中國(guó)化工報(bào)9月18日2版

陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司對(duì)耐火磚氣化爐實(shí)施水冷壁技術(shù)改造，并將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣和有機(jī)廢液進(jìn)行協(xié)同處置資源化利用，形成了覆蓋“源頭氣化一中間生產(chǎn)一環(huán)保治理”的系統(tǒng)性解決方案，促進(jìn)生產(chǎn)節(jié)能降碳提質(zhì)增效?；诖?，陜化公司完成的“煤基尿素高效制備過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用”于近日榮獲2025年度陜西省科技獎(jiǎng)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。 

氣化爐“嫁接”水冷壁新技術(shù) 

作為化肥生產(chǎn)的龍頭環(huán)節(jié)，陜化公司氣化裝置共有4臺(tái)氣化爐，均為單噴嘴水煤漿耐火磚氣化爐，為年產(chǎn)合成氨60萬(wàn)噸、尿素92萬(wàn)噸提供原料合成氣。盡管這種爐型具有能耗低、“三廢”排放少、工藝流程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但存在原料煤種適用性有限、運(yùn)行周期短、有效氣含量偏低等短板。 

2021年，潞安化工機(jī)械（集團(tuán)）有限公司等聯(lián)合研發(fā)新一代“晉華爐”。這種氣化爐采用“水煤漿+膜式水冷壁+直連輻射式蒸汽發(fā)生器+激冷流程”新技術(shù)，巧妙解決了“三高”煤氣化合成氣顯熱回收難題，首次實(shí)現(xiàn)了合成氣和蒸汽聯(lián)產(chǎn)，節(jié)能環(huán)保綜合性能優(yōu)異。陜化公司決定在氣化D爐上嘗試采用“晉華爐”的核心技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改造，替代傳統(tǒng)的耐火磚和激冷環(huán)下降管結(jié)構(gòu)。

 經(jīng)過(guò)1年多改造施工，2022年11月27日，陜化公司氣化D爐一次投料開車成功并產(chǎn)出粗合成氣，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)正常。改造后，氣化爐可使用高灰熔點(diǎn)的原料煤，氣化效率和水氣比也明顯提高。 

陜化公司技術(shù)管理部部長(zhǎng)邊利利介紹，技術(shù)團(tuán)隊(duì)在氣化爐噴嘴和渣口結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了改造，突破傳統(tǒng)激冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首創(chuàng)鴨嘴噴嘴多通道均布激冷水分布形式；開發(fā)橢圓形小直徑渣口結(jié)構(gòu)，攻克高黏度熔渣易在渣口積聚堵塞難題。至此，氣化D爐升級(jí)完成“蛻變”：有效氣含量提高約2%，爐渣殘?zhí)苛客浇档停粴饣癄t從點(diǎn)火到煤漿投料、升壓并氣時(shí)間縮短，單爐連續(xù)運(yùn)行周期由原來(lái)的80多天提升至130天以上，運(yùn)行更加安全穩(wěn)定。

 尾氣回收“榨干”資源增產(chǎn)降耗 

既然不同爐型的氣化技術(shù)可以“嫁接”，化肥和1,4-丁二醇（BDO）生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的尾氣和有機(jī)廢液能否協(xié)同處置？陜化公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)沿著這一思路，迅速形成方案。

 原來(lái)，陜化公司生產(chǎn)尿素的凈化裝置液氮洗工段和BDO裝置尾氣分別富含一氧化碳和氫氣，此前采取放空或火炬燃燒的方式處理，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。對(duì)此，他們基于移熱調(diào)控的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化原理和變壓吸附分離技術(shù)，創(chuàng)新提出了“等溫變換一PSA提氫”的多元尾氣梯級(jí)處理方案。通過(guò)新建等溫變換單元與PSA提氫裝置，團(tuán)隊(duì)將液氮洗尾氣中的一氧化碳定向轉(zhuǎn)化為氫氣，再與BDO尾氣混合后通過(guò)PSA提氫，純度達(dá)99.6%的氫氣返回系統(tǒng)用于生產(chǎn)合成氨、尿素，剩余馳放氣送至鍋爐燃燒，氫氣回收率90%以上。 

據(jù)統(tǒng)計(jì)，該技術(shù)應(yīng)用后，年回收氫氣5136.8萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方米，增產(chǎn)合成氨2.5萬(wàn)噸。同時(shí)，由于回收氫氣減少氣化煤耗，年減排二氧化碳超9萬(wàn)噸。

 探索廢液廢渣協(xié)同處理新路徑 

當(dāng)前，煤化工行業(yè)面臨水資源剛性約束、高鹽廢液難處理及固廢資源化利用不足的多重挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的雙堿法存在依賴外加藥劑與末端處置、流程冗雜、運(yùn)行成本高以及多源廢物難以協(xié)同處理等難題，尤其是BDO高濃有機(jī)廢液按照危廢處置，無(wú)疑增加了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

 對(duì)此，陜化公司開發(fā)了含鋁堿性廢水作為復(fù)合沉淀劑與氣化污水協(xié)同除硬技術(shù)，建立了“離子互補(bǔ)一沉淀重構(gòu)一堿劑自供”的三位一體除硬新模式。該技術(shù)將BDO活化廢水與氣化廢水混合后進(jìn)行協(xié)同反應(yīng)，形成的沉淀物進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)，不僅使氣化廢水的總硬度由1500毫克/升降至450毫克/升，偏鋁酸鈉資源化利用率達(dá)99.3%，而且實(shí)現(xiàn)藥劑零投力。

 與此同時(shí)，陜化公司還開發(fā)了電石渣驅(qū)動(dòng)的危廢協(xié)同處置與資源化耦合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電石渣功能化高值利用，電石渣利用率超95%，甲醛去除率達(dá)99.4%；開發(fā)了有機(jī)廢液協(xié)同制漿氣化利用技術(shù)，將BDO有機(jī)廢液作為氣化制漿原料之一，充分利用廢液中的水相和有機(jī)相降低煤漿動(dòng)力黏度，節(jié)省了煤漿制備添加劑用量。