煤气化工艺技术比较及产生废水水质分析

摘 要：大力发展煤气化产业是我国应对石油、天然气燃料短缺，满足社会经济发展能源需求的必然举措，但因种种原因，我国煤气化技术特别是煤气化炉技术水平仍相对落后，废水污染较严重，给当地带来沉重的环境负担。本文从煤气化基本原理、煤气化炉、我国煤气化工艺技术与废水排放现状与最新进展三个方面进行综述，对我国煤气化工艺技术未来发展进行展望。

关键词：煤气化 工艺技术 废水水质

我国石油、天然气供给严重失衡，而煤炭资源则相对丰富。我国石油、天然气已被探明储量远不能满足日益增长的能源需求，严重制约了国民经济的发展，发展现代煤炭化工已成为必然选择。煤气化工艺是现代煤炭化工关键技术之一，是一种将煤炭可燃成分由固态转化为气态的技术，该技术耗水量巨大，产生废水量大、水质复杂、污染物浓度高，而煤炭资源丰富地区如陕甘宁等地水资源供给却非常紧张，严重影响煤炭化工综合效益。本次研究对不同煤气化工艺技术进行探讨，并对各技术所产生的废水水质进行分析，寻求经济与环境效益更高的工艺技术。

一、煤气化炉

1.煤气化炉技术概述

煤气化炉是进行煤气化反应的场所，经过数十年发展，已形成多个品牌、多种类型，最新一代煤气化炉最具代表性的品牌包括壳牌（shell）、鲁奇（Lurgi）等。气化炉据内流形式与气化技术，大体上可分为固定床、流化床和气流床三大类。

2.常见类型

2.1间歇式固定床造气炉：间歇式固定床造气炉是国内外常用的煤气化炉类型之一，简称U.G.I炉，其技术已几近成熟，稳定可靠、投资相对更少，但仅适用于25mm～75mm粒度无烟煤或焦煤，对煤炭质量要求较高，更重要的是其资源利用率低、耗能高，CO、H2S、粉尘排放量大，属旧型炉[1]。U.G.I炉现仍我国最常见的煤气化炉类型，但近年来，随着国家大力提倡建设环境友好型社会，积极转变经济发展方式，U.G.I炉逐渐被新型炉所取代。

2.2 富氧连续化炉：该炉是U.G.I炉改进型号，降低了煤颗粒度需求，提升了工作强度与煤炭利用率，但耗氧量有所上升。富氧连续化炉最初在六十年代吉林运用于化肥生产，增效明显，后经改造应用于煤气化。该炉基本杜绝了空气污染，蒸汽分解率高降低了废水产生量。目前，福建三明化工、湖北双环、开封化肥厂等均落成投产。

2.3其它类型：包括温克勒炉、德士古炉、加压鲁奇固定床气化炉、灰熔聚流化床气化炉、多喷嘴水煤浆气化炉、GSPTM煤气化炉等。

3.几种具有代表性的气化炉产生废水比较

鲁奇炉是固定床汽化炉典型代表，由表可知，其废水中有毒成分较高，环境成本高昂，已不符合我国国情。流化床炉废水中不含焦油和酚，温克勒炉该炉是流化床典型代表，由表可知，其废水中除氨外其它有毒成分含量较少，经改造后不失为一种理想炉型。气流床煤种适应性强、反应物在炉内停留时间短、蒸汽耗费量相对较少、能充分利用一切污水源制作水煤浆、运行成本低，德士古炉是气流床典型代表，从下表可看出，该炉排放废水中甲酸化合物、氨、氰化物含量较高，但该炉具有一定的发展潜力。三种气化炉产生废水中或多或少会带有各类毒物质。

壳牌气化炉是当前最先进的第二代煤气化工艺，整个生产过程无废气排放，熔渣、飞灰含碳量低，堆放时亦无污染物渗出，废水中无焦油、酚等，易处理，若有需要可做到零排放。该炉气化反应主要包括三个方面：部分氧化反应、和水蒸汽的吸热转化反应和、加氢气化反应，所需能量是由内部产生的，产生的废水量极低。NOx的生成与炉膛温度有关，壳牌气化炉炉膛温度可达1400℃～1600℃，但同时配有降温系统，炉内均温仅为800℃～900℃，热力型NOx生成率大大降低，同时配有湿洗塔，产生气体经湿洗可脱除气体中的酸[3]。可以说壳牌气化炉是一种较理想的环保煤气化工艺。

所产生废水量及其中有毒物质较少的主要：①水蒸气参与煤气化反应较少，废物以飞灰、熔渣为主；②能量由内部供给，反应较均衡，废水中融入的酸、酚等有毒物质较少，熔渣无污染物渗出；③配有降温、湿洗等装置，可进行预处理。

表1 几种具有代表性的气化炉产生废水比较（mg/L）

类型 焦油 苯酚 甲酸化合物 氨 氰化物 CODCr

鲁奇炉

温克勒炉 10～20 20 - 9000 5 200～300

德士古炉 0

壳牌炉 - - - 200～250 0～25 250～300

二、我国煤气化工艺技术与废水排放现状与最新进展

煤气化产业拥有广阔的发展前景，是许多地区支柱型产业，虽带来了丰厚的经济效益，但也带来了沉重的环境负担。据统计，一吨煤气化可产生废水1.2～1.5m3，煤气化废水中富含各种污染成分，是一种典型的有机大分子污染废水，处理困难[3]。煤气化企业为达标排放废水，不得不建设规模庞大的处理设施，基建投资大、运行成本高。

以河南义马市气化厂为例，该厂以鲁奇加压气化工艺，以毗邻的原煤厂所产出的原煤为原料，生产煤气，

成本低廉，但带来了沉重的环境负担，社会影响较坏，生产污水严重影响涧河下游20多万人的正常生活，企业于2009年建设配套污水处理设施，总投资达 9178 万元。

目前，我国现有的煤气化炉改造事业仍处于初始阶段，一方面相关科研单位不断加大对煤气化技术研发，努力提升熔炉经济效益与环境效益，另一面，现有的煤气化企业积极改造旧炉、加大污水处理设施设备投入，控制污水排放。

目前，我国正在研究并投入建设的主要煤气化工艺技术包括灰融聚硫化床煤气化技术、鲁奇加压气化炉、水煤浆气化技术、多喷嘴对置式水煤浆气化技术、HT-L气化技术、两段式干煤粉加压气化技术等，我国煤气化技术发展已进入快车道。

参考文献：

[1]思华英.煤气化工艺技术比较及产生废水水质分析[J].工艺管理，2013，22（3）：231-232.

[2]张军.煤气化废水深度处理技术的试验研究[D].河北：华北电力大学，2012：13-19.

[3]刘凡金，郭明波.壳牌（SHELL）气化炉在环保中的应用及存在的问题[J].化工设计通讯，2010，36（2）：1-3.

[4]黄开东，李强，汪炎.煤化工废水零排放技术及工程应用现状分析[J].工业用水与废水，2012，43（5）：1-3.

作者简介：肖华贵（1971年4月），男，贵州务川，1994年毕业于贵州大学化学系，现在贵州天福有限责任公司化验室工作，从事化学分析检验技术研究工作。