煤氣化工藝節(jié)能減排技術(shù)綜述

魏樹龍

（恒力石化（大連）煉化有限公司，遼寧大連 116000）

煤氣化工藝中，造氣工藝流程極為重要，一方面能夠制造及釋放煤氣化能源，另一方面也伴隨有大量的制熱及換熱能源損耗或浪費(fèi)。煤氣化工藝節(jié)能減排應(yīng)針對(duì)效率較為低下落后的設(shè)備及工藝進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)提高水的使用效率及吹風(fēng)氣二次回收，達(dá)到預(yù)期蒸汽發(fā)電效果[1]。

1 煤氣化工藝過(guò)程及其能源浪費(fèi)概述

煤氣化工藝中的能源浪費(fèi)主要集中在CO2的排放上，在煤氣化甲醇、煤氣化烯烴、煤液化等工藝環(huán)節(jié)，煤氣化進(jìn)程會(huì)伴隨有大量的CO2生成并排出，尤其是在煤氣化合成甲醇及合成氣凈化的過(guò)程中。經(jīng)煤氣化而得到的氣體能源中，CO與H2摩爾比通常在2以內(nèi)，CO 此時(shí)可經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成水煤氣，進(jìn)而轉(zhuǎn)換得到CO2，眾多的CO2需要在合成氣中被排出，這一過(guò)程是煤氣化產(chǎn)生廢氣及引發(fā)能源浪費(fèi)的主要環(huán)節(jié)。此外，煤液化工藝在開展過(guò)程中，主要是將煤置于高壓及高溫環(huán)境下，引入氫氣，在兩者的反應(yīng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)煤的固態(tài)向液態(tài)的轉(zhuǎn)化，最終得到工業(yè)生產(chǎn)所需的液體煤油。如反應(yīng)環(huán)境中存在高含量的氫氣，在氧氣的作用下，工藝過(guò)程會(huì)有大量的水排出，而CO2的產(chǎn)率則相對(duì)較少。

2 煤氣化工藝中主要的節(jié)能減排技術(shù)

煤氣化工藝因?yàn)樯婕暗揭恍┗瘜W(xué)反應(yīng)，不可避免會(huì)產(chǎn)生大量污染物或廢氣廢水，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能化設(shè)計(jì)時(shí)，可以圍繞煤氣化工藝中的關(guān)鍵要素進(jìn)行優(yōu)化，從而提高煤氣化工藝產(chǎn)品潔凈度及產(chǎn)出率。

2.1 煤氣化CO2節(jié)能減排技術(shù)

2.1.1 煤氣化CO2儲(chǔ)存技術(shù)

該技術(shù)形式近些年來(lái)得到重視和應(yīng)用，技術(shù)應(yīng)用范疇主要集中在地質(zhì)構(gòu)造條件及環(huán)境無(wú)法對(duì)煤氣化開采作業(yè)提供經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，或者開采過(guò)程伴有不確定性因素等環(huán)節(jié)。例如，經(jīng)年開采使用的油氣田，儲(chǔ)油及出油量大幅縮減、煤層富集深度較大，存在無(wú)法開采的咸水層或采煤層等，可考慮采用CO2儲(chǔ)存技術(shù)。如前所述，煤氣化工藝環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生大量的CO2，這些CO2如直接排出，會(huì)對(duì)空氣環(huán)境造成過(guò)大的分解壓力，甚至直接帶來(lái)大氣污染問(wèn)題。為此，借助CO2儲(chǔ)存技術(shù)，可以將一定數(shù)量的CO2進(jìn)行存儲(chǔ)，如將其在海底儲(chǔ)存，海水中如含有一定量的金屬物質(zhì)，可以與海底儲(chǔ)存的CO2進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鹽沉淀，如此可以大大降低CO2的排放量。而從煤氣化工業(yè)實(shí)踐看，在開采條件不佳的煤層中將CO2注入，能夠顯著提高煤氣化的回采率，同步提高煤油的產(chǎn)出率[2]。需要注意的是，在采用CO2儲(chǔ)存技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)煤氣化工藝施工區(qū)域的具體情況而定，如煤氣化開采區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定，存在變動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，如出現(xiàn)CO2逃逸，會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成進(jìn)一步破壞，引起大氣溫室效應(yīng)。因?yàn)镃O2儲(chǔ)存區(qū)域一般會(huì)演變?yōu)樗嵝原h(huán)境，在該環(huán)境中如地下水中摻雜了重金屬物質(zhì)及CO2，會(huì)給地下水帶來(lái)污染。針對(duì)以上隱患，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析，避免CO2儲(chǔ)存技術(shù)的濫用。

2.1.2 煤氣化CO2循環(huán)利用技術(shù)

煤氣化CO2循環(huán)利用技術(shù)起源及發(fā)展較早，在技術(shù)形式及應(yīng)用上已經(jīng)趨于成熟，隨著煤氣化工藝領(lǐng)域中出現(xiàn)了新的采掘及加工技術(shù)，煤氣化CO2循環(huán)利用技術(shù)也處于同步更新過(guò)程中，其發(fā)展?jié)摿薮?。在?shí)際應(yīng)用中，主要有以下幾種技術(shù)形式和手段：第一，液態(tài)CO2煤漿提取技術(shù)。該技術(shù)主要是按照一定的配比來(lái)配制粉煤及水，配比標(biāo)準(zhǔn)為3:2，在提取及制造焦煤等能源時(shí)，將部分水用液態(tài)的CO2加以替代，進(jìn)而使煤氣化爐能夠生成二次反應(yīng)，藉此使焦煤能夠充分燃燒，提高煤的應(yīng)用效率。第二，液態(tài)CO2固化技術(shù)。這一技術(shù)工藝過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)CO2向干冰等物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，從而使煤氣化能源的應(yīng)用范圍得到進(jìn)一步擴(kuò)展。例如，在工業(yè)模具的清洗上，在消防器材的生產(chǎn)上，在生活美容上，在舞臺(tái)效果的呈現(xiàn)上，都能夠廣泛應(yīng)用。第三，CO2臨界及超臨界萃取技術(shù)。該技術(shù)形式優(yōu)點(diǎn)眾多，能夠?qū)γ簹饣^(guò)程中產(chǎn)生的CO2進(jìn)行大量消耗，起到節(jié)能減排作用。此技術(shù)流程較為簡(jiǎn)便，不具復(fù)雜性，借助萃取劑可以極大提高萃取的效率，同時(shí)還具備分離回收便捷的長(zhǎng)處，外加上煤氣化態(tài)CO2在化學(xué)性能表現(xiàn)上較為安全穩(wěn)定，不失為提高煤氣化工藝節(jié)能減排效果的可靠技術(shù)手段。從實(shí)踐看，該技術(shù)可以在醫(yī)藥領(lǐng)域得到深度利用，例如，藥物成分的提取。

2.2 煤氣化灰水節(jié)能減排技術(shù)

煤氣化工藝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的污水，特別是隨著環(huán)保壓力的增加，工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)o(wú)煙煤的需求量大大提高。無(wú)煙煤的重要特征之一是含硫量較低，為此，在煤氣化的造氣裝置及設(shè)備上現(xiàn)多采用高硫無(wú)煙煤。這一煤氣化裝置設(shè)備會(huì)增加煤氣灰水的含硫量，從而不利于煤氣化工藝的節(jié)能減排表現(xiàn)。為了有效降低煤氣化灰水運(yùn)行中產(chǎn)生的污水，就要針對(duì)煤氣洗滌系統(tǒng)的灰水硫化物進(jìn)行技術(shù)上的控制，避免因灰水沉淀池內(nèi)增加大量的焦油、硫化物、氟等污染物元素[3]。

2.2.1 控制煤氣化灰水中的懸浮物含量

煤氣化灰水在沉降懸浮物時(shí)，主要采用燒堿物質(zhì)加以中和，增強(qiáng)灰水水電化學(xué)腐蝕水平，在灰水的含鹽量指標(biāo)上通常設(shè)定在130kg/m3。隨著煤氣化能源潔凈度及利用率要求的提高，需要在工藝操作中增加控制項(xiàng)。在工藝實(shí)踐中，選用分子量大小為1000萬(wàn)的陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑進(jìn)行投放，能夠?qū)γ簹饣宜袘腋∥锏暮窟M(jìn)行良好控制，達(dá)到提高懸浮物去除效率的目的，從而優(yōu)化煤氣化工藝成本。為進(jìn)一步提高煤氣化灰水懸浮物含量控制水平，需要考慮到煤氣化生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)灰水量、煤氣化原料質(zhì)量、陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑用量及攪拌性等因素進(jìn)行綜合分析，達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用地提高煤氣化污水排放控制水平的目的。

在煤氣化生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備裝置的更新上，為切實(shí)提高煤氣化灰水懸浮物含量控制表現(xiàn)，可以在灰水工藝線路中增設(shè)微渦流塔板澄清器，型號(hào)規(guī)格根據(jù)生產(chǎn)工藝參數(shù)而定。通過(guò)該設(shè)備能夠?qū)γ簹饣鋮s塔的性能加以有效改善優(yōu)化，針對(duì)性解決煤氣化冷卻塔中的填料可能被煤灰物質(zhì)阻塞的問(wèn)題，在實(shí)現(xiàn)填料高效化的同時(shí)，提高灰水的綜合利用率，降低污水排放的總量。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)相關(guān)實(shí)例測(cè)試，澄清器出口部位的灰水懸浮物含量不超過(guò)50mg/L，極大節(jié)約了灰水，并顯著降低排污費(fèi)用。

2.2.2 控制煤氣化灰水中的硫化物含量

第一，曝氣吹脫洗滌水脫硫化氫。通過(guò)這種方式控制煤氣化硫化物含量時(shí)，因?yàn)椴恍鑼?duì)灰水的pH 進(jìn)行深層調(diào)節(jié)，可以節(jié)省大量的堿物質(zhì)，同時(shí)解決了可能加堿而產(chǎn)生的鹽類物質(zhì)集聚，進(jìn)而避免煤氣化灰水裝置遭受腐蝕的幾率。這一技術(shù)手段需要相應(yīng)的技術(shù)方案及設(shè)備的支持，在具體采用上可根據(jù)煤氣化企業(yè)實(shí)際情況量力而行，合理選用。

第二，煤氣化灰水pH 調(diào)節(jié)。該技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)灰水的pH，起到抑制及緩解硫化氫化學(xué)吸收的效果。在煤氣化灰水pH 的調(diào)節(jié)上，要達(dá)到數(shù)值為6的目的，可以采用石灰物質(zhì)或燒堿物質(zhì)進(jìn)行中和及調(diào)節(jié)。相比而言，一般更傾向于采用石灰水進(jìn)行調(diào)節(jié)，因其較難導(dǎo)致鹽類的積聚，不會(huì)因?yàn)闊龎A的大量使用而增加鹽類集聚反應(yīng)，避免對(duì)空氣造成污染。

3 結(jié)語(yǔ)

煤氣化工業(yè)在新時(shí)期發(fā)展背景下逐漸由污染型向清潔能源型過(guò)渡。在國(guó)家提高煤氣化工業(yè)生產(chǎn)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)的前提下，要通過(guò)多種手段有效控制煤氣化工藝的排污量。在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，能源型企業(yè)要以將節(jié)能減排作為煤氣化工藝改進(jìn)的首要目的，針對(duì)煤氣爐裝置做好灰水硫化物的控制及CO2氣的轉(zhuǎn)化利用，從而大幅提高煤氣化工藝的清潔系數(shù)。