基于多联产系统的煤化工循环经济发展模式研究

杨继贤 张 冰 张秀云 田莉雅

(1.兖矿集团环保节能处,山东省邹城市,273500;2.兖矿集团铁路运输处,山东省邹城市,273500)

基于多联产系统的煤化工循环经济发展模式研究

杨继贤1张 冰1张秀云2田莉雅1

(1.兖矿集团环保节能处,山东省邹城市,273500;2.兖矿集团铁路运输处,山东省邹城市,273500)

提出了基于多联产系统的煤化工循环经济发展模式思想。以兖矿集团为例,剖析了其基于煤气化多联产系统的煤化工循环经济发展模式的结构和特点。提出了发展煤气化多联产系统的几点建议。

煤化工 循环经济 发展模式 多联产系统

我国资源特点决定了以煤为主的能源结构在相当长的时间内不会改变,但我国目前煤炭行业存在的最大问题是环境污染严重、煤炭利用率不高。因此要发展煤炭工业、保护环境、节约资源、提高煤炭利用效率就必须引入循环经济模式,寻求新的以煤为基础的能源化工结构。从长远看,要把发展以煤气化为基础的多联产技术作为发展煤炭循环经济模式的战略选择,力争走出一条具有中国特色的清洁、高效的资源开发与利用道路。

兖矿集团参与承担的 “煤气化发电与甲醇联产系统关键技术的研发与示范”863课题,在煤炭联产系统核心单元技术的研发和系统集成上取得突破性和创新性结果,带动了我国新型能源系统和煤炭综合利用系统的形成和应用。在此基础上兖矿集团提出了 “煤、电、化多联产系统有机合成”的煤炭企业发展新思路和新模式。该系统是以自主创新的高新技术注入来改造传统煤炭企业,彻底改变煤炭资源的利用方式,从而改变煤炭企业生产结构、产品结构、产业结构和重点经营领域,大幅度提高煤炭资源的利用效率,大幅度削减污染物的排放,并为高硫煤等劣质煤资源高效洁净利用提供条件。

1 基于多联产系统的煤化工循环经济发展模式

循环经济也称资源循环经济,是将所生产的资源通过回收、再生等方式获得使用价值,实现循环利用。通过资源消耗的减量化、再利用和资源再生化,形成 “资源消费——产品——再生资源”的闭环型物质流动模式。对于煤炭企业,可以从煤炭产品延伸到煤化工、电力等下游产业,实现产业链条的延长以及废旧产品的回收处理和再生;同时拓宽技术体系,将生产过程中产生的废弃物进行回收利用和无害处理,构建循环经济发展模式,实现煤炭企业经济、环境的可持续发展。中国循环经济理念在操作层面上还在起步阶段。因而,如何运用循环经济理论指导我国工业经济发展应逐渐引起国内学者的重视。特别是近年来,在各地要求上马煤化工项目热情越来越高的情况下,作为煤炭的下游产品,煤-煤化工产业链的延伸有很多种形式,选择哪条产业链,选择哪种产品,既是科学决策的问题,也是循环经济发展模式的问题。

多联产系统是在美国 “展望 21世纪能源系统”和壳牌公司提出的合成气园的概念的基础上提出的。目前对多联产系统公认的概念是:多联产系统是指利用从单一的煤气化装置中产生的合成气(CO+H2),进行跨行业、跨部门的联合生产,得到多种具有高附加值的化工产品 (如甲醇、醋酸、醋酸乙烯等)、液体和气体燃料 (如F-T合成燃料、城市煤气、人工天然气等)、其他工业气体(如CO2,H2,CO等),以及充分利用各工艺过程中产生的热能进行发电的能源系统。

本文阐述的多联产系统,准确地说是基于煤气化的多联产系统,是以煤炭气化为起点,“以资源化、减量化、再利用”为原则,通过对煤炭气化、发电 (IGCC),合成甲醇、醋酸等多种煤化工技术的优化集成,使得煤炭资源得到洁净高效综合利用,以得到多种化工产品并利用工艺过程的热能进行发电的多产品关联耦合的新型煤气化多联产系统。该系统是延伸煤炭相关产业链中煤化工循环经济的重要发展模式,它不仅可以实现煤炭资源的梯级利用,而且能够达到煤炭资源价值提升、利用效率和经济效益最大化,同时还能做到煤炭利用过程对环境最友好。

立足于我国以煤为主的能源结构,以煤气化为核心的多联产系统是解决我国未来可持续发展的方向之一。煤气化多联产结构是一个复杂的体系,它以生态模式为基础,具有共生耦合、废物资源化、经济环境能源效益相协调等特点,其构架原则和本质思想与循环经济模式结构一致。因此,基于煤气化多联产的生态工业体系将成为未来煤化工循环经济发展的主要实现方式。

2 基于多联产系统的煤化工循环经济发展模式的系统分析

2.1 兖矿集团煤化工发展循环经济情况

多年来,兖矿集团本着建成 “世界一流的洁净煤基地”的战略目标,致力于延长煤炭产业链、进行煤炭产品深加工方面的研究和探索。先后建成焦化、尿素、甲醇、醋酸项目。以大项目建设为载体,构建煤化工生态产业链。一是以煤炭气化、焦化、液化和洁净利用为主线,构建 “一个基地,三个园区”的循环经济型煤化工业园区。建设以煤炭气化及多联产为主线的鲁南化工园区、以煤炭焦化及下游产品加工为主线的兖州化工园区、以坑口高硫煤洁净利用为主线的邹城化工园区。二是加快现有煤化工产业的技术改造,大力推进对鲁化、峄化的原料结构和动力结构调整,积极开展水资源的节约利用工作,推广生产污水零排放技术和循环冷却废水准零排放技术,实施废渣综合利用,变废为宝。三是优化配置 “高硫煤”资源。四是20万t醋酸配套建设了整体煤气化联合循环发电项目(IGCC)。五是200万t焦炭项目配套建设了20万t高炉煤气制甲醇装置,既防止了环境污染,又节约了能源。

2.2 煤化工循环经济发展模式的结构

以煤气化为核心的多联产系统是指以煤的气化技术为核心,将煤转化为洁净合成气,合成气用于生产甲醇等化工产品,未反应气可与合成气一同用于IGCC发电装置生产电力;合成气分离出的CO可以与甲醇生产醋酸产品;合成气还可以生产柴油等动力燃料。兖矿集团煤气化多联产系统如图1所示。

2.3 煤气化多联产动脉产业链与静脉产业链分析

业内行家认为:“煤气化是煤化工的最关键技术和必不可少的手段”,“多联产是煤化工的发展方向”。煤气化多联产是由高硫煤到合成气,再到醋酸、聚丙烯、醋酸乙烯、柴油、石脑油等多种下游产品的过程。这已经构成了循环经济产业链,按照动脉静脉理论,这属于循环经济动脉产业。

煤气化多联产静脉产业是伴随着动脉产业而存在的,空分阶段生产氧气的同时,生产的副产品有氩气、液氧、液氮。煤气化产生的炉渣用于制造水泥。通过先进的工艺脱除煤的硫分,并利用克劳斯炉使之转化为国内紧缺的化工原料硫磺,变害为宝。合成气、硫回收尾气以及其他系统产生的尾气用于IGCC发电。煤气化多联产项目工艺自身不但没有三废排放,而且还变废为宝,生产多种副产品。

图1 兖矿集团煤气化多联产系统示意图

3 基于多联产系统的煤化工循环经济发展模式的特点

3.1 煤气化多联产符合循环经济原则

以煤气化为核心的多联产系统是资源、能源和环境一体化的系统,是我国可持续发展能源的重要组成部分。为了实现兖矿集团经济的可持续性发展,必须加大资源综合利用力度,重视节能、环保,以科学的发展观,实施 “循环经济”。特别是在高能耗、高污染的焦炭、发电、化工等行业,更应以科学的发展观,实现对煤炭资源的环保、综合利用。结合兖矿集团发展规划和产业实际,应实行多联产系统,煤气化技术为大规模、多联产创造了条件。

兖矿集团所采用的大型多联产系统就是要实现产业链上的发电、化工有机地结合,将发电产生的余热、废水,化工产生的尾气等资源统一回收,作为原材料再利用。采用多联产系统,不仅减少缴纳排污费,而且可以增加新的利润源,还得到了廉价原材料,经济效益、社会效益和环境效益十分显著。随着环境保护要求的不断严格,多联产系统的比重会不断增大,多联产系统是将来实施循环经济的发展方向之一。

3.2 煤气化多联产系统具有抗风险能力

煤气化多联产系统不是单一循环,而是可调节灵活,抗风险能力强的复杂循环经济模式。多联产系统内各工艺技术并非简单叠加,也并非完全是简单的产品链关系。煤气化生产的合成气将供应给不同的生产系统,由于各部分的用气比例可以根据需要灵活地进行调整,因而可以达到各方面的协调生产,除此之外,还可以实现技术路线的耦合,使技术路线能取长补短。在多联产系统中,以合成气为原料可以生产包括化工产品、电力产品、动力燃料、气体燃料和人工天然气在内的多种产品,还可以生产H 2、CO、O2、N2、A r等各类工业气体,由于其产品涉及的行业较多,领域较广,因此该系统具有较强的抗市场风险能力。

3.3 实现高硫煤洁净利用,延长矿井服务年限

兖矿集团本部煤炭可采储量仅为21.8亿t,其中硫含量大于3%的高硫煤可采储量7.87亿t。周边地方煤矿可采储量为3.589亿t,其中硫含量大于3%的高硫煤为2.553亿 t。按照国务院国函[1998]5号文件规定,如果所采出高硫煤不采用洁净技术使用,矿区生产矿井必须逐步实行限产或关闭,其服务年限将减少20年以上。在这个背景下,兖矿集团开发建设了利用高硫煤气化多联产项目,项目实施后,兖矿集团采出的高硫煤能够得到充分利用,减少资源浪费。大大延长兖矿集团所属矿区的服务年限,增加企业的经济效益,成为高硫煤利用的循环经济典范。

4 发展基于多联产系统的煤化工循环经济发展模式的建议

4.1 以核心技术研发创新应用推动多联产循环经济发展

兖矿集团投入大量资金深入研究与开发煤化工产业,聚集了一批国内外知名的煤化工专家、技术人才和员工,同时与多家化工科研机构、高等院校建立了长期合作关系。在水煤浆加压气化等方面拥有一批包括 “对置式多喷嘴水煤浆气化技术”、“甲醇低压合成醋酸技术”、“粉煤加压气化技术”、“低温F-T合成煤间接液化技术”、“煤间接液化催化剂及工艺关键技术”等自主知识产权技术,建有国家级水煤浆气化及煤化工国家工程中心,成为国际上唯一同时拥有水煤浆气化和粉煤气化技术的企业。“十五”时期完成3项国家 “863”计划课题,“十一五”又有6项技术列入国家 “863”计划。

煤气化多联产系统应以成熟单元技术为基础,以提高能源和资源利用效率、优化产品结构、增强企业经济竞争力、减少污染物排放为目标的循环经济发展模式。

4.2 投资主体应具有较强融资能力

煤气化多联产产业是资金密集型产业,需要大量的资金投入。兖矿集团煤炭主体产业运行良好,经过十几年的发展,已成为国内前列的大型煤炭生产企业,资金相对雄厚,由兖矿集团发起组建的兖州煤业股份有限公司于1998年在纽约、香港、上海成功上市,具有良好的国际形象,是很好的融资平台,兖矿集团煤化工项目的实施具有可靠的资金保障。

4.3 建立循环经济型多联产生态工业

煤气化多联产的发展趋势是通过采用先进技术、不同工艺的集成联产发展大型煤化工,形成产业链的有效延伸和综合利用,提高资源、能源的利用效率,减少污染物排放,规模化集中治理污染,达到环境友好,建立循环经济型煤气化多联产生态工业。与建材、材料、发电、废热利用 (包括种植、养殖等)等不同产业的工艺技术集成联产,形成资源和能源的循环利用系统,使整体系统具有灵活、高效的调整能力和运行功能,同时不对区域生态环境造成破坏和污染。

[1]吴季松.新循环经济学—中国的经济学 [M].北京:清华大学出版社,2005

[2]张鸣林.中国煤的洁净利用—兼论兖矿煤化工产业发展 [M].北京:化学工业出版社,2007

[3]刘满芝,杨继贤.兖矿集团循环经济发展模式及其启示 [J].洁净煤技术,2006(1)

[4]韩梅.以煤气化为核心的坑口多联产系统[M].洁净煤技术,2004(3)

[5]方德巍,汪晓霞.新一代煤转化及煤化工的发展和展望 [J].煤化工,2002(6)

Study on coal chemical industry circular economy developmentmode based on poly-generation system

Yang Jixian1,Zhang Bing1,Zhang XiuYun2,Tian Liya1
(1.Environmental and Energy Saving Center,Yankuang Group,Zoucheng 273500,China;2.the Departm ent of Railway Transportation,Yankuang G roup,Zoucheng 273500,China)

It is proposed the idea that circular economy development mode of coal chemical industry based on poly-generation system in this paper.By taking Yankuang Group as an examp le,the structure and characteristics of coal chemical industry circu lar economy development mode based on coal gasification poly-generation system are analyzed.The developm ent of coal gasification poly-generation system proposals are put forward.

coal chemicalindustry,circular economy developmentmode,poly-generation system

TQ3

A

杨继贤(1976-),男,毕业于中国矿业大学环境工程专业,获学士学位,工程师。出版专业书籍2部,发表论文10余篇,获得省部级奖励3项,现在兖矿集团环保节能处工作。

(责任编辑 张毅玲)