗气塔及凉水塔进行优化改造，对微涡流澄清池排污水进行固液分离。改造内容为：造气洗气塔内件改造，煤气出口管道流程改造，优化运行效果；凉水塔内件改造，提高降温效率；新增1套卧螺离心机对微涡流澄清池排污水进行固液分离，提高造气循环水水质。

2.2 废气与可挥发性有机物(VOCs)

对于固定层间歇式造气工艺中产生的VOCs等有害物质，一般采用封闭蓄水池，将产生的有害气体通过负压风机引至三废炉中燃烧，进行无害化处理。而传统工艺中还存在大量的无组织排放，对废气与VOCs没有进行任何处理。

2.3 废渣

对于原造气循环水池的沉淀湿渣，一般的处理方案是捞出后晾晒填埋处理，在晾晒的过程中伴随着无组织排放和粉尘飞扬等问题。固定层间歇式气化炉的炉底渣和旋风分离器收集的干渣也是填埋或者外运处理。

废渣的收集转运造成粉尘、VOCs的无组织排放，污水横流，严重影响操作人员的职业健康。

3 固定层间歇式造气三废治理的路线演进

3.1 环保整治路线图

固定层间歇式造气工艺中产生的工业三废对环保治理带来极大的挑战，根据国家的最新环保政策[1-2]规定：(1)酚水系统应封闭，产生的废气应收集处理，鼓励送至煤气发生炉鼓风机入口进行再利用；(2)酚水应送至煤气发生炉处置，或回收酚、氨后深度处理，或送至水煤浆炉进行焚烧等。同时还提出要加大煤化工行业固定层间歇式气化炉整改力度，工业窑炉治理作为环保强化督查重点任务，凡未列入清单的工业窑炉一律纳入秋冬季错峰生产方案。

《工业炉窑大气污染综合治理方案》[1]是实施工业炉窑升级改造和深度治理的重要措施，将大大促进煤化工行业固定层间歇式造气工艺中排放标准的提升;同时也会积极改变大部分固定层间歇式造气工艺企业观望情绪，早下决心对现有工艺进行环保升级，推动企业高质量发展。

3.2 未来技术发展演进

封闭酚水系统采用管道循环的方式进行运输、换热，全面禁止开放式的地沟运输；同时,采用间接式换热工艺，需要将水溶性的有害VOCs统一收集送到三废炉或造气炉前风机入口处燃烧，进行无害化处理。

3.2.1 固体颗粒物主要来源和处理

循环污水中99.9%(质量分数)以上的固体颗粒物来自煤气水洗工艺，该部分废渣可以采用煤气过滤与净化模组予以捕集。

3.2.2 焦油及气溶胶来源和处理

焦油和胶类物质来自煤制气工艺，在前段煤气过滤与净化模组的作用下可捕集90%以上，过滤器模组对小分子气体无截留作用。

3.2.3 水体的盐度、硬度及处置

大部分含杂废水来自煤制气工艺中灰分的浸出物，采用新工艺后可以大大降低增量水的各项指标，降低处理的成本与难度。

3.2.4 增量的冷凝水处置方案

增量的冷凝水指标应具体分析,如:水检测分析达到废锅进水要求，则加压后直送；水检测分析未达到废锅进水要求，则经处理(吸附、离子交换)合格加压后送入产气段；也可设置旁路废锅及夹套污垢清洗流程，将累积的污垢定期清洗，该微量固体滤取物(主要为残留盐分)送燃煤锅炉掺烧，煅烧后成锅炉灰，含杂滤清水回全厂污水系统。

4 固定层间歇式造气环保改造的科学评价

4.1 实事求是是科学评价固定层间歇式造气环保改造的第一准则

按照国家、省、市的环保政策要求，国内涉及到固定层间歇式造气工艺的企业必须进行升级改造[3-4]。目前，国内固定层间歇式造气分布的重点地区和重点企业，都已接到当地政府及环保局要求采用固定层间歇式造气工艺进行整改的通知，部分地区已划定整改的最后时间表。

各地固定层间歇式造气工艺企业应根据各自不同的厂情，积极顺应环保形势要求，及早完成气化升级改造，为企业在环保形势严峻倒逼下求生存、求发展打下坚实的基础。造气工艺的环保改造已成为固定层间歇式造气工艺企业的共识，接下来的工作就是如何进行，笔者认为应该首先确立一个基本原则，即实事求是，客观分析各自企业的经营状况、工艺特点、企业未来的发展战略，制定适合的环保改造工艺路线。

4.2 着重考虑环保升级工艺的经济性，兼顾安全生产

近年来煤化工企业因环保问题引起的公共事件频发，暴露了一些企业在环保与安全管理方面的漏洞；政府环保部门开展了针对性的督察与巡视，督促、推进各地煤化工企业的工业三废及VOCs排放治理、锅炉脱硫脱硝等工艺的整治与升级。从近两年的效果来看，重点地区的环境质量改善非常明显，周边居民的生活质量提高了，人民群众的满意度提升了；但企业投入巨资改善企业环保治理水平，也不可避免地增加了企业经营与管理的成本，稀释了企业利润。

针对固定层间歇式造气工艺的改造，笔者认为应该着重考虑环保升级工艺的经济性，兼顾安全生产。不同工艺路线的技术改造投入相差很大；改得好，会收获良好的环保效益与政策支持；改得不好，会造成工艺装置的停滞和环保政策风险，更会极大地冲击企业赢利水平，甚至导致企业亏损。

固定层间歇式造气工艺企业在进行技术改造时要轻虚名、重实效。如某地固定层间歇式造气工艺企业以国有企业为主，大部分企业赢利水平孱弱。在气头改造升级上，企业的经营者更应慎之又慎，把前期调研工作做扎实，充分比较，找到最适合的升级路线。

不同的环保工艺投资差别巨大，以年产30万t合成氨为代表的固定层间歇式造气工艺改造为例，环保升级预算见表1。

表1 环保升级预算

由表1可以看出：若保留固定层间歇式气化炉，增加干法除尘及间接换热等装置，总投资约8 000万元，技术改造周期210 d；若淘汰原有固定层间歇式气化炉，采用纯氧连续气化+干法除尘+间冷换热的工艺，需要一次性投资1.5亿～2亿元，改造周期为240～300 d；若淘汰原有固定层间歇式气化炉，采用高压粉煤加压气化工艺，需要一次性投资9亿元，建设周期700 d以上，企业财务成本较高，还将面临市场不可预见的风险。

固定层间歇式造气工艺企业应该根据各自的实际情况，广泛调研，科学认证，找到最适合的环保改造工艺，而不是贪大求全，盲目上马新项目，对于企业运营与发展欠考虑，造成企业财务居高不下、赢利水平恶化等问题。

4.3 注重实效，好用才是硬道理

按国家环保政策，要加大固定层间歇式造气工艺的整改力度。据了解，国内80%技术含量低、管理水平差的固定层间歇式造气工艺企业已停产或倒闭[4]。目前国内还有部分固定层间歇式造气工艺集中的地区或者企业，合成氨产能均超过30万t/a，规模经济效用明显，企业赢利水平处于行业领先水平[5]。

4.4 不同工艺路线核心指标的对比

选择部分企业2016年—2018年3年的平均数据对比合成氨生产能源消耗，结果见表2[6]。

表2 合成氨生产能源消耗数据

由表2可以看出：电耗折标准煤按等量值计算,固定层间歇式造气工艺的吨氨综合煤耗比高压粉煤加压气化工艺低304 kg;电耗折标准煤按等价值计算,固定层间歇式造气工艺的吨氨综合煤耗比高压粉煤加压气化工艺低151 kg。

5 结语

通过对固定层间歇式造气工艺的技术、经济等方面进行研究分析，从工艺路线、环保效果、减排措施、改造难度、投资费用等多个方面与新型煤气化技术进行对比论证，结果表明:固定层间歇式造气工艺作为中国特色的煤气化工艺，与其他新型气化工艺相比，在安全、环保、能耗方面互有优势，并且还有明显改善的余地，主要表现在造气循环水的治理上有很大的提升空间。如果企业能够找到解决固定层间歇式造气工艺完善的升级之路，那么这种工艺就没有理由简单淘汰了之。

固定层间歇式造气工艺是否先进其实是个伪命题，关键是杜绝三废排放。固定层间歇式造气工艺企业作为市场经济的主体，应综合自身赢利水平、企业发展规划等因素，自由选择固定层间歇式造气工艺的升级路径。

笔者认为广大固定层间歇式造气工艺企业与环保解决方案提供商应着力挖掘固定层间歇式造气工艺的技术优势，解决造气工艺中的三废和VOCs排放问题，使相关指标满足国家及当地环保排放要求。