氨是化肥工業和基本有機化工的主要原料，合成氨的生產過程也是造成環境污染的源頭之一。據統計，目前我國氮肥行業仍有近2000萬噸/年的常壓間歇固定床煤氣化工藝生產裝置能力，約占總生產能力的40%，其生產過程產生大量 “三廢”污染物。2021年，“碳達峰、碳中和”被寫入政府工作報告，并強調“力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和”，碳中和轉型的道路正在開啟，合成氨行業的環保改造也成為相關企業的關注焦點。
中合氣化總經理于曠世在2021中國氮肥、甲醇技術大會上作主題報告
在7月21日開幕的2021中國氮肥、甲醇技術大會上，中科合肥煤氣化技術有限公司（以下簡稱“中合氣化”）針對合成氨行業的煤氣化技術環保改造問題提出了系列化綜合處置方案，包括循環流化床煤氣化（CGAS）制合成氣、氣化細渣資源化利用、固定床間冷改造等技術，從煤制氣源頭工藝到困擾氣流床用戶的氣化細渣處置，再到傳統固定床氣化的環保改造，形成了無害化處理的閉環。
這套綜合解決方案是如何實施的？中合氣化總經理于曠世在大會上做了詳細解讀。
循環流化床煤氣化（CGAS）技術從源頭解決問題
煤炭的清潔高效利用是解決碳排放的源頭。目前，在合成氨行業中，煤氣化技術分三大類：固定床、流化床和氣流床。固定床氣化是合成氨領域的“元老”技術，但該技術只能使用高成本塊煤，且污染嚴重；氣流床則由于初始投資大、建設周期長、運行成本高等因素也并不適用于中小合成氨企業。相較以上兩種技術，CGAS技術具有煤種適應性強、運行成本低、建設周期短、環保指標好、與中小合成氨企業規模匹配度高、改造期間無需停產等優勢，因此也成為此類企業的最優選擇。
中合氣化總經理于曠世
在國家“863”計劃的支持下，中科院工程熱物理研究所成功開發了循環流化床煤氣化（CGAS）技術。為更好地推動該技術產業化，2016年，工程熱物理研究所與安徽巢湖經濟開發區合作成立中合氣化。
于曠世表示：“循環流化床氣化系統在耦合細渣處理后的轉化效率和性能指標不低于氣流床，但工程項目投資僅為氣流床的50%，為中小合成氨企業提供了造氣工段的革新路徑。”
新疆宜化煤氣化裝置工程現場
CGAS技術具有煤種適應性強、能耗及成本低、總體能效高、技術可靠性高、負荷調節靈活、三廢排放低的核心優勢。2020年，中合氣化完成了新疆宜化煤氣化裝置工程項目，該項目是以高堿煤為原料制合成氣的循環流化床氣化系統。改造前，新疆宜化的合成氨造氣單元存在廢水、焦油排放問題，且煤耗、氧耗、蒸汽耗大。CGAS技術解決了高堿煤強沾污、易結焦、灰熔點波動大、成漿性差，無法使用固定床熔渣、氣流床水煤漿、氣流床粉煤等氣化工藝的問題，使得噸氨成本降低兩百余元，同時為新疆儲量巨大的高堿煤高效清潔利用提供了技術與裝備支持。同年，采用CGAS技術建設的貴州宏盛化工氣頭改造項目也成功應用于合成氨生產，僅一臺氣化爐就替換了十臺固定床氣化爐，并利用了當地低活性、傳統技術不易氣化的無煙煤，制氣更加高效、清潔、低廉，該裝置是國內鮮有的以無煙煤為原料的循環流化床氣化爐，它的成功投運入選了中國科學院“2020年度科技成果轉移轉化亮點工作”。
目前，CGAS技術實現了在煤制清潔工業燃氣和煤制合成氨原料氣領域的快速產業化應用，在氧化鋁、金屬鎂、鑄造等行業30余個用戶完成70余臺（套）工業產品級應用。
CGAS技術實現了不同煤種的高效清潔利用。作為一種粉煤氣化技術，循環流化床在煤氣化的過程中與氣流床一樣會產生部分細渣。針對細渣的處理，中合氣化也有一套“特色高招”。
氣化細渣資源化處理為企業增加上億收益
近年來，隨著氣流床、循環流化床技術的普及，氣化細渣的處置成為困擾企業的一大難題。目前，對于細渣的處理主要以填埋或制磚等低價值利用為主，于曠世舉例：“一個采用氣流床氣化的中型企業一天約產生700 噸細渣，一年累計20 多萬噸，但填埋場庫容有限，嚴重時將制約企業生產。”因此，尋求減量化、無害化的細渣處理方式成為行業共同關注的問題。針對此難題，中科院工程熱物理研究所開發了預熱熔融氣化技術及殘炭燃燒技術。氣化細渣基本不含揮發分、反應活性差、不易燃燒或氣化，難以用常規技術處理。對于有合成氣需求的用戶，可利用預熱熔融氣化技術將細渣氣化為合成氣，該氣化技術突破了細渣粒徑細、揮發分低、著火溫度高、綜合利用難度大等技術難題，同時，這項技術可協同處理含重金屬的危廢物質，將重金屬固定在無害的玻璃體中。對于有蒸汽需求的用戶，則利用循環流化床燃燒技術，以其燃燒后產生的熱量生產超高溫超高壓蒸汽，通過系統集成實現煤的清潔高效梯級利用。兩種技術不僅能完成細渣的減量化、無害化處理，還實現了資源化利用。
2020年，中合氣化與山東榮信集團有限公司簽訂了290t/d的細渣熔融氣化項目，以預熱熔融氣化技術處理細渣。項目投運后，可協同處理廠區危廢，不僅節省處置費用，產出的合成氣還將用來合成乙醇，預計每年為企業增加數億元收益。
細渣的資源化利用技術可拓展至更多領域，協同處置其他碳基工業固廢，例如煤泥、粉煤灰渣等，不僅拓寬了碳基固廢的利用途徑，還能降低終端產品的生產成本。
間冷改造技術為固定床延長在役期限
隨著國家環保政策逐年收緊，固定床技術將逐步退出歷史舞臺。然而對于部分承受能力有限的中小合成氨企業來說，固定床徹底退出代價過高，仍需時間。
那么，面對緊迫的環保問題，這部分中小企業該怎么辦呢？嚴重污染工段的改造成為一條可行的路徑，相關政策對此也做出了明確要求。《工業爐窯大氣污染綜合治理方案》和《重點行業揮發性有機物綜合治理方案（征求意見稿）》中指出“氮肥等行業采用固定床間歇式煤氣化爐的，加快推進煤氣冷卻由直接水洗改為間接冷卻。”
“直接水洗”和“間接冷卻”有何區別？于曠世解釋，在氣化的凈化和降溫過程中，直接水洗的方式導致焦油、酚氰等有害物質與水直接接觸，產生化工廢水，難以處理。間接冷卻通過間接換熱器，避免污染物與水的接觸，干濕分離，分別處理，實現了后續處理難度的降低和環保效益的提升。
山西晉豐固定床氣化間接冷卻升級改造項目現場參觀
值得關注的是，該套間接冷卻與干式除塵工藝正是已在循環流化床煤氣化裝置中應用多年的凈化及冷卻系統，中合氣化以此為基礎，創新性研發出一套適用于間歇式固定床改造的間接冷卻技術，將廣泛驗證的水冷旋風預除塵、干式除塵和間接冷卻技術緊密結合，構成煤氣除塵凈化、間接冷卻一體化工藝，在回收煤氣粉塵的同時解決了直接冷卻循環水的高污問題，分離出的粉塵以氣力輸灰方式輸送至廠區灰倉，冷凝液中的氨氮成分則通過蒸氨系統實現氨水回用。
山西晉豐固定床氣化間接冷卻升級改造項目現場參觀
該技術已在晉能控股集團下的天源、金象、晉豐三家企業的固定床間接冷卻升級改造項目中得到實施。在晉豐項目現場，干塵通過密閉倉泵輸到灰倉，再通過汽車散裝機裝車，雖然輸送的是干塵，整個過程卻看不到一粒灰塵，且完全自動化，經處理的冷凝液也恢復了透明。
間冷改造前后水質區別
晉能控股裝備制造集團區域公司總經理助理陳志云表示，天源公司的間冷系統自2021年1月投運來，間冷布袋出口含塵量檢測指標＜10mg/Nm3，為煤化工企業解決了普遍存在的一個環保治理難題。晉煤天源也因此被評為唯一一家“晉城市環保B級企業”，獲得污染天氣不停產的資格。
