巧妙“嫁接”助力化肥生产节能降碳 ——记科技进步三等奖煤基尿素高效制备过程关键技术创新及应用

陕西陕化煤化工集团有限公司对耐火砖气化炉实施水冷壁技术改造，并将生产过程中产生的尾气和有机废液进行协同处置资源化利用，形成了覆盖“源头气化—中间生产—环保治理”的系统性解决方案，促进生产节能降碳提质增效。基于此，陕化公司完成的“煤基尿素高效制备过程关键技术创新及应用”于近日荣获2025年度陕西省科技奖科技进步三等奖。

气化炉“嫁接”水冷壁新技术

作为化肥生产的龙头环节，陕化公司气化装置共有4台气化炉，均为单喷嘴水煤浆耐火砖气化炉，为年产合成氨60万吨、尿素92万吨提供原料合成气。尽管这种炉型具有能耗低、“三废”排放少、工艺流程简单等特点，但存在原料煤种适用性有限、运行周期短、有效气含量偏低等短板。

2021年，潞安化工机械(集团)有限公司等联合研发新一代“晋华炉”。这种气化炉采用“水煤浆+膜式水冷壁+直连辐射式蒸汽发生器+激冷流程”新技术，巧妙解决了“三高”煤气化合成气显热回收难题，首次实现了合成气和蒸汽联产，节能环保综合性能优异。陕化公司决定在气化D炉上尝试采用“晋华炉”的核心技术进行升级改造，替代传统的耐火砖和激冷环下降管结构。

经过1年多改造施工，2022年11月27日，陕化公司气化D炉一次投料开车成功并产出粗合成气，各项技术指标正常。改造后，气化炉可使用高灰熔点的原料煤，气化效率和水气比也明显提高。

陕化公司技术管理部部长边利利介绍，技术团队在气化炉喷嘴和渣口结构也进行了改造，突破传统激冷结构设计，首创鸭嘴喷嘴多通道均布激冷水分布形式；开发椭圆形小直径渣口结构，攻克高黏度熔渣易在渣口积聚堵塞难题。至此，气化D炉升级完成“蜕变”：有效气含量提高约2%，炉渣残炭量同步降低；气化炉从点火到煤浆投料、升压并气时间缩短，单炉连续运行周期由原来的80多天提升至130天以上，运行更加安全稳定。

尾气回收“榨干”资源增产降耗

既然不同炉型的气化技术可以“嫁接”，化肥和1,4-丁二醇(BDO)生产过程产生的尾气和有机废液能否协同处置?陕化公司技术团队沿着这一思路，迅速形成方案。

原来，陕化公司生产尿素的净化装置液氮洗工段和BDO装置尾气分别富含一氧化碳和氢气，此前采取放空或火炬燃烧的方式处理，导致资源浪费。对此，他们基于移热调控的反应动力学优化原理和变压吸附分离技术，创新提出了“等温变换—PSA提氢”的多元尾气梯级处理方案。通过新建等温变换单元与PSA提氢装置，团队将液氮洗尾气中的一氧化碳定向转化为氢气，再与BDO尾气混合后通过PSA提氢，纯度达99.6%的氢气返回系统用于生产合成氨、尿素，剩余驰放气送至锅炉燃烧，氢气回收率90%以上。

据统计，该技术应用后，年回收氢气5136.8万标准立方米，增产合成氨2.5万吨。同时，由于回收氢气减少气化煤耗，年减排二氧化碳超9万吨。

探索废液废渣协同处理新路径

当前，煤化工行业面临水资源刚性约束、高盐废液难处理及固废资源化利用不足的多重挑战。传统的双碱法存在依赖外加药剂与末端处置、流程冗杂、运行成本高以及多源废物难以协同处理等难题，尤其是BDO高浓有机废液按照危废处置，无疑增加了经济负担。

对此，陕化公司开发了含铝碱性废水作为复合沉淀剂与气化污水协同除硬技术，建立了“离子互补—沉淀重构—碱剂自供”的三位一体除硬新模式。该技术将BDO活化废水与气化废水混合后进行协同反应，形成的沉淀物进入污泥处理系统，不仅使气化废水的总硬度由1500毫克/升降至450毫克/升，偏铝酸钠资源化利用率达99.3%，而且实现药剂零投加。

与此同时，陕化公司还开发了电石渣驱动的危废协同处置与资源化耦合技术，实现了电石渣功能化高值利用，电石渣利用率超95%，甲醛去除率达99.4%；开发了有机废液协同制浆气化利用技术，将BDO有机废液作为气化制浆原料之一，充分利用废液中的水相和有机相降低煤浆动力黏度，节省了煤浆制备添加剂用量。

(本系列报道到此结束)

（来源：中化新网）