中合氣化總經(jīng)理于曠世在2021中國氮肥、甲醇技術(shù)大會(huì )上作主題報告
在7月21日開(kāi)幕的2021中國氮肥、甲醇技術(shù)大會(huì )上，中科合肥煤氣化技術(shù)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(wèn)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(hù)的氣化細渣處置，再到傳統固定床氣化的環(huán)保改造，形成了無(wú)害化處理的閉環(huán)。
這套綜合解決方案是如何實(shí)施的?中合氣化總經(jīng)理于曠世在大會(huì )上做了詳細解讀。
循環(huán)流化床煤氣化(CGAS)技術(shù)從源頭解決問(wèn)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(lèi)：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，且污染嚴重;氣流床則由于初始投資大、建設周期長(cháng)、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)具有煤種適應性強、運行成本低、建設周期短、環(huán)保指標好、與中小合成氨企業(yè)規模匹配度高、改造期間無(wú)需停產(chǎn)等優(yōu)勢，因此也成為此類(lèi)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(kāi)發(fā)了循環(huán)流化床煤氣化(CGAS)技術(shù)。為更好地推動(dòng)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)濟開(kāi)發(fā)區合作成立中合氣化。
于曠世表示：“循環(huán)流化床氣化系統在耦合細渣處理后的轉化效率和性能指標不低于氣流床，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場(chǎng)
CGAS技術(shù)具有煤種適應性強、能耗及成本低、總體能效高、技術(shù)可靠性高、負荷調節靈活、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，該項目是國內首套以高堿煤為原料制合成氣的循環(huán)流化床氣化系統。改造前，新疆宜化的合成氨造氣單元存在廢水、焦油排放問(wèn)題，且煤耗、氧耗、蒸汽耗大。CGAS技術(shù)解決了高堿煤強沾污、易結焦、灰熔點(diǎn)波動(dòng)大、成漿性差，無(wú)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(wèn)題，使得噸氨成本降低兩百余元，同時(shí)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)建設的貴州宏盛化工氣頭改造項目也成功應用于合成氨生產(chǎn)，僅一臺氣化爐就替換了十臺固定床氣化爐，并利用了當地低活性、傳統技術(shù)不易氣化的無(wú)煙煤，制氣更加高效、清潔、低廉，該裝置是國內首套以無(wú)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年度科技成果轉移轉化亮點(diǎn)工作”。
目前， CGAS技術(shù)實(shí)現了在煤制清潔工業(yè)燃氣和煤制合成氨原料氣領(lǐng)域的快速產(chǎn)業(yè)化應用，在氧化鋁、金屬鎂、鑄造等行業(yè)30余個(gè)用戶(hù)完成70余臺(套)工業(yè)產(chǎn)品級應用。
CGAS技術(shù)實(shí)現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(guò)程中與氣流床一樣會(huì )產(chǎn)生部分細渣。針對細渣的處理，中合氣化也有一套“特色高招”。
氣化細渣資源化處理為企業(yè)增加上億收益
近年來(lái)，隨著(zhù)氣流床、循環(huán)流化床技術(shù)的普及，氣化細渣的處置成為困擾企業(yè)的一大難題。目前，對于細渣的處理主要以填埋或制磚等低價(jià)值利用為主，于曠世舉例：“一個(gè)采用氣流床氣化的中型企業(yè)一天約產(chǎn)生700 噸細渣，一年累計 20 多萬(wàn)噸，但填埋場(chǎng)庫容有限，嚴重時(shí)將制約企業(yè)生產(chǎn)。”
因此，尋求減量化、無(wú)害化的細渣處理方式成為行業(yè)共同關(guān)注的問(wèn)題。針對此難題，中科院工程熱物理研究所開(kāi)發(fā)了預熱熔融氣化技術(shù)及殘炭燃燒技術(shù)。氣化細渣基本不含揮發(fā)分、反應活性差、不易燃燒或氣化，難以用常規技術(shù)處理。對于有合成氣需求的用戶(hù)，可利用預熱熔融氣化技術(shù)將細渣氣化為合成氣，該氣化技術(shù)突破了細渣粒徑細、揮發(fā)分低、著(zhù)火溫度高、綜合利用難度大等技術(shù)難題，同時(shí)，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(wú)害的玻璃體中。對于有蒸汽需求的用戶(hù)，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(guò)系統集成實(shí)現煤的清潔高效梯級利用。兩種技術(shù)不僅能完成細渣的減量化、無(wú)害化處理，還實(shí)現了資源化利用。
2020年，中合氣化與山東榮信集團有限公司簽訂了290t/d的細渣熔融氣化項目，以預熱熔融氣化技術(shù)處理細渣。項目投運后，可協(xié)同處理廠(chǎng)區危廢，不僅節省處置費用，產(chǎn)出的合成氣還將用來(lái)合成乙醇，預計每年為企業(yè)增加數億元收益。
細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(cháng)在役期限
隨著(zhù)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(lái)說(shuō)，固定床徹底退出代價(jià)過(guò)高，仍需時(shí)間。
那么，面對緊迫的環(huán)保問(wèn)題，這部分中小企業(yè)該怎么辦呢?嚴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(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案(征求意見(jiàn)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”有何區別?于曠世解釋?zhuān)跉饣膬艋徒禍剡^(guò)程中，直接水洗的方式導致焦油、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(guò)間接換熱器，避免污染物與水的接觸，干濕分離，分別處理，實(shí)現了后續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場(chǎng)參觀(guān)
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用多年的凈化及冷卻系統，中合氣化以此為基礎，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)預除塵、干式除塵和間接冷卻技術(shù)緊密結合，構成煤氣除塵凈化、間接冷卻一體化工藝，在回收煤氣粉塵的同時(shí)解決了直接冷卻循環(huán)水的高污問(wèn)題，分離出的粉塵以氣力輸灰方式輸送至廠(chǎng)區灰倉，冷凝液中的氨氮成分則通過(guò)蒸氨系統實(shí)現氨水回用。
山西晉豐固定床氣化間接冷卻升級改造項目現場(chǎng)參觀(guān)
該技術(shù)已在晉能控股集團下的天源、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(shí)施。在晉豐項目現場(chǎng)，干塵通過(guò)密閉倉泵輸到灰倉，再通過(guò)汽車(chē)散裝機裝車(chē)，雖然輸送的是干塵，整個(gè)過(guò)程卻看不到一?；覊m，且完全自動(dòng)化，經(jīng)處理的冷凝液也恢復了透明。
間冷改造前后水質(zhì)區別
晉能控股裝備制造集團區域公司總經(jīng)理助理陳志云表示，天源公司的間冷系統自2021年1月投運來(lái)，間冷布袋出口含塵量檢測指標<10mg/Nm³，為煤化工企業(yè)解決了普遍存在的一個(gè)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。
晉能控股裝備制造集團區域公司總經(jīng)理助理陳志云在大會(huì )作間冷改造報告
從循環(huán)流化床煤氣化(CGAS)技術(shù)到固定床的間冷改造技術(shù)，中合氣化為中小合成氨企業(yè)提供了低成本、高效能的兩種環(huán)保改造方案，同時(shí)，針對氣流床和流化床產(chǎn)生的細渣，中合氣化也提出了減量化、無(wú)害化、資源化的解決方案，形成合成氨造氣過(guò)程的環(huán)保閉環(huán)。以上方案也可應用于煤制甲醇、煤制氫等行業(yè)。
未來(lái)，中合氣化與工程熱物理研究所將堅持“雙輪驅動(dòng)”戰略，緊跟行業(yè)需求，持續技術(shù)革新，在“雙碳”戰略下，提升煤炭能源利用率，促進(jìn)源頭減排，節能提效，以高品質(zhì)合成氣助力煤化工下游產(chǎn)品向精細化、高附加值方向發(fā)展。
