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(guó)，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(shí)間最長(zhǎng)，具備工藝簡(jiǎn)單、投資低等特點(diǎn)，是我國(guó)應(yīng)用最廣、數(shù)量最大的煤制氣形式；同時(shí)，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(guó)煤化工行業(yè)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)更新緩慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于鋼鐵、鍋爐、建材、石化等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，隨著國(guó)家藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的深入推進(jìn)，生態(tài)環(huán)境部會(huì)同各主管部門(mén)近年來(lái)密集出臺(tái)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(dòng)的落實(shí)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(lèi)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(shí)施方案》,其中提出：到2022年，固定層間歇式氣化爐淘汰率達(dá)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(dòng)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(wàn)t/a以下的合成氨產(chǎn)能。據(jù)統(tǒng)計(jì)：山東、河南兩省退出固定層間歇式氣化氨醇產(chǎn)能811萬(wàn)t/a，將減少使用無(wú)煙塊煤973.2萬(wàn)t/a。實(shí)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(jìn)行的一項(xiàng)工作。

1 固定層間歇式造氣工藝的特點(diǎn)

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(diǎn)：

(1) 造氣工藝簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低。

(2) 項(xiàng)目投資小，建設(shè)周期短,資產(chǎn)回報(bào)率高,財(cái)務(wù)費(fèi)用低。

但是該工藝存在的問(wèn)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(wèn)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(wèn)題，在環(huán)保政策日趨嚴(yán)苛的今天，必然會(huì)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(guó)內(nèi)煤化工企業(yè)針對(duì)固定層間歇式造氣工藝中產(chǎn)生的污水，一般對(duì)原洗氣塔及涼水塔進(jìn)行優(yōu)化改造，對(duì)微渦流澄清池排污水進(jìn)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(yùn)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(jī)對(duì)微渦流澄清池排污水進(jìn)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(jī)物(VOCs)

對(duì)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(guò)負(fù)壓風(fēng)機(jī)引至三廢爐中燃燒，進(jìn)行無(wú)害化處理。而傳統(tǒng)工藝中還存在大量的無(wú)組織排放，對(duì)廢氣與VOCs沒(méi)有進(jìn)行任何處理。

2.3 廢渣

對(duì)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(guò)程中伴隨著無(wú)組織排放和粉塵飛揚(yáng)等問(wèn)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(yùn)處理。

廢渣的收集轉(zhuǎn)運(yùn)造成粉塵、VOCs的無(wú)組織排放，污水橫流，嚴(yán)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(xiàn)演進(jìn)

3.1 環(huán)保整治路線(xiàn)圖

固定層間歇式造氣工藝中產(chǎn)生的工業(yè)三廢對(duì)環(huán)保治理帶來(lái)極大的挑戰(zhàn)，根據(jù)國(guó)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(lì)送至煤氣發(fā)生爐鼓風(fēng)機(jī)入口進(jìn)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(jìn)行焚燒等。同時(shí)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(qiáng)化督查重點(diǎn)任務(wù)，凡未列入清單的工業(yè)窯爐一律納入秋冬季錯(cuò)峰生產(chǎn)方案。

《工業(yè)爐窯大氣污染綜合治理方案》[1]是實(shí)施工業(yè)爐窯升級(jí)改造和深度治理的重要措施，將大大促進(jìn)煤化工行業(yè)固定層間歇式造氣工藝中排放標(biāo)準(zhǔn)的提升;同時(shí)也會(huì)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(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行環(huán)保升級(jí)，推動(dòng)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

3.2 未來(lái)技術(shù)發(fā)展演進(jìn)

封閉酚水系統(tǒng)采用管道循環(huán)的方式進(jìn)行運(yùn)輸、換熱，全面禁止開(kāi)放式的地溝運(yùn)輸；同時(shí),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(jī)入口處燃燒，進(jìn)行無(wú)害化處理。

3.2.1 固體顆粒物主要來(lái)源和處理

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

3.2.2 焦油及氣溶膠來(lái)源和處理

焦油和膠類(lèi)物質(zhì)來(lái)自煤制氣工藝，在前段煤氣過(guò)濾與凈化模組的作用下可捕集90%以上，過(guò)濾器模組對(duì)小分子氣體無(wú)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(lái)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(xiàng)指標(biāo)，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(biāo)應(yīng)具體分析,如:水檢測(cè)分析達(dá)到廢鍋進(jìn)水要求，則加壓后直送；水檢測(cè)分析未達(dá)到廢鍋進(jìn)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(píng)價(jià)

4.1 實(shí)事求是是科學(xué)評(píng)價(jià)固定層間歇式造氣環(huán)保改造的第一準(zhǔn)則

按照國(guó)家、省、市的環(huán)保政策要求，國(guó)內(nèi)涉及到固定層間歇式造氣工藝的企業(yè)必須進(jìn)行升級(jí)改造[3-4]。目前，國(guó)內(nèi)固定層間歇式造氣分布的重點(diǎn)地區(qū)和重點(diǎn)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(jìn)行整改的通知，部分地區(qū)已劃定整改的最后時(shí)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(shì)要求，及早完成氣化升級(jí)改造，為企業(yè)在環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)峻倒逼下求生存、求發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)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(shí)，接下來(lái)的工作就是如何進(jìn)行，筆者認(rèn)為應(yīng)該首先確立一個(gè)基本原則，即實(shí)事求是，客觀分析各自企業(yè)的經(jīng)營(yíng)狀況、工藝特點(diǎn)、企業(yè)未來(lái)的發(fā)展戰(zhàn)略，制定適合的環(huán)保改造工藝路線(xiàn)。

4.2 著重考慮環(huán)保升級(jí)工藝的經(jīng)濟(jì)性，兼顧安全生產(chǎn)

近年來(lái)煤化工企業(yè)因環(huán)保問(wèn)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(mén)開(kāi)展了針對(duì)性的督察與巡視，督促、推進(jìn)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(jí)。從近兩年的效果來(lái)看，重點(diǎn)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(mǎn)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(yíng)與管理的成本，稀釋了企業(yè)利潤(rùn)。

針對(duì)固定層間歇式造氣工藝的改造，筆者認(rèn)為應(yīng)該著重考慮環(huán)保升級(jí)工藝的經(jīng)濟(jì)性，兼顧安全生產(chǎn)。不同工藝路線(xiàn)的技術(shù)改造投入相差很大；改得好，會(huì)收獲良好的環(huán)保效益與政策支持；改得不好，會(huì)造成工藝裝置的停滯和環(huán)保政策風(fēng)險(xiǎn)，更會(huì)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(jìn)行技術(shù)改造時(shí)要輕虛名、重實(shí)效。如某地固定層間歇式造氣工藝企業(yè)以國(guó)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(jí)上，企業(yè)的經(jīng)營(yíng)者更應(yīng)慎之又慎，把前期調(diào)研工作做扎實(shí)，充分比較，找到最適合的升級(jí)路線(xiàn)。

不同的環(huán)保工藝投資差別巨大，以年產(chǎn)30萬(wàn)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(jí)預(yù)算見(jiàn)表1。

表1 環(huán)保升級(jí)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(wàn)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(cái)務(wù)成本較高，還將面臨市場(chǎng)不可預(yù)見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

固定層間歇式造氣工藝企業(yè)應(yīng)該根據(jù)各自的實(shí)際情況，廣泛調(diào)研，科學(xué)認(rèn)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(xiàng)目，對(duì)于企業(yè)運(yùn)營(yíng)與發(fā)展欠考慮，造成企業(yè)財(cái)務(wù)居高不下、贏利水平惡化等問(wèn)題。

4.3 注重實(shí)效，好用才是硬道理

按國(guó)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(guó)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(guó)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(guò)30萬(wàn)t/a，規(guī)模經(jīng)濟(jì)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(xiàn)核心指標(biāo)的對(duì)比

選擇部分企業(yè)2016年—2018年3年的平均數(shù)據(jù)對(duì)比合成氨生產(chǎn)能源消耗，結(jié)果見(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)煤按等量值計(jì)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(biāo)準(zhǔn)煤按等價(jià)值計(jì)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)固定層間歇式造氣工藝的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行研究分析，從工藝路線(xiàn)、環(huán)保效果、減排措施、改造難度、投資費(fèi)用等多個(gè)方面與新型煤氣化技術(shù)進(jìn)行對(duì)比論證，結(jié)果表明:固定層間歇式造氣工藝作為中國(guó)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(shì)，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(jí)之路，那么這種工藝就沒(méi)有理由簡(jiǎn)單淘汰了之。

固定層間歇式造氣工藝是否先進(jìn)其實(shí)是個(gè)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(chǎng)經(jīng)濟(jì)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(jí)路徑。

筆者認(rèn)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(shì)，解決造氣工藝中的三廢和VOCs排放問(wèn)題，使相關(guān)指標(biāo)滿(mǎn)足國(guó)家及當(dāng)?shù)丨h(huán)保排放要求。