平衡策略下煤化工企業(yè)CO2減排與廢水回用

付春艷(克什克騰旗應(yīng)急管理局，內(nèi)蒙古 赤峰 025350)

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和人民生活條件的改善，人們對(duì)清潔燃料和化學(xué)品等的剛性需求顯著[1]。不同于其他石油、天然氣資源豐富的國(guó)家，我國(guó)的資源稟賦是缺油少氣富煤，目前煤炭仍然是我國(guó)一次能源的主力。2016年，石油和天然氣進(jìn)口量分別占中國(guó)總消費(fèi)量的65.4%和33.5%[2]。此外，考慮到國(guó)際原油價(jià)格的波動(dòng)和國(guó)內(nèi)原油、天然氣的稀缺性，煤化工對(duì)國(guó)家能源戰(zhàn)略具有深遠(yuǎn)的意義。

目前煤化工已成為我國(guó)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，也帶動(dòng)著我國(guó)其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國(guó)是世界上最大的煤化工生產(chǎn)國(guó)，甲醇、氨和焦炭產(chǎn)量分別約占全球產(chǎn)量的28%、32%、58%[3]。盡管2016年煤炭在全球一次能源消費(fèi)中所占比重降至28.1%，為2004年以來(lái)的最低水平，但其所占比重仍超過(guò)1/4[1]。煤炭作為一種重要的化石能源，在人類生活和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。煤化工作為煤炭資源高效利用的有力工具，直接關(guān)系到國(guó)家能源戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，在提高能源利用效率和保護(hù)資源的理念下，煤化工近年來(lái)受到越來(lái)越多的重視。然而，隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，二氧化碳排放和廢水排放成為煤化工發(fā)展過(guò)程中要重點(diǎn)解決的問(wèn)題[2]。安全、高效、清潔、優(yōu)化利用是我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向，產(chǎn)業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)同等重要。

在過(guò)去的幾年中，通過(guò)采取一些新技術(shù)的推廣應(yīng)用，我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)“三廢”排放狀況有所好轉(zhuǎn)[3]。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策也發(fā)揮了強(qiáng)有力的監(jiān)管作用，如碳排放稅。2008年11月，歐盟通過(guò)法案決定將航空領(lǐng)域納入碳排放交易體系并于2012年起實(shí)施。我國(guó)也已經(jīng)上線了碳交易市場(chǎng)，在碳市場(chǎng)建設(shè)加快推進(jìn)的同時(shí)，呼吁中國(guó)推出碳稅的聲音也不斷出現(xiàn)，通過(guò)碳排放交易和碳稅等政策來(lái)控制二氧化碳排放總量是煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨。

平衡戰(zhàn)略被認(rèn)為是解決追求經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境保護(hù)之間矛盾的有力工具。文章基于平衡策略，提出了二氧化碳減排的策略；探討研究了廢水的循環(huán)利用方案，可以使煤化工企業(yè)在排污權(quán)限制下提高產(chǎn)量，減少污水排放；描述了追求經(jīng)濟(jì)效益和兼顧環(huán)境效益的優(yōu)化模型。在此基礎(chǔ)上，給出了結(jié)論和未來(lái)的研究方向。

1 煤化工行業(yè)特點(diǎn)

現(xiàn)代煤化工是以煤炭為主要原料、以生產(chǎn)清潔能源和化工產(chǎn)品為主要目標(biāo)的現(xiàn)代化煤炭加工轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)，我國(guó)煤化工發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，一批重大關(guān)鍵技術(shù)取得突破，煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣等一批示范工程相繼建成?；谖覈?guó)油氣匱乏、煤炭相對(duì)豐富的資源稟賦特點(diǎn)，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)依靠技術(shù)革新，實(shí)現(xiàn)石油和天然氣資源的補(bǔ)充和部分替代，對(duì)發(fā)揮我國(guó)煤炭資源優(yōu)勢(shì)、實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用、緩解油氣資源緊張具有重要意義，對(duì)國(guó)家能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命作出了重要貢獻(xiàn)。

但與此同時(shí)，煤化工行業(yè)當(dāng)前的工藝特點(diǎn)決定了其生產(chǎn)過(guò)程會(huì)有大量的二氧化碳排放和污水排放[4]。煤化工企業(yè)是二氧化碳排放的主要“貢獻(xiàn)者”。煤的氣化和液化過(guò)程是煤炭轉(zhuǎn)化為化學(xué)品的主要途徑，也是目前二氧化碳主要排放源之一。盡可能減少二氧化碳排放和廢水排放一直是政府和企業(yè)關(guān)注和追求的重點(diǎn)。在這個(gè)過(guò)程中，政府需要控制每個(gè)時(shí)間段具體排放二氧化碳和污水的總量。而企業(yè)則需要通過(guò)一系列的二氧化碳減排措施及水循環(huán)利用來(lái)減少?gòu)U氣和廢水的排放。

目前，大多數(shù)現(xiàn)代煤化工企業(yè)都位于煤炭資源豐富的大型工業(yè)區(qū)。地方政府可以充分利用煤化化工園區(qū)的產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)，通過(guò)采暖、供電的高效集中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的規(guī)模效應(yīng)。此外，工業(yè)活動(dòng)在這些地區(qū)的集中，發(fā)展工業(yè)共生的能源和材料的植物之間的交換，可以提高能源效率、減少碳排放。焦化廠的焦?fàn)t氣與從廢氣中分離出來(lái)的回收二氧化碳反應(yīng)生成合成氣，可以顯著提高焦?fàn)t煤氣的氫利用效率，提高了能源效率，又減少了二氧化碳排放。

2 基于平衡策略的煤化工企業(yè)二氧化碳減排分析

對(duì)于煤化工產(chǎn)業(yè)而言，其特點(diǎn)之一就是高碳屬性。煤炭的氫/碳原子比為0.2～1.0，而石油的氫/碳原子比為1.6～2.0。因此，在煤制甲醇、煤制烯烴、煤液化以及煤間接液化過(guò)程中都會(huì)有大量二氧化碳產(chǎn)生。一般情況下，煤化工產(chǎn)業(yè)消費(fèi)1 t煤將排放2～3 t二氧化碳。在以煤炭為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品時(shí)，需要采取一系列的措施，來(lái)平衡其二氧化碳的排放。

首先，政府的環(huán)境治理措施控制了二氧化碳排放總量。近年來(lái)我國(guó)政府采取了一些措施來(lái)加大環(huán)境保護(hù)力度，特別是在一些大氣污染嚴(yán)重的工業(yè)城市，地方政府以當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)境承載能力為重要參考指標(biāo)，對(duì)提出二氧化碳的排放總量控制的目標(biāo)，并對(duì)各個(gè)產(chǎn)業(yè)和企業(yè)做出合理的分配，以確保地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間實(shí)現(xiàn)平衡發(fā)展。

其次，通過(guò)一些生產(chǎn)工藝的選擇與耦合，也可以有效降低煤化工產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量。如與其他煤化工產(chǎn)品和工藝相比，煤制焦炭、焦?fàn)t氣制甲醇和甲醇制烯烴的工藝路線中，二氧化碳排放因子要低得多，因?yàn)樗鼈儾簧婕懊簹饣磻?yīng)。在煤制油兩種方法中，無(wú)論是在過(guò)程還是能源系統(tǒng)中，直接液化比間接液化具有更低的二氧化碳排放因子。因?yàn)橹苯右夯梢栽诟邷馗邏簵l件下通過(guò)催化加氫將煤液化，合成液態(tài)烴燃料，而間接液化則是先將煤氣化，再通過(guò)合成工藝將煤轉(zhuǎn)化為烴類燃料。

再有，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，大力發(fā)展生物質(zhì)燃料形成對(duì)煤化工產(chǎn)業(yè)的部分替代是另外一種減少二氧化碳排放的方式。生物燃料被認(rèn)為是一種有前景的低碳排放能源，植物光合作用可以消耗掉燃料燃燒所排放的二氧化碳，使二氧化碳形成一個(gè)閉環(huán)循環(huán)。為了很好地平衡煤化工產(chǎn)生的碳排放，中國(guó)政府也在鼓勵(lì)相關(guān)企業(yè)大力發(fā)展生物質(zhì)燃料，建立一條基于生物質(zhì)能源的低碳能源發(fā)展新路。

另外，在煤化工過(guò)程中氣化是放熱反應(yīng)，可以安裝余熱回收裝置，以減少燃料消耗和二氧化碳排放。洗煤灰分較低，可以代替原煤提高燃燒效率。節(jié)能減排的理念可以在煤化工項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)中得到體現(xiàn)。

3 煤化工企業(yè)廢水回用研究

煤化工企業(yè)除高碳排放外，廢水排放也是影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要障礙。煤化工企業(yè)所產(chǎn)生的廢水含有多種有機(jī)污染物，包括酚類、多環(huán)芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環(huán)化合物等，廢水中CODCr一般在5 000 mg/L左右、氨氮在200～500 mg/L，是一種典型的含有難降解的有機(jī)化合物的工業(yè)廢水，處理難點(diǎn)、難度大、費(fèi)用高。這些廢水如果得不到有效處理，會(huì)影響當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境質(zhì)量，進(jìn)而影響人類健康和生態(tài)環(huán)境。特別是對(duì)于新疆、寧夏、內(nèi)蒙古等煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)，這些地區(qū)也是我國(guó)生態(tài)環(huán)境最為脆弱的地區(qū)。

為了防止環(huán)境污染事件的發(fā)生，政府相關(guān)部門對(duì)這些地區(qū)的煤化工企業(yè)加強(qiáng)了監(jiān)管，要求煤化工企業(yè)廢水量不能超過(guò)企業(yè)自身具有的最大廢水處理能力，企業(yè)管理者在決定生產(chǎn)多少產(chǎn)品時(shí)，首先應(yīng)該制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃，避免廢水超標(biāo)排放造成對(duì)生態(tài)的破壞。

目前，開(kāi)發(fā)研究和推廣應(yīng)用廢水處理技術(shù)、加強(qiáng)廢水的回收利用、實(shí)現(xiàn)廢水零排放是煤化工產(chǎn)業(yè)亟待解決的瓶頸問(wèn)題。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，煤化工企業(yè)一方面要追求自身經(jīng)濟(jì)效益最大化；另一方面也要擔(dān)負(fù)起企業(yè)的社會(huì)責(zé)任，利用先進(jìn)的水處理技術(shù)最大限度地減少對(duì)水資源的消耗，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的和諧共贏，實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展與企業(yè)社會(huì)責(zé)任之間的平衡。

近年來(lái)，不斷有新方法和新技術(shù)用于處理煤化工廢水，如生物氧化法、吸附法、催化氧化法、厭氧－好氧聯(lián)合處理、催化氧化、混凝沉淀等，但每個(gè)方法各有利弊，企業(yè)需要根據(jù)自身的實(shí)際生產(chǎn)情況以及廢水成分，選用適用的方法，并利用多種方法聯(lián)合處理才會(huì)有較好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

二氧化碳減排與廢水治理目前依然是困擾煤化工行業(yè)發(fā)展的一個(gè)瓶頸，高濃度難降解有機(jī)廢水、高濃度含鹽廢水的無(wú)害化處置技術(shù)也有待提升，是煤化工行業(yè)發(fā)展必須要下大氣力攻克的難題。

面對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)、追求經(jīng)濟(jì)效益環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，需要建立一個(gè)平衡策略來(lái)解決二氧化碳減排及廢水處理問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中政府和企業(yè)應(yīng)各司其職、各負(fù)其責(zé)，共同推動(dòng)我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)向清潔高效綠色的方向發(fā)展。