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(yīng)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(yīng)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(guān)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(shù)成熟，運營維護成本低。

(2) 項目投資小，建設(shè)周期短,資產(chǎn)回報率高,財務(wù)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(fù)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(guān)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(fēng)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(fēng)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(yīng)封閉，產(chǎn)生的廢氣應(yīng)收集處理，鼓勵送至煤氣發(fā)生爐鼓風(fēng)機入口進行再利用；(2)酚水應(yīng)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(wù)，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(shù)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(fēng)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(yīng)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(shè)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(xué)評價

4.1 實事求是是科學(xué)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(dāng)?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(yīng)根據(jù)各自不同的廠情，積極順應(yīng)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(chǔ)。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(yīng)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(yīng)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(shù)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(fēng)險，更會極大地沖擊企業(yè)贏利水平，甚至導(dǎo)致企業(yè)虧損。

固定層間歇式造氣工藝企業(yè)在進行技術(shù)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(yīng)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(yù)算見表1。

表1 環(huán)保升級預(yù)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(shù)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(shè)周期700 d以上，企業(yè)財務(wù)成本較高，還將面臨市場不可預(yù)見的風(fēng)險。

固定層間歇式造氣工藝企業(yè)應(yīng)該根據(jù)各自的實際情況，廣泛調(diào)研，科學(xué)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(wù)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(shù)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(lǐng)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(shù)、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(shù)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(guān)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(yīng)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(yīng)著力挖掘固定層間歇式造氣工藝的技術(shù)優(yōu)勢，解決造氣工藝中的三廢和VOCs排放問題，使相關(guān)指標滿足國家及當(dāng)?shù)丨h(huán)保排放要求。