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

陸文濤，周 列

(上海境業環保能源科技股份有限公司， 上海 201206)

在我國，傳統煤化工企業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、石化等行業標準，隨著國家藍天保衛戰的深入推進，生態環境部會同各主管部門近年來密集出臺一系列的法律法規，整肅工業三廢的排放亂象，督促各地區煤化工企業節能減排行動的落實與執行[1]。

按照最新的環保政策精神，要逐漸淘汰爐膛直徑在3 m以下的燃料類煤氣發生爐，加大化肥行業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《關于加快七大高耗能行業高質量發展的實施方案》,其中提出：到2022年，固定層間歇式氣化爐淘汰率達到90%以上，尿素生產企業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《河南省傳統煤化工行業轉型發展行動方案》,其中提出：到2020年，全省淘汰煤化工行業固定層間歇式氣化爐，退出單套裝置30萬t/a以下的合成氨產能。據統計：山東、河南兩省退出固定層間歇式氣化氨醇產能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)連續氣化爐及循環流化床爐等爐型。

固定層間歇式造氣工藝具有以下優點：

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

(2) 水溝、沉淀池、冷卻塔的鹽分含量高、腐蝕大、揮發量大。

(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，在環保政策日趨嚴苛的今天，必然會使企業面臨限產甚至關停的窘境。

2 固定層間歇式造氣三廢治理現狀

2.1 造氣循環污水

目前國內煤化工企業針對固定層間歇式造氣工藝中產生的污水，一般對原洗氣塔及涼水塔進行優化改造，對微渦流澄清池排污水進行固液分離。改造內容為：造氣洗氣塔內件改造，煤氣出口管道流程改造，優化運行效果；涼水塔內件改造，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，提高造氣循環水水質。

2.2 廢氣與可揮發性有機物(VOCs)

對于固定層間歇式造氣工藝中產生的VOCs等有害物質，一般采用封閉蓄水池，將產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健康。

3 固定層間歇式造氣三廢治理的路線演進

3.1 環保整治路線圖

固定層間歇式造氣工藝中產生的工業三廢對環保治理帶來極大的挑戰，根據國家的最新環保政策[1-2]規定：(1)酚水系統應封閉，產生的廢氣應收集處理，鼓勵送至煤氣發生爐鼓風機入口進行再利用；(2)酚水應送至煤氣發生爐處置，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固定層間歇式氣化爐整改力度，工業窯爐治理作為環保強化督查重點任務，凡未列入清單的工業窯爐一律納入秋冬季錯峰生產方案。

《工業爐窯大氣污染綜合治理方案》[1]是實施工業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觀望情緒，早下決心對現有工藝進行環保升級，推動企業高質量發展。

3.2 未來技術發展演進

封閉酚水系統采用管道循環的方式進行運輸、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

循環污水中99.9%(質量分數)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，則經處理(吸附、離子交換)合格加壓后送入產氣段；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。

4 固定層間歇式造氣環保改造的科學評價

4.1 實事求是是科學評價固定層間歇式造氣環保改造的第一準則

按照國家、省、市的環保政策要求，國內涉及到固定層間歇式造氣工藝的企業必須進行升級改造[3-4]。目前，國內固定層間歇式造氣分布的重點地區和重點企業，都已接到當地政府及環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應根據各自不同的廠情，積極順應環保形勢要求，及早完成氣化升級改造，為企業在環保形勢嚴峻倒逼下求生存、求發展打下堅實的基礎。造氣工藝的環保改造已成為固定層間歇式造氣工藝企業的共識，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，客觀分析各自企業的經營狀況、工藝特點、企業未來的發展戰略，制定適合的環保改造工藝路線。

4.2 著重考慮環保升級工藝的經濟性，兼顧安全生產

近年來煤化工企業因環保問題引起的公共事件頻發，暴露了一些企業在環保與安全管理方面的漏洞；政府環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的工業三廢及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，重點地區的環境質量改善非常明顯，周邊居民的生活質量提高了，人民群眾的滿意度提升了；但企業投入巨資改善企業環保治理水平，也不可避免地增加了企業經營與管理的成本，稀釋了企業利潤。

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保升級工藝的經濟性，兼顧安全生產。不同工藝路線的技術改造投入相差很大；改得好，會收獲良好的環保效益與政策支持；改得不好，會造成工藝裝置的停滯和環保政策風險，更會極大地沖擊企業贏利水平，甚至導致企業虧損。

固定層間歇式造氣工藝企業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以國有企業為主，大部分企業贏利水平孱弱。在氣頭改造升級上，企業的經營者更應慎之又慎，把前期調研工作做扎實，充分比較，找到最適合的升級路線。

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

表1 環保升級預算

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應該根據各自的實際情況，廣泛調研，科學認證，找到最適合的環保改造工藝，而不是貪大求全，盲目上馬新項目，對于企業運營與發展欠考慮，造成企業財務居高不下、贏利水平惡化等問題。

4.3 注重實效，好用才是硬道理

按國家環保政策，要加大固定層間歇式造氣工藝的整改力度。據了解，國內80%技術含量低、管理水平差的固定層間歇式造氣工藝企業已停產或倒閉[4]。目前國內還有部分固定層間歇式造氣工藝集中的地區或者企業，合成氨產能均超過30萬t/a，規模經濟效用明顯，企業贏利水平處于行業領先水平[5]。

4.4 不同工藝路線核心指標的對比

選擇部分企業2016年—2018年3年的平均數據對比合成氨生產能源消耗，結果見表2[6]。

表2 合成氨生產能源消耗數據

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 結語

通過對固定層間歇式造氣工藝的技術、經濟等方面進行研究分析，從工藝路線、環保效果、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、環保、能耗方面互有優勢，并且還有明顯改善的余地，主要表現在造氣循環水的治理上有很大的提升空間。如果企業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作為市場經濟的主體，應綜合自身贏利水平、企業發展規劃等因素，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與環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地環保排放要求。