浅谈煤气化工艺清洁生产及环境保护

（新疆天业集团汇合新材料有限公司，石河子市，832200） 李显辉

近年来，随着社会各界对环保重视程度的逐渐提高，在煤气化过程中，业界人士愈发开始注重应用科学合理的方法来实现清洁生产。清洁生产即在生产当中选择新方法、工艺，来有效控制生产全程，消除污染，并能够科学地配置资源、能源，尽可能地将原料转变成产品，最终实现节能减排、增效的目的，使环境与经济协调发展。作为煤化工产业的龙头，煤气化为下游装置提供原料气，多数煤化工工艺均通过相应的气化工艺来完成固态到气态的转变，在此基础上，选择下一步的工艺，所以，按照煤质特点，采用科学合理的煤气化技术是非常关键的一件事情，有助于保护我们的生态环境和清洁生产。

1 煤气化工艺介绍

1.1 固定床气化

这种工艺主要包括以下两种：间歇式气化与连续式气化。前者是1930年提出的一种方法，其优点是成本相对较低，操作简单，不足之处是原料单一，具有较低的气化率，同时需要较高的能耗，现在为止，它变成一种比较落后的方法。

1.2 流化床气化

关于这种工艺，其原理如下所示：粉煤在反应器中呈流态化状态，在合适压力、温度环境中，和气化剂发生相应的反应，产生煤气。它表现出一系列的优越性：与固定床对比来说，其具有较大的生产强度，所用原料是碎煤，在一定程度上缓解了块煤供求矛盾；具有较强的适应性。

1.3 气流床气化

关于这种工艺，根据原料形态主要包括以下两种：水煤浆、干煤粉，其中，前者的典型方法为Texaco，后者的典型方法包括shell与GSP。其基本原理如下所示：煤炭细粉粒在反应器中高速运动，与流化床气化过程中对固体颗粒的“气流输送”大致相当。该方法具有高效、清洁的优势，是今后的一个趋势。

1.4 各种工艺的比较

在此我们比较了以下四种常用的工艺：鲁奇、德士古、壳牌、GSP气化炉。通过比较得知，鲁奇、德士古、壳牌以及GSP四者均为比较先进的方法，四者各具特色，没有非常清晰的界限，我国尚未形成统一的认识，一般按照原料气的用途与煤种、煤源的保证性确定。后两种方法具有相对较强的原料适应性，耗O2量较低，并且具有较高的碳转化率，比前两种方法稍微好一点；然而，到现在为止，我国的鲁奇、德士古工艺工业化时间相对较长，技术比较完善，在实践中积累了许多宝贵经验。四者具有自己的优势与不足，所以，应当根据具体情况选择合适的方法。

2 煤气化清洁工艺分析

不管固定床鲁奇工艺，或者德士古、壳牌以及GSP等气流工艺，它们的煤种适应性较强，各种类型的劣质煤都可以选出科学有效的气化方法，然而利用科学的净化工艺，来除去气体里面的毒害杂质，例如氨、硫等，达到后续生产工艺要求。选择洁净的煤炭气化技术可以尽可能地提高资源利用率，既可以改善原煤产值，还能够降低污染物产量。

目前，各种好的气化工艺是气化温度和压力都向着更高方向发展，研究发现，后两种工艺的碳转化率已经超过99%，形成的产物中有效气体（氢气与一氧化碳）含量超过90%，洁净度不断提高，几乎没有氰化物、焦油等，CH4比例非常低，因此气化灰水的NH3-N、COD等较低，易于实现达标治理与回用。

相对于传统方法来说，现在的煤气化方法都是加压气化方法，中间不会形成许多造气吹风气，只是形成很少的闪蒸汽，该气体通过汽提塔以后，尾气能够输送至硫回收装置进行处理。

设置热回收，回收气化中的热能副产蒸汽，节约能耗的同时还可以避免燃烧动力煤带来的污染。

按照各种需求，选择科学合理的气体分离方法，以有效发挥气化煤气中的多种成分的作用。例如，选择Lurgi工艺时，煤气里面CH4的比例超过10%，为满足下一步化工合成的需要，把CH4分离出来副产LNG；回收利用该过程中形成的许多CO2，为制造尿素提供充足的原料，附近有焦炉煤气制甲醇的装置，还可以提供碳源，增加CH4产量，降低CH3-OH合成弛放气的排放，提高资源的利用率，同时还可降低二氧化碳的排放量。

整体而言，德士古、壳牌以及GSP三者具有相对较高的碳转化率，有效气体含量相对偏高，氨气、甲烷等含量偏低，所以，消耗较低，形成较少的污染物，清洁生产工艺水平高；鲁奇方法却没有上述三者的优势，然而，在具体的项目当中，利用完善的方法，来有效回收气化当中的资源，科学地处理废物，同样可以满足环保的要求。

3 环保与资源综合利用分析

德士古、壳牌以及GSP工艺气化过程中形成的废气基本上是灰水系统闪蒸汽， 将该部分气体传输至变换工段，在此基础上，通过汽提塔进行处理，然后通过相应的硫回收装置来对尾气进行处理。

相对比来说，鲁奇工艺形成大量废气源，它们当中，煤锁加煤排气能够通过NH3吹出然后排到高空；煤锁卸压气相对偏多，包括二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷、氧气、硫化氢等诸多气体，用相应的气柜来收集它们，当做燃料；灰锁泄压过程中，将会排出很少的含尘水蒸气，洗涤除尘后排放；分离煤气水的时候，将把其中的多种气体释放出来，例如二氧化碳、一氧化碳、氢气、甲烷、硫化氢、氰化氢、氨气等，多数能够用做燃料，送气化火炬烧掉，利用这种方式把它们转变成水、二氧化碳；煤气水处理单元用高压蒸汽汽提脱除水中酚、氨、CN-等成分，形成少许的汽提气，把它们用做气化剂，而并不将它们排放到环境之中。

德士古、壳牌以及GSP工艺形成的废水主要包括以下几种类型：急冷水、洗涤水、细渣水，上述三者具有相对偏高的气化压力与温度，没有氰化物、焦油等杂质，CH4较少，因此，气化灰水的NH3-N、COD等较低，最终形成的废水可以非常轻松地治理好，通常经过投加絮凝剂沉降、过滤法来进行处理，多数可实现回收利用，为避免系统中杂质累积，把部分灰水交给污水处理站进行处理，此时基本上采用A/O或者SBR技术来进行处理，出水满足相关要求以后才排放到环境之中。为降低排水量，使其尽可能地实现回用，达到节能减排的目的，现阶段，许多上规模的煤化工公司还专门建设了相应的中水回用装置，应用一系列的方法来进行治理，使得水质满足相应的要求，然后将其当做补充水使用，不仅能减少水资源的利用，还能降低废水外排量，有助于水体保护。

加压固定床鲁奇炉形成的产品中具有酚、氰、氨、焦油等杂质，所在比例偏高，通常应设置相应的回收装置来进行预处理，将其中的杂质分离以后，多数水将会重新送至气化系统当做冷却水，只有很少一部分被输送至污水处理站，一般经由多级生化处理工艺来进行处理，中间的步骤比较繁琐，成本以及空间占用比较高，具体的操作比较繁琐，运行费用相对较高，但是，通过处理之后的水同样可以满足相关标准。

气化当中形成的炉渣里面包含一定的碳，所以，能够输送至厂内的锅炉与煤进行燃烧，这样发挥了资源的作用，还降低了废渣排放。掺烧之后形成的灰渣等能够当做建筑材料，不仅能够用来制造水泥，而且还能够用来铺路，资源利用率进一步提高，提升产品价值。

4 结束语

综上所示，综述了固定床、流化床、气流床工艺，然后比较了鲁奇、德士古、壳牌、GSP气化炉四者的异同，接着对煤气化清洁工艺进行了分析，最后研究了环保与资源综合利用。希望能够为业界人士选择合理的煤气化工艺，实现清洁生产及环境保护提供参考建议。