山西天泽常压固定床间歇式煤气炉环保升级及替代改造之路_李红泰.pdf

煤气化技术收稿日期 修稿日期 作者简介 李红泰（），男，山西晋城人，高级工程师，主要从事合成氨 尿素生产技术管理工作。山西天泽常压固定床间歇式煤气炉环保升级及替代改造之路李红泰（山西天泽煤化工集团股份公司，山西 晋城）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 台煤气炉、煤气化厂有 台煤气炉），主产品产能为 合成氨、尿素。在环保政策倒逼下，基于企业的实际情况，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 年完成造气炉系统煤气直冷改间冷（及配套）改造，年 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 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 合成氨、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 年 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 文献标志码 文章编号 （）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 合成氨、尿素、甲醇、甲醛、三聚氰胺和 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）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（煤气炉）制气生产合成氨，配套 汽提法工艺生产大颗粒尿素产品，共有 台 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 台煤气炉，占山西天泽氨醇产能的、尿素产能的；煤气化厂（位于晋城市北留 周村工业园区）有 台煤气炉，占山西天泽氨醇产能的、尿素产能的。年山西天泽生产装置计划运行负荷率.，全年累计生产合成氨 、尿素 、甲醇.，全年余热发电 ，实现工业总产值.亿元、利润.亿元，上缴税金.亿元，在 年全国氮肥企业中排名为利润第 名、尿素产量第 名、合成氨产量第 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。年 月 日国务院发布 打赢蓝天保卫战三年行动计划（国发 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；具体而第 期 年 月中 氮 肥 .DOI:10.16612/ki.issn1004-9932.2023.02.021言，山西天泽固定床间歇气化工艺（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 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。现有气化系统环保升级过渡改造.过渡改造缘由（）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。（）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。.过渡改造内容 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 项治理任务之中，年 月巴公环保督查会又专门强调此事；年 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 的要求。年 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 万元实施了 套共 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、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.，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、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），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 年下半年开始进行剩余 台 煤气炉系统造气循环水直冷改间冷及配套改造，年底完成施工，获得了晋城市环保局的认可验收。年 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，套蒸氨系统投资约 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 （指标为 ）；二是循环水配置缺口大，尚缺约 ；三是煤气温度偏高（比原来至少高 ），造气系统阻力增大（布袋除尘器投运之初造气系统阻力约 ，造气系统阻力达 左右时需停车消阻），吨氨醇电耗增加 ；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，年 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。纯氧连续气化或粉煤加压气化替代改造为积极响应国家环保政策和 年晋城市中 氮 肥第 期经济工作会议精神以及晋城市委办公室晋市办发 号文件重点工作中关于“煤化工企业年内全部实施常压固定床间歇式煤气炉改造”的号召，山西天泽 年成立了项目领导组，开始筹划煤气化系统替代改造建设项目，分为煤气化厂、永丰公司两部分，具体进展情况如下。.煤气化厂气化系统替代改造方案及进展山西天泽煤气化厂位于北留 周村工业园区，年取得了北留 周村工业园区气化岛项目备案证，与航天长征化学工程股份有限公司（简称航天长征）进行多次交流对接，于 年 月签订了有关气化岛项目的 合作框架协议，并上报晋城市政府，年 月完成可行性研究报告的技术评审工作。煤气化厂气化系统替代改造项目基本情况为：总投资约 亿元，拟新征土地约 亩，项目采用晋城“三高”无烟粉煤（随着采煤机械化程度的提高，粉煤、末煤占比越来越高）为原料，对于气化工艺技术的选择，结合当地某大型甲醇厂航天炉成功应用案例，加之航天长征有投资意向，决定选用航天粉煤加压气化工艺，设计年产合成氨原料气约.（标态，下同）、约.，在满足山西天泽煤气化厂 合成氨产能的同时，还可为园区内现有其他煤化工企业提供合成氨原料气。鉴于北留 周村工业园区气化岛项目推进缓慢，且大型气化装置投资大、建设周期长等实际情况，加之全部淘汰 煤气炉进入政府要求的倒计时，用纯氧连续气化工艺加快推进煤气化厂淘汰 台 煤气炉成为山西天泽另一条可行之路。最终于 年 月确定煤气化厂气化系统替代改造采用纯氧连续气化工艺，不出厂不征地，利用原造气厂房改造建设 台 纯氧连续气化炉，设计氨醇产能为 ，配套建设空分装置，净化系统等同步进行适应性改造，醇烃化、氨合成、尿素等装置及生产工艺不变，其他公辅设施以原公用工程系统利旧为主。目前，煤气化厂气化系统纯氧连续气化工艺替代改造正在编制可研报告，前期手续办理、工程设计招标等工作齐头并进，以求加快推进项目建设，按时完成淘汰 煤气炉的工作任务。.永丰公司气化系统改造方案及进展永丰公司气化系统替代改造于 年 月办理 山西天泽煤化工集团股份公司巴公工业园区气化炉建设项目、永丰公司化工厂安全环保技改项目 备案证，项目基本情况为：投资约 亿元，新征土地 亩，拟新建 台 低压纯氧连续气化炉等，配套建设 空分装置，替代永丰公司、原化工厂现有的 台常压固定床间歇式煤气炉，同时进行取消半水煤气气柜、净化系统适应性改造、原化工厂 站搬迁调整、外排水含盐量 提标改造等，彻底解决永丰公司生产装置存在的安全环保问题，醇烃化、氨合成、尿素等装置生产工艺与产能不变（利旧），其他公辅设施以原公用工程系统利旧为主。年 月底完成永丰公司气化系统替代改造项目 可研报告、地质灾害评价报告、职业病防治预评价报告、节能报告，年 月底完成项目 环评报告，年 月日晋城市发改委对本技改项目（被列入山西省 年“两高”项目）进行前置性可行性论证。项目欲新征的土地用来布置纯氧连续气化炉和空分装置，但征地报批难度大，至今仍未落实，且巴公工业园区“化工聚集区”认定工作进展缓慢。年 月 日晋城市人民政府办公室印发的 关于印发晋城市空气质量改善、水环境质量巩固提升和土壤污染防治 年行动计划的通知（晋市政办 号）中提出“加快以新型煤气化工艺淘汰提升煤化工行业固定床间歇式煤气发生炉，按照 年 月底前，固定床间歇式煤气炉全部淘汰的整体安排”的要求，固定床间歇式煤气炉全部淘汰进入倒计时。为按时完成常压固定床间歇式煤气炉替代改造任务，山西天泽对巴公工业园区气化系统替代改造项目的建设模式与内容作出如下调整：由新征地建纯氧连续气化炉和空分装置，变更为在永丰公司二分厂（原化工厂）内拆掉现造气厂房建纯氧连续气化炉、拆三聚氰胺装置建空分装置；受永丰公司二分厂内场地所限，纯氧连续气化炉的数量由 台变更为 台，产品产能相应变更为 合成氨、甲醇；项目名称变更为“山西天泽永丰化肥有限公司气化改造项目”拆掉原化工厂内造气厂房改建 纯氧连续气化炉（采用间接式煤气冷却工艺）并进行渣水封闭 治理等，配套建设 套 空分第 期李红泰：山西天泽常压固定床间歇式煤气炉环保升级及替代改造之路 装置，取消半水煤气气柜，净化系统进行适应性改造，醇烃化、氨合成、尿素等装置及生产工艺不变，其他公辅设施以原公用工程系统利旧为主。年 月完成“山西天泽永丰化肥有限公司气化改造项目”可研报告、年 月初完成项目 节能报告、年 月中旬项目重新备案，年 月 日晋城市发改委再次对“山西天泽永丰化肥有限公司气化改造项目”进行前置性可行性论证。计划 年底完成项目建设前期手续并具备开工条件，年建设施工，年 月设备安装结束（具备试车条件），年 月全面完成永丰公司气化系统替代改造任务（台固定床间歇式煤气炉全部淘汰）。结束语 年 月山西省工信厅、发展改革委、生态环境厅、应急厅、能源局联合出台的 关于加快推进我省传统固定床间歇式煤气化技术升级改造的通知（晋工信化工函 号文件）提出：“对企业在原址实施的常压纯氧连续煤气化等清洁型固定床气化技术改造项目给予技术改造专项资金政策支持”，使常压纯氧连续气化工艺替代固定床（层）间歇式煤气炉升级改造项目在政策层面获得“路条”。结合晋城实际情况，山西天泽以当地的无烟块煤为原料采用常压纯氧连续气化炉替代常压固定床（层）间歇式煤气炉，不仅可促进地方存量经济的可持