固定床间歇煤气化技术不应一刀切
来源：《中国石油和化工产业观察》杂志
作者：顾宗勤
固定床间歇煤气化技术始于上世纪30年代，最初以焦炭为原料，经过多年发展，气化炉直径不断放大，合成氨单系列生产规模不断提高。
到了上世纪70年代末80年代初，氮肥企业成功开发了以无烟块煤（或煤棒、煤球）为原料的固定床间歇气化工艺技术并在全国范围推广。
鼎盛时期，大小氮肥厂遍布全国各县达到1500多家，甚至同一县内有2～3家氮肥厂。可以说，固定床间歇煤气化技术在保障我国粮食生产及化肥供应方面发挥过主力军作用，做出过突出历史贡献。
然而，固定床间歇煤气化技术的光辉岁月终结于上世纪90年代初。那时，我国分别从国外引进水煤浆加压气化技术和干粉煤加压气化技术，经不断完善创新，技术水平得到了很大提升。
2000年以后，尤其在最近10年，包括水煤浆和干粉煤加压气化在内的先进煤气化技术市场份额不断扩大。
据中国氮肥工业协会统计，2019年底，国内以无烟块煤为原料的固定床间歇气化技术合成氨产能为2238万吨/年，占全国合成氨总产能的33.7%；采用烟煤、褐煤为原料的先进煤气化技术合成氨产能达到2718万吨/年，占全国总产能的41%，首次超过以无烟块煤为原料的产能。固定床间歇煤气化企业的生存空间被严重挤压，总产能占比由2/3跌至1/3左右。
曾经因投资少而得到大力发展的固定床间歇煤气化合成氨生产技术，如今发展甚至生存面临着两大问题：
一是无烟块煤原料价格高；
二是无组织废气排放量大，而第二个问题的影响尤为严重。
近年来，国家和地方安全环保形势收紧，国家发改委《产业结构调整指导目录（2019年本）》将其列入限制类；
生态环境部《重点行业绩效分级及减排措施制定技术指南（2020年修订版）》明确固定床间歇煤气化合成氨企业不列入A级评选范围；
国家应急管理部等政府部门也发文要求限制和淘汰该工艺技术。
2020年上半年，河南省、山东省带头出台政策，要求限期淘汰固定床间歇煤气化工艺，有关部门和专家也提出淘汰该工艺路线的建议，个别省（市）甚至出台了一刀切政策。
这使得相关企业对发展前景感到困惑，导致应该实施改造的装置被搁置，部分产能被迫停产退出，造成大量资产损失、职工失业，影响了职工生活和区域肥料供应。
那么，固定床间歇煤气化技术就应该淘汰出局或被全面替代吗？
要知道，按照现有装置能力计算，如果全部替换为先进煤气化技术装置，投资将达1100亿元。而经过多轮淘汰，现存固定床间歇煤气化装置技术、管理和经济效益尚处于较好水平，存在较大利用价值。尤其是那些运行时间很短，设备还有大半成新，折旧没有完全归零的装置，如18万吨合成氨和30万吨尿素以上规模装置，如果完全一刀切，实在太可惜！
事实上，固定床间歇煤气化技术废气排放主要来自两个方面：
一是造气系统无组织废气排放，半水煤气进入洗气塔与洗涤水直接接触除尘降温，气相中硫化氢、氨、酚类等有害物质进入水相，洗涤水经敞开式的平流沉淀池、凉水塔，水中溶解有害物质向空气中逸散；
二是脱硫脱碳工序气提气、闪蒸气、解析气和排放二氧化碳中的硫化氢，即脱硫脱碳废气，可通过加强变换气脱硫、优化脱硫工艺降低脱硫脱碳废气中的硫化氢含量，浓度可控制在5毫克/标准立方米以下，或将尾气集中收集送三废炉或吹风气余热锅炉燃烧。
长期以来，第一种废气排放即造气系统无组织排放废气始终没得到有效解决。作为困扰固定床间歇煤气化技术生死存亡的关键，不少企业都将其作为技术攻关的重点、热点。
河北东光化工公司是第一家实施固定床间歇煤气化技术造气循环水系统改造的企业。2019年下半年，示范工程（4台造气炉）开工建设，当年11月投入运行；2020年11月，全厂42台造气炉改造全部完成，早期改造装置已运行1年多，目前装置运行平稳，实际运行数据与设计数据吻合。中国氮肥工业协会组织专家对其技术进行了鉴定，给予了充分的肯定和很高的评价。
运行数据监测结果显示，除尘过滤器出口粉尘含量在5毫克/标准立方米以下，洗气塔出口半水煤气温度为25摄氏度左右，增量水送气提装置。气提后洗涤水中主要污染物去除率为化学需氧量24%、硫化物99%、总氮12%、挥发酚23%。
含硫化氢、有机物等有害成分的气提气送造气炉，增量水经气提塔气提后送废水末端治理，循环洗涤水与冷却水间接换热，从源头上杜绝了废气排放。除尘过程收集到的煤粉送三废炉燃烧，废水经处理后可达当地环保排放要求。
项目实施后清洁生产水平明显提高。本次改造投资约1.2亿元，改造后合成氨生产能力为58万吨，单位吨氨投资为206.9元。据企业测算，吨氨实际成本增加31.46元。
东光化工装置改造主要源于3项技术：上海境业公司的布袋干法除尘技术、河北阳煤正元化工集团循环水治理技术和气化炉改造。
通过布袋干法除尘技术，经废热锅炉余热回收的半水煤气进入自洁式过滤器（布袋），干法捕集半水煤气中夹带99%以上的煤粉、粉尘、盐份等及90%以上的焦油及气溶胶等，自洁式过滤器捕集的煤粉等通过下部仓泵，采用浓相气力输灰技术密闭输送至灰仓，收集后提供给三废炉作为燃料。
水治理技术设计半水煤气进入冷却塔间接冷却至40摄氏度以下通过半水煤气总管送入气柜，经冷却塔冷却的半水煤气中蒸汽冷凝液送入气提塔，采用来自造气空气鼓风机的空气气提净化冷凝液，去除冷凝液中微量可燃气成分，气提气送入造气炉进行助燃，气提净化后的冷凝液送至污水处理系统后达标外排或回收利用。
气化炉改造包括气化炉上煤系统和出渣系统的自动化改造、炉子整体的密封改造，既彻底解决了炉子的气、水、渣、尘环保问题，又解决了炉子进料容易爆炸和出渣容易烫伤的安全问题，提高了生产操作的安全性和稳定性。
总体来说，在东光化工的改造中，自洁式过滤器捕集得到煤粉中的有机物及未燃尽碳送至三废炉进行二次掺烧，取消了传统水洗除尘后废水沉降分离煤灰的装置，消除了废水、废气及污泥与湿渣的产生，实现废渣的零排放；造气冷却水实现间接冷却、密闭循环，造气过程中产生的增量水得到合理转化利用，实现废水零排放；采用间冷工艺，凉水塔冷却循环水不与半水煤气直接接触，避免通过自洁式过滤器的半水煤气中微量有毒有害有味气体进入冷却循环水，解决了废气挥发问题，工艺过程无挥发性有机物泄漏。利用进造气炉空气作为气提气解决了气提废气处理问题，实现废气的零排放。
显然，东光化工的改造技术是成熟可靠的，可帮助固定床间歇煤气化技术摆脱被淘汰的命运。
为了推动固定床间歇煤气化技术的升级改造，笔者认为应该做好以下几个方面的工作：
一是重新正确认识固定床间歇煤气化技术。为了对固定床间歇煤气化技术改造有更进一步的认识，笔者引入以下数据：在2020年12月工信部公布的2020年度重点用能行业能效领跑者企业名单中，合成氨行业采用固定床间歇煤气化技术的企业位居前两名，能耗水平为1072～1091千克标煤/吨，采用先进煤气化技术的企业位居第四到第八名，能耗水平为1206～1371千克标煤/吨。
据中国氮肥工业协会2019年统计，固定床间歇煤气化技术平均综合能耗为1211千克标煤/吨，水煤浆煤气化技术能耗为1354千克标煤/吨，干粉煤气化技术能耗为1373千克标煤/吨。
固定床间歇煤气化技术大多采用电力驱动，如按照能耗计算等价折标系数核定，综合能耗为1330～1380千克标煤/吨，与先进煤气化技术综合能耗大致相当。
再说东光化工的改造方案。能耗方面变化不大，只增加了些许用电量，可忽略不计；
环保方面，系统被全部密封起来，阻止无组织废气排放，从根本上解决了废气排放问题，尽管增加了废水排放量，吨氨增加约1吨左右，但废水经过处理后可达标排放；
安全方面，炉子进料和出渣全部自动化，现场无需留人值守，现场环境得到大大改善，彻底告别了过去现场的脏乱差，与先进煤气化气化炉的工段现场环境已无差别；
竞争力方面，就目前东光化工的情况看，即使改造增加了投资，生产成本也相应增加，但是都在可承受范围内，由于国内固定床间歇煤气化生产能力不断减少，无烟块煤用量大幅下降，市场价格持续走低，目前约比粉煤高150～200元/吨（过去相差400～500元/吨甚至更高），大大降低了合成氨的成本。
在与东光化工等企业的座谈中，他们认为固定床间歇煤气化技术经过改造后，在现在的市场情况下，还是有生存空间的。改造后技术最大优势是设备折旧摊销少、财务费用低、生产操作熟练、开工率高。
二是政府应给予政策或资金支持。政府有关部门要改变对固定床间歇煤气化技术过去的传统看法，要实事求是地评价该技术的改造模式，以生产装置是否达到安全环保要求来衡量企业。
显然，经过升级改造后的固定床间歇煤气化技术各方面均能满足排放标准，不应被列入限制或者淘汰类，应允许与新型煤气化技术共存，不搞一刀切，要从实际出发，因企业而宜、因装置而宜、因技术而宜。
应给予相关企业2～3年的缓冲期，督促其抓紧进行编制方案、筹措资金和施工建设等。另外，现阶段采用固定床间歇煤气化技术的合成氨生产企业，面对环保压力不断加码、产品盈利空间日渐缩小的局面，投入资金进行环保改造压力较大。
行业整体环保水平的提升需要充分发挥财政资金和政策资金的引导，对原料供应具备优势等条件较好的企业加大安全环保质量提升的扶持力度，促进行业高质量发展。
三是企业应尽早改造现有生产装置。我国安全环保形势未来只会越来越紧。如果固定床间歇煤气化技术不加以改造，最终确实难逃淘汰命运。
当前，有些企业对改造还存在一些顾虑，例如如何选取改造方案、改造可能引起的废水量增加、对目前生产的影响、面临被一刀切困局以及资金问题等。
对此，笔者认为，企业改造方案可以东光化工作为样板，进行参考，技术力量弱的企业甚至可以直接照搬东光化工的改造方案，不仅省时省事还少担风险。
若现有废水装置不能满足改造要求的，必须进行扩建改造，增大废水处理装置能力。废水处理装置扩建主要涉及投资和场地问题。场地问题对企业而言难度不大。资金方面，参照东光化工的改造方案，整体投资并不高，如再得到政府的资金支持，难度更将大大降低。
另外，改造过程确实会对企业生产有一定影响，但如果安排好了，损失还是可控的，特别是有多套装置的企业，可通过轮换改造进一步降低影响。
这里要说的是，一刀切是所有采用固定床间歇煤气化技术企业面临的共性问题。对此，笔者再次呼吁，只要改造后的装置可以达到当地安全环保标准，政府部门没有必要非关掉现有装置不可。东光化工已经为该技术打开了另一扇发展大门，且不存在工程和技术风险，不应只是注定被淘汰的命运。
当然企业还应注意一点，固定床间歇煤气化废水治理应参照各地环保要求和水质，采取不同治理方案。
目前氮肥行业（包括煤化工）废水处理技术瓶颈问题已经解决，固定床碎煤加压气化含氨氮、酚类高浓度废水处理已不再是治理难点，中煤鄂尔多斯能源化工有限公司、山西天脊煤化工集团有限公司等企业已针对高浓度废水治理探索出各自有效的处理方案，有的甚至实现了煤化工废水零排放。
四是因地制宜地选择改造工艺技术。东光化工改造方案并不是唯一选择。新疆宜化化工有限公司、贵州宏盛化工有限公司、甘肃金昌化学工业集团有限公司采用常压（加压）循环流化床气化技术对造气工段进行了改造，从2019年底开始，以上项目陆续成功开车；山西天泽煤化工集团股份公司、山西金象煤化工有限责任公司等改造方案与东光化工类似，但技术来源不同；河南骏化化工有限公司采用富氧气化技术；河北田原化工集团有限公司采用以干粉煤为原料的流化床煤气化技术……甚至如果资金允许，也可完全推倒重建，新上水煤浆或干煤粉等先进煤气化工艺。
五是尽快建立固定床间歇煤气化标准体系。目前《化学肥料工业大气污染物排放标准》仍未正式发布，全国各地对化工行业的要求参差不齐，标准有高有低，氮肥行业更缺少改造后的固定床间歇煤气化标准。
为了适应当前日益收紧的安全环保政策，急需制定专门适用于氮肥行业的污染物排放标准规范，引领行业安全环保水平的提升。同时，作为国家秋冬季重污染天气管控的重点行业，政府有关部门对固定床间歇煤气化合成氨生产企业，应与先进煤气化企业一视同仁，完成改造并具有很高管理水平的企业，也应评为A级企业。
六是提高公众认知水平。氮肥行业历经半个多世纪的发展，企业管理水平、本质安全水平和污染物排放水平等各个方面都取得了非常大的进步。但公众对其印象仍停留在过去阶段，对氮肥生产的安全环保认识不够全面，甚至存在某种偏见。
建议采取线上线下相结合，企业、高校、政府和公众相关等要素全面参与的宣传方式，让社会进一步了解固定床间歇煤气化技术，改变固定床间歇煤气化技术消耗高、污染物排放量大、厂区脏乱差的固有观念，提升氮肥企业的形象和地位，给氮肥行业发展创造良好的外部环境，促进氮肥行业健康发展。
END