理性選擇固定層間歇式造氣環(huán)保升級的工藝路線
——兼論造氣工藝環(huán)保改造評價標準

陸文濤，周 列

(上海境業(yè)環(huán)保能源科技股份有限公司， 上海 201206)

在我國，傳統(tǒng)煤化工企業(yè)中固定層間歇式造氣工藝占造氣工藝的40%左右。固定層間歇式造氣工藝使用時間最長，具備工藝簡單、投資低等特點，是我國應用最廣、數(shù)量最大的煤制氣形式；同時，在金屬冶煉、建材、陶瓷、氧化鋁等行業(yè)固定層間歇式造氣工藝的應用也非常廣泛。

我國煤化工行業(yè)的大氣污染物排放標準更新緩慢，遠遠落后于鋼鐵、鍋爐、建材、石化等行業(yè)標準，隨著國家藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的深入推進，生態(tài)環(huán)境部會同各主管部門近年來密集出臺一系列的法律法規(guī)，整肅工業(yè)三廢的排放亂象，督促各地區(qū)煤化工企業(yè)節(jié)能減排行動的落實與執(zhí)行[1]。

按照最新的環(huán)保政策精神，要逐漸淘汰爐膛直徑在3 m以下的燃料類煤氣發(fā)生爐，加大化肥行業(yè)固定層間歇式氣化爐的整改力度。2018年10月29日山東省政府印發(fā)《關于加快七大高耗能行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的實施方案》,其中提出：到2022年，固定層間歇式氣化爐淘汰率達到90%以上，尿素生產(chǎn)企業(yè)的固定層間歇式氣化爐全部淘汰。2019年1月1日河南省工信廳下發(fā)《河南省傳統(tǒng)煤化工行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展行動方案》,其中提出：到2020年，全省淘汰煤化工行業(yè)固定層間歇式氣化爐，退出單套裝置30萬t/a以下的合成氨產(chǎn)能。據(jù)統(tǒng)計：山東、河南兩省退出固定層間歇式氣化氨醇產(chǎn)能811萬t/a，將減少使用無煙塊煤973.2萬t/a。實施固定層間歇式氣化爐改造將成為各地煤化工企業(yè)不得不進行的一項工作。

1 固定層間歇式造氣工藝的特點

常壓氣化爐主要包含固定層間歇式氣化爐、純氧(富氧)連續(xù)氣化爐及循環(huán)流化床爐等爐型。

固定層間歇式造氣工藝具有以下優(yōu)點：

(1) 造氣工藝簡單，技術成熟，運營維護成本低。

(2) 項目投資小，建設周期短,資產(chǎn)回報率高,財務費用低。

但是該工藝存在的問題也同樣明顯：

(1) 洗氣塔循環(huán)水含有大量難處理物質(zhì)，如水渣、離子狀態(tài)的鹽分、氨醇、硫化氫、氫氰酸等，其濃度高、毒性大、易揮發(fā)。

(2) 水溝、沉淀池、冷卻塔的鹽分含量高、腐蝕大、揮發(fā)量大。

(3) 含碳水渣利用難度大，合成氣中蒸汽潛熱利用率低。

該工藝中最難解決的問題是廢水成分復雜，處理成本高、難度大。如果不能徹底解決該問題，在環(huán)保政策日趨嚴苛的今天，必然會使企業(yè)面臨限產(chǎn)甚至關停的窘境。

2 固定層間歇式造氣三廢治理現(xiàn)狀

2.1 造氣循環(huán)污水

目前國內(nèi)煤化工企業(yè)針對固定層間歇式造氣工藝中產(chǎn)生的污水，一般對原洗氣塔及涼水塔進行優(yōu)化改造，對微渦流澄清池排污水進行固液分離。改造內(nèi)容為：造氣洗氣塔內(nèi)件改造，煤氣出口管道流程改造，優(yōu)化運行效果；涼水塔內(nèi)件改造，提高降溫效率；新增1套臥螺離心機對微渦流澄清池排污水進行固液分離，提高造氣循環(huán)水水質(zhì)。

2.2 廢氣與可揮發(fā)性有機物(VOCs)

對于固定層間歇式造氣工藝中產(chǎn)生的VOCs等有害物質(zhì)，一般采用封閉蓄水池，將產(chǎn)生的有害氣體通過負壓風機引至三廢爐中燃燒，進行無害化處理。而傳統(tǒng)工藝中還存在大量的無組織排放，對廢氣與VOCs沒有進行任何處理。

2.3 廢渣

對于原造氣循環(huán)水池的沉淀濕渣，一般的處理方案是撈出后晾曬填埋處理，在晾曬的過程中伴隨著無組織排放和粉塵飛揚等問題。固定層間歇式氣化爐的爐底渣和旋風分離器收集的干渣也是填埋或者外運處理。

廢渣的收集轉(zhuǎn)運造成粉塵、VOCs的無組織排放，污水橫流，嚴重影響操作人員的職業(yè)健康。

3 固定層間歇式造氣三廢治理的路線演進

3.1 環(huán)保整治路線圖

固定層間歇式造氣工藝中產(chǎn)生的工業(yè)三廢對環(huán)保治理帶來極大的挑戰(zhàn)，根據(jù)國家的最新環(huán)保政策[1-2]規(guī)定：(1)酚水系統(tǒng)應封閉，產(chǎn)生的廢氣應收集處理，鼓勵送至煤氣發(fā)生爐鼓風機入口進行再利用；(2)酚水應送至煤氣發(fā)生爐處置，或回收酚、氨后深度處理，或送至水煤漿爐進行焚燒等。同時還提出要加大煤化工行業(yè)固定層間歇式氣化爐整改力度，工業(yè)窯爐治理作為環(huán)保強化督查重點任務，凡未列入清單的工業(yè)窯爐一律納入秋冬季錯峰生產(chǎn)方案。

《工業(yè)爐窯大氣污染綜合治理方案》[1]是實施工業(yè)爐窯升級改造和深度治理的重要措施，將大大促進煤化工行業(yè)固定層間歇式造氣工藝中排放標準的提升;同時也會積極改變大部分固定層間歇式造氣工藝企業(yè)觀望情緒，早下決心對現(xiàn)有工藝進行環(huán)保升級，推動企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

3.2 未來技術發(fā)展演進

封閉酚水系統(tǒng)采用管道循環(huán)的方式進行運輸、換熱，全面禁止開放式的地溝運輸；同時,采用間接式換熱工藝，需要將水溶性的有害VOCs統(tǒng)一收集送到三廢爐或造氣爐前風機入口處燃燒，進行無害化處理。

3.2.1 固體顆粒物主要來源和處理

循環(huán)污水中99.9%(質(zhì)量分數(shù))以上的固體顆粒物來自煤氣水洗工藝，該部分廢渣可以采用煤氣過濾與凈化模組予以捕集。

3.2.2 焦油及氣溶膠來源和處理

焦油和膠類物質(zhì)來自煤制氣工藝，在前段煤氣過濾與凈化模組的作用下可捕集90%以上，過濾器模組對小分子氣體無截留作用。

3.2.3 水體的鹽度、硬度及處置

大部分含雜廢水來自煤制氣工藝中灰分的浸出物，采用新工藝后可以大大降低增量水的各項指標，降低處理的成本與難度。

3.2.4 增量的冷凝水處置方案

增量的冷凝水指標應具體分析,如:水檢測分析達到廢鍋進水要求，則加壓后直送；水檢測分析未達到廢鍋進水要求，則經(jīng)處理(吸附、離子交換)合格加壓后送入產(chǎn)氣段；也可設置旁路廢鍋及夾套污垢清洗流程，將累積的污垢定期清洗，該微量固體濾取物(主要為殘留鹽分)送燃煤鍋爐摻燒，煅燒后成鍋爐灰，含雜濾清水回全廠污水系統(tǒng)。

4 固定層間歇式造氣環(huán)保改造的科學評價

4.1 實事求是是科學評價固定層間歇式造氣環(huán)保改造的第一準則

按照國家、省、市的環(huán)保政策要求，國內(nèi)涉及到固定層間歇式造氣工藝的企業(yè)必須進行升級改造[3-4]。目前，國內(nèi)固定層間歇式造氣分布的重點地區(qū)和重點企業(yè)，都已接到當?shù)卣碍h(huán)保局要求采用固定層間歇式造氣工藝進行整改的通知，部分地區(qū)已劃定整改的最后時間表。

各地固定層間歇式造氣工藝企業(yè)應根據(jù)各自不同的廠情，積極順應環(huán)保形勢要求，及早完成氣化升級改造，為企業(yè)在環(huán)保形勢嚴峻倒逼下求生存、求發(fā)展打下堅實的基礎。造氣工藝的環(huán)保改造已成為固定層間歇式造氣工藝企業(yè)的共識，接下來的工作就是如何進行，筆者認為應該首先確立一個基本原則，即實事求是，客觀分析各自企業(yè)的經(jīng)營狀況、工藝特點、企業(yè)未來的發(fā)展戰(zhàn)略，制定適合的環(huán)保改造工藝路線。

4.2 著重考慮環(huán)保升級工藝的經(jīng)濟性，兼顧安全生產(chǎn)

近年來煤化工企業(yè)因環(huán)保問題引起的公共事件頻發(fā)，暴露了一些企業(yè)在環(huán)保與安全管理方面的漏洞；政府環(huán)保部門開展了針對性的督察與巡視，督促、推進各地煤化工企業(yè)的工業(yè)三廢及VOCs排放治理、鍋爐脫硫脫硝等工藝的整治與升級。從近兩年的效果來看，重點地區(qū)的環(huán)境質(zhì)量改善非常明顯，周邊居民的生活質(zhì)量提高了，人民群眾的滿意度提升了；但企業(yè)投入巨資改善企業(yè)環(huán)保治理水平，也不可避免地增加了企業(yè)經(jīng)營與管理的成本，稀釋了企業(yè)利潤。

針對固定層間歇式造氣工藝的改造，筆者認為應該著重考慮環(huán)保升級工藝的經(jīng)濟性，兼顧安全生產(chǎn)。不同工藝路線的技術改造投入相差很大；改得好，會收獲良好的環(huán)保效益與政策支持；改得不好，會造成工藝裝置的停滯和環(huán)保政策風險，更會極大地沖擊企業(yè)贏利水平，甚至導致企業(yè)虧損。

固定層間歇式造氣工藝企業(yè)在進行技術改造時要輕虛名、重實效。如某地固定層間歇式造氣工藝企業(yè)以國有企業(yè)為主，大部分企業(yè)贏利水平孱弱。在氣頭改造升級上，企業(yè)的經(jīng)營者更應慎之又慎，把前期調(diào)研工作做扎實，充分比較，找到最適合的升級路線。

不同的環(huán)保工藝投資差別巨大，以年產(chǎn)30萬t合成氨為代表的固定層間歇式造氣工藝改造為例，環(huán)保升級預算見表1。

表1 環(huán)保升級預算

由表1可以看出：若保留固定層間歇式氣化爐，增加干法除塵及間接換熱等裝置，總投資約8 000萬元，技術改造周期210 d；若淘汰原有固定層間歇式氣化爐，采用純氧連續(xù)氣化+干法除塵+間冷換熱的工藝，需要一次性投資1.5億～2億元，改造周期為240～300 d；若淘汰原有固定層間歇式氣化爐，采用高壓粉煤加壓氣化工藝，需要一次性投資9億元，建設周期700 d以上，企業(yè)財務成本較高，還將面臨市場不可預見的風險。

固定層間歇式造氣工藝企業(yè)應該根據(jù)各自的實際情況，廣泛調(diào)研，科學認證，找到最適合的環(huán)保改造工藝，而不是貪大求全，盲目上馬新項目，對于企業(yè)運營與發(fā)展欠考慮，造成企業(yè)財務居高不下、贏利水平惡化等問題。

4.3 注重實效，好用才是硬道理

按國家環(huán)保政策，要加大固定層間歇式造氣工藝的整改力度。據(jù)了解，國內(nèi)80%技術含量低、管理水平差的固定層間歇式造氣工藝企業(yè)已停產(chǎn)或倒閉[4]。目前國內(nèi)還有部分固定層間歇式造氣工藝集中的地區(qū)或者企業(yè)，合成氨產(chǎn)能均超過30萬t/a，規(guī)模經(jīng)濟效用明顯，企業(yè)贏利水平處于行業(yè)領先水平[5]。

4.4 不同工藝路線核心指標的對比

選擇部分企業(yè)2016年—2018年3年的平均數(shù)據(jù)對比合成氨生產(chǎn)能源消耗，結(jié)果見表2[6]。

表2 合成氨生產(chǎn)能源消耗數(shù)據(jù)

由表2可以看出：電耗折標準煤按等量值計算,固定層間歇式造氣工藝的噸氨綜合煤耗比高壓粉煤加壓氣化工藝低304 kg;電耗折標準煤按等價值計算,固定層間歇式造氣工藝的噸氨綜合煤耗比高壓粉煤加壓氣化工藝低151 kg。

5 結(jié)語

通過對固定層間歇式造氣工藝的技術、經(jīng)濟等方面進行研究分析，從工藝路線、環(huán)保效果、減排措施、改造難度、投資費用等多個方面與新型煤氣化技術進行對比論證，結(jié)果表明:固定層間歇式造氣工藝作為中國特色的煤氣化工藝，與其他新型氣化工藝相比，在安全、環(huán)保、能耗方面互有優(yōu)勢，并且還有明顯改善的余地，主要表現(xiàn)在造氣循環(huán)水的治理上有很大的提升空間。如果企業(yè)能夠找到解決固定層間歇式造氣工藝完善的升級之路，那么這種工藝就沒有理由簡單淘汰了之。

固定層間歇式造氣工藝是否先進其實是個偽命題，關鍵是杜絕三廢排放。固定層間歇式造氣工藝企業(yè)作為市場經(jīng)濟的主體，應綜合自身贏利水平、企業(yè)發(fā)展規(guī)劃等因素，自由選擇固定層間歇式造氣工藝的升級路徑。

筆者認為廣大固定層間歇式造氣工藝企業(yè)與環(huán)保解決方案提供商應著力挖掘固定層間歇式造氣工藝的技術優(yōu)勢，解決造氣工藝中的三廢和VOCs排放問題，使相關指標滿足國家及當?shù)丨h(huán)保排放要求。