基于煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的節(jié)能減排問題研究

文/任繼勤 李 仲

問題的提出及一般性分析

為實(shí)現(xiàn)煤化工產(chǎn)業(yè)在擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益大型化發(fā)展的同時(shí)，通過管理降低能耗節(jié)能減排提升環(huán)境效益的目標(biāo)，深化管理統(tǒng)籌兼顧變革延伸煤化工產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)侵饕緩?。因此基于煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的管理研究我國節(jié)能減排問題，對(duì)煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與生態(tài)環(huán)境效益提升具有十分重要的作用。

煤化工產(chǎn)業(yè)鏈

煤化工的產(chǎn)業(yè)鏈一般分為三條。一是煤焦化主要生產(chǎn)煉鋼用焦炭，同時(shí)生產(chǎn)焦?fàn)t煤氣、苯、合成氨、瀝青以及碳素材料等產(chǎn)品，是傳統(tǒng)煤化工項(xiàng)目。二是煤氣化生產(chǎn)合成氣，是合成液體燃料、甲醇、乙醇、乙酐等多種產(chǎn)品的原料，煤氣化生產(chǎn)合成氣，可以直接生產(chǎn)合成氨，然后生產(chǎn)氮肥；煤間接液化是由煤氣生產(chǎn)合成氣，再經(jīng)催化合成液體燃料和化學(xué)產(chǎn)品，現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目。三是煤直接液化，即煤高壓加氫液化，可以生產(chǎn)人造汽油、柴油、烯烴等化學(xué)產(chǎn)品，是現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目。

煤氣化產(chǎn)業(yè)鏈

煤直接氣化制甲醇又稱單醇。煤直接氣化制甲醇工藝：以煤為原料直接氣化生產(chǎn)甲醇的工藝。焦?fàn)t氣制甲醇：以焦?fàn)t煤氣為原料生產(chǎn)甲醇的工藝。聯(lián)醇：以煤為原料生產(chǎn)合成氨同時(shí)串聯(lián)生產(chǎn)甲醇的工藝。煤制甲醇工藝分為煤直接氣化制甲醇、焦?fàn)t氣制甲醇、氨醇聯(lián)產(chǎn)三大類。

其工藝流程依次為：煤氣化、氣體變換、脫硫脫碳凈化(含硫回收)、甲醇合成、甲醇精餾等。各工段采用不同的技術(shù)，資源、能源利用效率和污染物排放差異很大，這種差異在氣化工段表現(xiàn)得最為明顯。

煤氣化技術(shù)種類繁多，主要可分為固定床、流化床、氣流床三大類。采用固定床氣化技術(shù)的煤直接氣化制甲醇和氨醇聯(lián)產(chǎn)制甲醇工藝是傳統(tǒng)的煤制甲醇生產(chǎn)工藝；以水煤漿、粉煤氣化為代表的氣流床氣化技術(shù)是近十幾年來迅速發(fā)展起來的新型煤制甲醇生產(chǎn)工藝；焦?fàn)t氣制甲醇工藝是我國獨(dú)有的甲醇生產(chǎn)工藝，近年來發(fā)展也較為迅速。

煤氣化合成氣是以一氧化碳和氫氣為主要組分的混合氣體，作為化工原料，可用于生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品，如合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、丁辛醇、1,3－丙二醇等，氫氣也可生產(chǎn)大量的化學(xué)產(chǎn)品如甲基異丁基酮、己二酸、己二胺、己內(nèi)酰胺等等。

產(chǎn)品投資成本分析：①焦炭(含甲醇配套項(xiàng)目)：約1200萬元/萬噸；②煤制甲醇：約4000萬元/萬噸；③煤制乙烯：約2億元/萬噸。以上是指大、中型項(xiàng)目的概略投資。相關(guān)轉(zhuǎn)化：2噸煤生產(chǎn)1噸甲醇，附加值可提高8倍；3噸甲醇生產(chǎn)1噸聚烯烴，附加值可提高1倍。

煤制甲醇工藝流程

大型先進(jìn)甲醇合成技術(shù)，適用于新建大型甲醇生產(chǎn)項(xiàng)目，甲醇合成壓力低，催化劑裝填量大，轉(zhuǎn)化率高，使用壽命長，有效降低甲醇合成系統(tǒng)能耗，減少了固體廢物的污染。甲醇合成大型化的經(jīng)濟(jì)效益明顯，甲醇裝置規(guī)模由30萬t/a提高到150萬t/a后，單位產(chǎn)品的投資可降低四分之一，產(chǎn)品成本可降低五分之一。新型大型甲醇合成是煤化工行業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，我國目前的產(chǎn)業(yè)政策也明確規(guī)定，新建甲醇裝置規(guī)模需在100萬t/a以上。

氣流床煤制甲醇工藝的廢水主要來自氣化工序、凈化工序和甲醇精餾工序；廢氣排放主要來自備煤工序、凈化工序、硫回收工序以及鍋爐燃燒等環(huán)節(jié)；固體廢棄物主要來自氣化工序的氣化飛灰和廢渣、鍋爐裝置的鍋爐飛灰和爐渣。氣流床粉煤氣化是先進(jìn)煤氣化工藝的發(fā)展方向，是目前大型煤化工裝置主要采用氣流床煤氣化技術(shù)。氣流床煤制甲醇工藝消耗的資源能源主要包括：原料煤、氧氣、新鮮水、電力和燃料煤等。

煤制甲醇的能耗分析

氣流床煤制甲醇工藝消耗的資源能源主要包括：原料煤、氧氣、新鮮水、電力和燃料煤等。氣流床煤制甲醇工藝原煤消耗量主要取決于所采用的煤氣化技術(shù)，通常GSP技術(shù)的煤耗要高于普通德士古技術(shù)和殼牌技術(shù)；電力消耗量主要取決于公用工程的能耗，循環(huán)水站、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等公共動(dòng)力設(shè)備的電耗占到企業(yè)電耗的50%～70%，通過采用能量回收差壓泵技術(shù)、新型節(jié)能風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、變頻技術(shù)等，可有效降低企業(yè)的電耗；水耗主要取決于循環(huán)冷卻系統(tǒng)的水耗，冷卻耗用的新鮮水量占到了裝置總用水量的60%～70%。采用高濃縮倍率的循環(huán)冷卻水技術(shù)、蒸汽系統(tǒng)閉式冷凝水回收技術(shù)、水資源梯級(jí)利用與回收再利用的水系統(tǒng)集成優(yōu)化技術(shù)等，可有效降低企業(yè)的水耗。

煤制甲醇的污染物排放

這里分原煤氣化工藝和粗煤氣制甲醇工藝介紹氣流床工藝流程和排污節(jié)點(diǎn)，可以通過控制各個(gè)排污節(jié)點(diǎn)的排污量，來控制整體的污染物排放。氣流床煤制甲醇工藝的廢水主要來自于氣化工序、凈化工序和甲醇精餾工序，產(chǎn)生的污染物有COD、NH3-N 、BOD、硫化物、氰化物、氯根、甲醇等。其中，COD和氨氮為重點(diǎn)防控的污染對(duì)象。不同的氣化技術(shù)對(duì)COD和氨氮的產(chǎn)生量有較大影響，在氣流床煤制甲醇企業(yè)當(dāng)中，GSP、Shell等干粉煤氣化技術(shù)相比德士古、多噴嘴等水煤漿氣化技術(shù)的水污染物排放量要低。

氣流床煤制甲醇工藝廢氣排放主要來自備煤工序、凈化工序、硫回收工序以及鍋爐燃燒等環(huán)節(jié)，產(chǎn)生的污染物主要包括粉塵、SO2、H2S、NOX、CH3OH、NH3，其中，SO2為重點(diǎn)防控對(duì)象。SO2主要來自硫回收工序和鍋爐燃燒，硫回收尾氣的處理方式通常是送往鍋爐摻燒，鍋爐煙氣經(jīng)相應(yīng)的脫硫除塵措施之后高空排放。SO2的排放量大小與原料煤及燃料煤的含硫量有直接關(guān)系，也與所采用硫回收技術(shù)有較大關(guān)聯(lián)。

氣流床煤制甲醇工藝的固體廢棄物包括氣化工序的氣化飛灰和廢渣、鍋爐裝置的鍋爐飛灰和爐渣；在變換、合成及硫回收工序會(huì)間斷排放廢催化劑；污水處理站會(huì)間斷排放污泥。氣化廢渣和鍋爐廢渣是煤制甲醇企業(yè)中最主要的固體廢棄物，其產(chǎn)生量的大小主要與煤的灰分以及所采用的氣化技術(shù)有關(guān)。通常殼牌氣化廢渣產(chǎn)生量較小，GSP的氣化廢渣較大。廢渣多用于建材制品制造，基本能實(shí)現(xiàn)100%綜合利用。

氣流床煤制甲醇工藝的噪聲來源主要是泵、壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)，產(chǎn)生的噪聲聲壓級(jí)一般在85～100之間，所采取的減噪措施一般為安裝消聲器、隔音裝置等。

通過管理實(shí)現(xiàn)煤化工產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排

通過生產(chǎn)實(shí)踐及技術(shù)探索將工藝調(diào)整到適合企業(yè)實(shí)際情況的最佳狀態(tài)，達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)，有條件的地區(qū)可采用新型節(jié)能工藝或技術(shù)等，以降低企業(yè)的原料能源消耗；

加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)閥門、管線、貯存罐、槽車、泵設(shè)備等的維護(hù)工作，對(duì)易受損部位定期檢修，以防材質(zhì)勞損產(chǎn)生泄漏等問題；定期檢查供電及控制系統(tǒng)、測(cè)量及儀表等電器設(shè)備，以防發(fā)生設(shè)備故障，反應(yīng)失控；

選取合適的鍋爐煙氣除塵器及脫硫措施實(shí)施技術(shù)，定期檢查除塵器工作情況，例如袋式除塵器定期清灰，及時(shí)檢查濾袋破損情況并更換濾袋，以保證煙塵經(jīng)高空排放濃度達(dá)標(biāo)；

加強(qiáng)各類廢水的處理與回用，根據(jù)用水水質(zhì)要求實(shí)現(xiàn)廢水梯級(jí)利用，最大限度的減少廢水的外排量，提高廢水的循環(huán)利用率；

綜合利用生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體廢物如造氣爐渣、鍋爐灰渣等，廢催化、廢脫硫劑等應(yīng)交由催化劑廠商回收再生，不得長期堆置于渣場(chǎng)。渣場(chǎng)要做好防滲、防二次揚(yáng)塵等防護(hù)工作；

對(duì)于產(chǎn)生噪聲的泵、壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備，采用低噪聲設(shè)備，控制噪聲源強(qiáng)；采用隔聲間、隔聲罩或安裝消聲器、隔音裝置等；加強(qiáng)設(shè)備的固定，減少設(shè)備振動(dòng)等；

加強(qiáng)各部門人員培訓(xùn)、使其熟悉各自的崗位技能、崗位規(guī)程和制度，盡量避免操作失誤、違章作業(yè)等情況；

建立健全的記錄和檔案制度，如主要設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行和維修情況；各種污染物排放數(shù)據(jù)和連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、污染物處理處置情況等。

結(jié)論

隨著世界石油資源不斷減少，煤化工產(chǎn)業(yè)有著廣闊的前景。煤氣化在煤化工中占有重要地位，用于生產(chǎn)各種氣體燃料，是潔凈的能源，有利于提高人民生活水平和環(huán)境保護(hù)，同時(shí)也能為其他化工產(chǎn)品提供原料，具有社會(huì)效益。但煤化工行業(yè)其自身也存在一些弊端。目前，國內(nèi)煤化工發(fā)展處于示范建設(shè)階段，各地針對(duì)煤化工的項(xiàng)目較多。煤化工產(chǎn)業(yè)在發(fā)展中出現(xiàn)了一哄而上、重復(fù)建設(shè)的情況，存在諸多不確定因素和風(fēng)險(xiǎn)。更為嚴(yán)重的是，目前尚未成熟的新型煤化工技術(shù)可能導(dǎo)致煤炭資源被大量浪費(fèi)。因此，我國政府應(yīng)該采取切實(shí)有效的措施不斷加強(qiáng)對(duì)煤化工項(xiàng)目的調(diào)控管理，減少浪費(fèi)節(jié)能減排。煤化工企業(yè)應(yīng)該跟隨政府導(dǎo)向，通過管理降低能耗提升經(jīng)濟(jì)效益環(huán)境效益，在不斷探索中優(yōu)化煤化工產(chǎn)業(yè)鏈，使煤化工產(chǎn)業(yè)逐步走向成熟。