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利用气化技术清除化工设备的废料 |
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作者：Friedemann Mehlhose Dirk Volkmann |
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不一定必须研制开发全新的技术，有时仔细地观察分析利用现有的技术就可以解决问题。此时，需要的是多年的专业经验和相应的实验设备；例如本文介绍的固体气化技术的新的应用。这种固体气化技术原来是为了评判褐煤中的硝盐而研制开发的；而今天，这一技术在许多领域有了新的应用，例如：解决化工企业中有害材料的残留问题，改进化工企业的环保性能。
气化工艺技术是一个相对比较古老的工艺技术了，但随着原油和天然气价格的上升，使得这一古老的技术又在新的基础上获得了新生。研发这种古老的气化技术的初衷是利用固体原料，例如用煤炭和焦炭生产可燃气体和合成气体。
利用气化工艺技术处理含氮有机物的流程原理图
与燃烧不同，燃烧时有着充足的氧气，煤炭在强烈的氧化反应中生成二氧化碳；而在气化过程中，煤炭的化学反应是在缺氧的情况下进行的。这种不完全燃烧得到的产物是：一氧化碳、水和含氧的气体。这种技术产生的人工合成气体可以灵活地运输，用于多种用途；而且这种气化技术还有着更多的优点：
所有可燃材料中的有机化合物在反应温度1200～1600℃，或者更高时都转化为一氧化碳和水，生成的气体几乎不含任何其它气体成分和/或者蒸汽状的碳水化合物。这样，就完全破坏了高分子碳水化合物，尤其是有机氯化合物；同时生成缺少氧元素的新的二氧化合物和呋喃（Furanen），大大地减少了有害气体在大气中的排放。
矿物质和大部分重金属在这一过程中都沉降到气化形成的焦渣中，以类似琉璃质的、提炼后的炉渣颗粒形式从流程设备中排出。易挥发的重金属，例如水银、铅或者镉则结成硫化物，并可在清洗过程中被过滤出来。
即使是在固体物质的气化过程中，气化工艺技术也有不少的优点。例如它可以除掉气体、泥浆和气体可以吹送的粉尘。气化过程可在较低的（10～40bar）压力下进行，这对于减小合成气体的体积、减小气化设备各种容器、部件的体积有着重要的作用。合成气体的后处理工序和气体提纯工序采用的是经过多次技术检验的系统和设备，可将气体中混杂的杂质，例如硫、碳氧化物从合成气体中分离出来。
来自Freiberg的“未来能源”，就是一种完全利用这种固体气化工艺技术从传统的固体燃料、化工生产企业残余物质和废料以及不同的生物原料中提取的气体燃料。在利用上述原材料进行合成气体燃料的生产过程中，GSP气化工艺技术是完全气化过程中的关键。
可靠地粉碎所有的有机化合物
固体气化工艺流程中的关键设备是固体气化器。在固体气化器中，含碳的物质在气旋涡流中与加入的氧反应成合成气体。整个气化反应过程在一个圆柱型的反应容器中进行；反应温度在固体物质中无机物熔点以上。当火焰温度在2000℃以上时，所有有机化合物，包括耐高温的甲醛也会分解为一氧化碳和水。这种完全彻底的分解转换一方面取决于很高的温度；另一方面与反应釜中的混和状况有关。满足了这些反应条件，可以保证所有的有机化合物被可靠地分解；保证最微小的颗粒物质也会熔化。在随后的熄火系统中，喷入水分，使合成的气体得到冷却，并出现类似珐琅质的颗粒矿渣。而这些提取的废物量也远远低于沉积垃圾标准TA 1级。
这种无氧低排放的气化工艺技术避免了在气体的急速冷却过程中再次形成新的、有害的有机氯化合物，例如形成二氧化物和呋喃。炽热的气体被不断进入的蒸汽和热水进一步冷却。气化过程中出现的典型的有害成分，例如H2S、COS、HCN和NH3等等，将在后续的合成气体生产流程中利用传统的气体净化和气体调配工艺而彻底清除。并且可以从中得到有用的硫元素。
利用上述方法得到的纯净合成气体不再含有危险的重金属成分和有毒的有机物。它可以供气体发动机和气体透平机作为动力燃料使用；也可以作用取暖的蒸汽发生器或者企业锅炉燃料使用。不久的将来，这种合成气体也可能用作生产化学产品的原料或者生产车用合成燃料。
不同能源原料生成的气体组成成分，以及气体中的残留物质和废料的成分，始终不超出典型的合成气体的范围。
虽然固体燃料的气化工艺技术涉及到非常复杂的、要求极高的工艺流程，但是它却给人们扩大了能源的应用领域。不同的垃圾、难以处理的原材料或者废料，不仅仅可以在遵守高环保标准的情况下进行无害化焚烧处理，而且还可以提高气化技术给人们带来新的原料和能源。因此，它非常适合于处理化学工业或者石油化学工业企业中的副产品、废品，使它们重新成为有利于环保的、可利用的能源和原材料。大多数情况下，采用这种流程技术旨在减少含有剩余能源或者含有残余原材料的废物数量。
利用气化技术获取HCl
经受了实践检验的工艺技术
作为经受住实践考验的实例，我们列举2000年投入使用的气化流程设备。该设备应用处理BASF plc（GB）公司生产尼龙产品后的含有氮有机物成分的废料。
第一步，与其它不明成分的介质一样，这些含氮有机物废料在Freiberg的气化试验设备中进行试验。通过试验进一步证实：有机化合物中的氮可以单独地提取出来；另一方面，合成氨的提取生产与从碳原料的气化中提取的状况相似。为此，确定了与碳原料气化类似的工作条件（1300℃，25bar）和需要添加的辅助材料。
由于气化的原料没有惰性物质，因此使用的反应釜带有炉衬和冷却装置的外壁；紧接其后是一个部分冷却熄火装置，可利用合成气体的800℃的余热产生取暖用的蒸汽。为了防止后续流程中出现COS的水解，为气化流程设备配备了一个热气过滤器。其它的气体净化和提纯流程在进行了相应的冷却之后，采用Sulferox工艺流程来解决；在这一流程中可以得到副产品硫。气化后的合成气体被用作能源生产。
另一个实例是处理含有机氯的废料（CKW）。为了解决这一难题，与陶氏化学公司一起，共同进行了研究。攻关的重点是：
■ 生产无HCl成分的合成气体
■ 防止氮氧化物的生成
■ 生成高纯度的酸
■ 控制可能出现的腐蚀和磨损
■ 尽可能地减少无用废料
进行的一系列试验证实：与这种废物的燃烧处理相比，气化处理不产生高毒性的化合物，例如氮氧化物或者呋喃（Furane）；生产的酸的质量也满足了人们的要求。
还将进一步地利用这些试验的结果，以便对不同材料的炉衬、仪器或者试验设备不同部位的结构设计进行试验，利用这些试验的数据制造符合具有特殊目的的气体处理流程设备。这些试验的结论是设计发明新设备的基础。(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(7/5/2005) |
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