李红泰
（山西天泽煤化工集团股份公司，山西 晋城048000）
［摘 要］山西天泽煤化工集团股份公司以晋城无烟块煤为原料，气化系统采用常压固定床间歇气化工艺（下属永丰公司有40台煤气炉、煤气化厂有60台煤气炉），主产品产能为1 800 kt/a合成氨、3 000 kt/a尿素。在环保政策倒逼下，基于企业的实际情况，2020年以来山西天泽气化系统改造分两步开展：第一步对现有气化系统进行环保升级过渡改造——2021年完成造气炉系统煤气直冷改间冷（及配套）改造，2022年6月完成造气间冷增量水蒸氨技改；第二步对固定床间歇气化工艺进行替代改造——煤气化厂最终确定（原计划采用粉煤加压气化工艺，后因故搁置）采用纯氧连续气化工艺（设计产能为3 000 t/d氨醇），永丰公司采用纯氧连续气化工艺（设计产能因故缩减至360 kt/a合成氨、100 kt/a甲醇），煤气化厂、永丰公司均配套建设空分装置，下游生产系统及公用工程系统均以利旧为主。山西天泽的固定床间歇式煤气炉全部淘汰任务力争于2024年9月完成。
［关键词］常压固定床间歇式煤气炉；晋城无烟煤；环保升级过渡改造；煤气直冷改间冷；替代改造方案；粉煤加压气化；纯氧连续气化
［中图分类号］TQ546 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）02-0011-03
0 引 言
山西天泽煤化工集团股份公司（简称山西天泽）是一家具有1 800 kt/a合成氨、3 000 kt/a尿素、300 kt/a甲醇、60 kt/a甲醛、15 kt/a三聚氰胺和18 MW余热发电装机产能的大型煤化工企业，下属煤气化厂、永丰公司（原化工厂现为永丰公司二分厂）2家尿素生产企业。山西天泽以晋城无烟块煤为原料，采用常压固定床间歇气化工艺（UGI煤气炉）制气生产合成氨，配套CO2汽提法工艺生产大颗粒尿素产品，共有100台UGI煤气炉，其中，永丰公司（位于晋城市泽州县巴公装备工业园区）有40台煤气炉，占山西天泽氨醇产能的38%、尿素产能的41%；煤气化厂（位于晋城市北留-周村工业园区）有60台煤气炉，占山西天泽氨醇产能的62%、尿素产能的59%。2021年山西天泽生产装置计划运行负荷率94.4%，全年累计生产合成氨1 533 kt、尿素2 390 kt、甲醇104.5 kt，全年余热发电8 163×104 kW·h，实现工业总产值57.8亿元、利润9.05亿元，上缴税金2.64亿元，在2021年全国氮肥企业中排名为利润第12名、尿素产量第3名、合成氨产量第6名。
近年来，环保形势严峻，环保政策日趋严格，工业企业尤其是传统煤化工企业节能减排压力巨大。2018年6月27日国务院发布《打赢蓝天保卫战三年行动计划》（国发〔2018〕22号），提出“加大化肥行业固定床间歇煤气化炉整改力度”政策以来，山东、河南、山西等省及其地市政府与生态环境等部门已连续多年出台相关政策淘汰常压固定床间歇式煤气炉。在环保政策倒逼下，基于山西天泽面临的实际情况，经对气化系统升级改造关键环节与相关问题的分析与论证，认为采用纯氧连续气化工艺进行替代技改是适合晋城当地实际的、可行的改造路线；具体而言，山西天泽固定床间歇气化工艺（UGI煤气炉）升级改造计划分两步来做：第一步，先对现有气化系统进行环保升级改造（过渡法），煤气化厂、永丰公司改造共投资约3亿元；第二步，采用纯氧连续气化或气流床气化工艺（粉煤加压气化）替代固定床间歇气化工艺（彻底替代法）。以下对有关情况作一简介。
1 现有气化系统环保升级过渡改造
1.1 过渡改造缘由
（1）UGI煤气炉所产煤气直冷（造气循环水与半水煤气直接接触洗涤除尘等，污染物和大部分未分解的蒸汽冷凝液进入造气循环水中）改间冷（造气循环水不与半水煤气直接接触，污染物不进入造气循环水中，污染物和大部分未分解的蒸汽冷凝液另行处理）工艺能满足现阶段环保政策要求，符合晋城市生态环境局现行政策要求；再者，中国氮肥工业协会在不同场合与会议呼吁，河北省东光化工有限责任公司（简称河北东光）实施固定床间歇制气多污染源一体化环保治理后形成的清洁型常压固定床间歇式煤气炉与新型气流床气化炉污染物排放水平接近，通过技术创新等方式有效解决了制约常压固定床间歇气化工艺健康发展的技术难题，可提升常压固定床间歇制气生产合成氨企业的生存能力，对保障我国用肥安全意义重大。
（2）相较于直接升级为先进的新型气流床气化工艺的改造方案，造气循环水直冷改间冷投资少、建设周期短、占地面积较小，可利用合成氨装置大修期间实施而无需企业长时间停产，由此可避免如立即淘汰固定床间歇气化炉导致的改造成本高、建设周期长、员工无法安置而离岗等一系列问题。
1.2 过渡改造内容
2020年初，山西天泽造气系统煤气直冷改间冷技改项目列入当地（市）环保局确立的化肥企业年度13项治理任务之中，2020年4月巴公环保督查会又专门强调此事；2020年5月底，晋城市环保局召集晋煤集团、山西兰花和山西天泽人员到河北东光参加现场观摩暨项目推进会，旨在达到“造气煤气直冷改间冷”项目年内完成率达30%的要求。2020年8月开始，借鉴河北东光的做法，由河北正元化工工程设计有限公司设计，在山西天泽煤气化厂、永丰公司和原化工厂投资约2 400万元实施了4套共18台固定床间歇式煤气炉直冷改间冷等多污染源一体化环保治理示范改造。此举可使造气循环水由“浊循环”变成“清洁型循环”，去掉平流沉淀池和微涡流澄清池等，半水煤气中的煤粉经布袋除尘通过气力输灰送三废混燃炉或燃煤锅炉回收利用，避免半水煤气中的煤粉经水洗、捞泥晾干再花钱环保处置等，且洗气塔洗涤水封闭小循环降煤气温度，避免了原造气凉水塔循环水排气（含有酚、氰、氨、有机物、H2S等）污染，这些污染物在半水煤气中随温度的降低同未分解的蒸汽一起变为煤气冷凝液［俗称造气间冷增量水，吨氨约有增量水0.8～1.0 t，其量的多少与造气炉内蒸汽分解率有关］，以及避免原平流沉淀池挥发性气体（含有酚、氰、氨、有机物、H2S 等污染物）直排入大气，可谓是固定床间歇制气工艺的进步。但上述过渡改造也带来了一些问题：一是煤气温度偏高（比原来至少高5 ℃），二是造气间冷增量水处置工艺的复杂程度与难度远远超出预期。在取得一定的经验教训后，再加上晋城市的环保要求，山西天泽2021年下半年开始进行剩余82台UGI煤气炉系统造气循环水直冷改间冷及配套改造，2021年底完成施工，获得了晋城市环保局的认可验收。2022年5—6月，利用本年度大修机会山西天泽分别实施了煤气化厂、永丰公司造气间冷增量水之蒸氨技改，3套蒸氨系统投资约2 000万元。目前蒸氨系统运行中暴露出一些问题：一是蒸汽消耗高，吨废水耗蒸汽130 kg（指标为100 kg）；二是循环水配置缺口大，尚缺约1 000 m3/h；三是煤气温度偏高（比原来至少高5 ℃），造气系统阻力增大（布袋除尘器投运之初造气系统阻力约300 Pa，造气系统阻力达1 000 Pa左右时需停车消阻），吨氨醇电耗增加5～20 kW·h；四是蒸氨系统所产氨水品质差，只好用于锅炉烟气脱硝，出现了堵喷枪、消耗剩余氨水等问题。蒸氨后废水的处置分两步走：第一步，2022年9月完成蒸氨系统废水生化处理工艺设计，实施蒸氨废水达标排放项目；第二步，计划在实施气化系统升级改造时实现全厂外排废水零排放。
2 纯氧连续气化或粉煤加压气化替代改造
更多内容详见《中氮肥》2023年第2期