氨是化肥工業(yè)和基本有機化工的主要原料，合成氨的生產(chǎn)過程也是造成環(huán)境污染的源頭之一。據(jù)統(tǒng)計，目前我國氮肥行業(yè)仍有近2000萬噸/年的常壓間歇固定床煤氣化工藝生產(chǎn)裝置能力，約占總生產(chǎn)能力的40%，其生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量 “三廢”污染物。2021年，“碳達(dá)峰、碳中和”被寫入政府工作報告，并強調(diào)“力爭2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和”，碳中和轉(zhuǎn)型的道路正在開啟，合成氨行業(yè)的環(huán)保改造也成為相關(guān)企業(yè)的關(guān)注焦點。
中合氣化總經(jīng)理于曠世在2021中國氮肥、甲醇技術(shù)大會上作主題報告
在7月21日開幕的2021中國氮肥、甲醇技術(shù)大會上，中科合肥煤氣化技術(shù)有限公司（以下簡稱“中合氣化”）針對合成氨行業(yè)的煤氣化技術(shù)環(huán)保改造問題提出了系列化綜合處置方案，包括循環(huán)流化床煤氣化（CGAS）制合成氣、氣化細(xì)渣資源化利用、固定床間冷改造等技術(shù)，從煤制氣源頭工藝到困擾氣流床用戶的氣化細(xì)渣處置，再到傳統(tǒng)固定床氣化的環(huán)保改造，形成了無害化處理的閉環(huán)。
這套綜合解決方案是如何實施的？中合氣化總經(jīng)理于曠世在大會上做了詳細(xì)解讀。
循環(huán)流化床煤氣化（CGAS）技術(shù)從源頭解決問題
煤炭的清潔高效利用是解決碳排放的源頭。目前，在合成氨行業(yè)中，煤氣化技術(shù)分三大類：固定床、流化床和氣流床。固定床氣化是合成氨領(lǐng)域的“元老”技術(shù)，但該技術(shù)只能使用高成本塊煤，且污染嚴(yán)重；氣流床則由于初始投資大、建設(shè)周期長、運行成本高等因素也并不適用于中小合成氨企業(yè)。相較以上兩種技術(shù)，CGAS技術(shù)具有煤種適應(yīng)性強、運行成本低、建設(shè)周期短、環(huán)保指標(biāo)好、與中小合成氨企業(yè)規(guī)模匹配度高、改造期間無需停產(chǎn)等優(yōu)勢，因此也成為此類企業(yè)的最優(yōu)選擇。
中合氣化總經(jīng)理于曠世
在國家“863”計劃的支持下，中科院工程熱物理研究所成功開發(fā)了循環(huán)流化床煤氣化（CGAS）技術(shù)。為更好地推動該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，2016年，工程熱物理研究所與安徽巢湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)合作成立中合氣化。
于曠世表示：“循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)在耦合細(xì)渣處理后的轉(zhuǎn)化效率和性能指標(biāo)不低于氣流床，但工程項目投資僅為氣流床的50%，為中小合成氨企業(yè)提供了造氣工段的革新路徑。”
新疆宜化煤氣化裝置工程現(xiàn)場
CGAS技術(shù)具有煤種適應(yīng)性強、能耗及成本低、總體能效高、技術(shù)可靠性高、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活、三廢排放低的核心優(yōu)勢。2020年，中合氣化完成了新疆宜化煤氣化裝置工程項目，該項目是以高堿煤為原料制合成氣的循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)。改造前，新疆宜化的合成氨造氣單元存在廢水、焦油排放問題，且煤耗、氧耗、蒸汽耗大。CGAS技術(shù)解決了高堿煤強沾污、易結(jié)焦、灰熔點波動大、成漿性差，無法使用固定床熔渣、氣流床水煤漿、氣流床粉煤等氣化工藝的問題，使得噸氨成本降低兩百余元，同時為新疆儲量巨大的高堿煤高效清潔利用提供了技術(shù)與裝備支持。同年，采用CGAS技術(shù)建設(shè)的貴州宏盛化工氣頭改造項目也成功應(yīng)用于合成氨生產(chǎn)，僅一臺氣化爐就替換了十臺固定床氣化爐，并利用了當(dāng)?shù)氐突钚?、傳統(tǒng)技術(shù)不易氣化的無煙煤，制氣更加高效、清潔、低廉，該裝置是國內(nèi)鮮有的以無煙煤為原料的循環(huán)流化床氣化爐，它的成功投運入選了中國科學(xué)院“2020年度科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化亮點工作”。
目前，CGAS技術(shù)實現(xiàn)了在煤制清潔工業(yè)燃?xì)夂兔褐坪铣砂痹蠚忸I(lǐng)域的快速產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，在氧化鋁、金屬鎂、鑄造等行業(yè)30余個用戶完成70余臺（套）工業(yè)產(chǎn)品級應(yīng)用。
CGAS技術(shù)實現(xiàn)了不同煤種的高效清潔利用。作為一種粉煤氣化技術(shù)，循環(huán)流化床在煤氣化的過程中與氣流床一樣會產(chǎn)生部分細(xì)渣。針對細(xì)渣的處理，中合氣化也有一套“特色高招”。
氣化細(xì)渣資源化處理為企業(yè)增加上億收益
近年來，隨著氣流床、循環(huán)流化床技術(shù)的普及，氣化細(xì)渣的處置成為困擾企業(yè)的一大難題。目前，對于細(xì)渣的處理主要以填埋或制磚等低價值利用為主，于曠世舉例：“一個采用氣流床氣化的中型企業(yè)一天約產(chǎn)生700 噸細(xì)渣，一年累計20 多萬噸，但填埋場庫容有限，嚴(yán)重時將制約企業(yè)生產(chǎn)。”因此，尋求減量化、無害化的細(xì)渣處理方式成為行業(yè)共同關(guān)注的問題。針對此難題，中科院工程熱物理研究所開發(fā)了預(yù)熱熔融氣化技術(shù)及殘?zhí)咳紵夹g(shù)。氣化細(xì)渣基本不含揮發(fā)分、反應(yīng)活性差、不易燃燒或氣化，難以用常規(guī)技術(shù)處理。對于有合成氣需求的用戶，可利用預(yù)熱熔融氣化技術(shù)將細(xì)渣氣化為合成氣，該氣化技術(shù)突破了細(xì)渣粒徑細(xì)、揮發(fā)分低、著火溫度高、綜合利用難度大等技術(shù)難題，同時，這項技術(shù)可協(xié)同處理含重金屬的危廢物質(zhì)，將重金屬固定在無害的玻璃體中。對于有蒸汽需求的用戶，則利用循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，以其燃燒后產(chǎn)生的熱量生產(chǎn)超高溫超高壓蒸汽，通過系統(tǒng)集成實現(xiàn)煤的清潔高效梯級利用。兩種技術(shù)不僅能完成細(xì)渣的減量化、無害化處理，還實現(xiàn)了資源化利用。
2020年，中合氣化與山東榮信集團(tuán)有限公司簽訂了290t/d的細(xì)渣熔融氣化項目，以預(yù)熱熔融氣化技術(shù)處理細(xì)渣。項目投運后，可協(xié)同處理廠區(qū)危廢，不僅節(jié)省處置費用，產(chǎn)出的合成氣還將用來合成乙醇，預(yù)計每年為企業(yè)增加數(shù)億元收益。
細(xì)渣的資源化利用技術(shù)可拓展至更多領(lǐng)域，協(xié)同處置其他碳基工業(yè)固廢，例如煤泥、粉煤灰渣等，不僅拓寬了碳基固廢的利用途徑，還能降低終端產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
間冷改造技術(shù)為固定床延長在役期限
隨著國家環(huán)保政策逐年收緊，固定床技術(shù)將逐步退出歷史舞臺。然而對于部分承受能力有限的中小合成氨企業(yè)來說，固定床徹底退出代價過高，仍需時間。
那么，面對緊迫的環(huán)保問題，這部分中小企業(yè)該怎么辦呢？嚴(yán)重污染工段的改造成為一條可行的路徑，相關(guān)政策對此也做出了明確要求?！豆I(yè)爐窯大氣污染綜合治理方案》和《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案（征求意見稿）》中指出“氮肥等行業(yè)采用固定床間歇式煤氣化爐的，加快推進(jìn)煤氣冷卻由直接水洗改為間接冷卻。”
“直接水洗”和“間接冷卻”有何區(qū)別？于曠世解釋，在氣化的凈化和降溫過程中，直接水洗的方式導(dǎo)致焦油、酚氰等有害物質(zhì)與水直接接觸，產(chǎn)生化工廢水，難以處理。間接冷卻通過間接換熱器，避免污染物與水的接觸，干濕分離，分別處理，實現(xiàn)了后續(xù)處理難度的降低和環(huán)保效益的提升。
山西晉豐固定床氣化間接冷卻升級改造項目現(xiàn)場參觀
值得關(guān)注的是，該套間接冷卻與干式除塵工藝正是已在循環(huán)流化床煤氣化裝置中應(yīng)用多年的凈化及冷卻系統(tǒng)，中合氣化以此為基礎(chǔ)，創(chuàng)新性研發(fā)出一套適用于間歇式固定床改造的間接冷卻技術(shù)，將廣泛驗證的水冷旋風(fēng)預(yù)除塵、干式除塵和間接冷卻技術(shù)緊密結(jié)合，構(gòu)成煤氣除塵凈化、間接冷卻一體化工藝，在回收煤氣粉塵的同時解決了直接冷卻循環(huán)水的高污問題，分離出的粉塵以氣力輸灰方式輸送至廠區(qū)灰倉，冷凝液中的氨氮成分則通過蒸氨系統(tǒng)實現(xiàn)氨水回用。
山西晉豐固定床氣化間接冷卻升級改造項目現(xiàn)場參觀
該技術(shù)已在晉能控股集團(tuán)下的天源、金象、晉豐三家企業(yè)的固定床間接冷卻升級改造項目中得到實施。在晉豐項目現(xiàn)場，干塵通過密閉倉泵輸?shù)交覀}，再通過汽車散裝機裝車，雖然輸送的是干塵，整個過程卻看不到一?；覊m，且完全自動化，經(jīng)處理的冷凝液也恢復(fù)了透明。
間冷改造前后水質(zhì)區(qū)別
晉能控股裝備制造集團(tuán)區(qū)域公司總經(jīng)理助理陳志云表示，天源公司的間冷系統(tǒng)自2021年1月投運來，間冷布袋出口含塵量檢測指標(biāo)＜10mg/Nm3，為煤化工企業(yè)解決了普遍存在的一個環(huán)保治理難題。晉煤天源也因此被評為唯一一家“晉城市環(huán)保B級企業(yè)”，獲得污染天氣不停產(chǎn)的資格。
