基于煤化工产业链的节能减排问题研究

文/任继勤 李 仲

问题的提出及一般性分析

为实现煤化工产业在扩大经济效益大型化发展的同时，通过管理降低能耗节能减排提升环境效益的目标，深化管理统筹兼顾变革延伸煤化工产业链是主要途径。因此基于煤化工产业链的管理研究我国节能减排问题，对煤化工产业的发展与生态环境效益提升具有十分重要的作用。

煤化工产业链

煤化工的产业链一般分为三条。一是煤焦化主要生产炼钢用焦炭，同时生产焦炉煤气、苯、合成氨、沥青以及碳素材料等产品，是传统煤化工项目。二是煤气化生产合成气，是合成液体燃料、甲醇、乙醇、乙酐等多种产品的原料，煤气化生产合成气，可以直接生产合成氨，然后生产氮肥；煤间接液化是由煤气生产合成气，再经催化合成液体燃料和化学产品，现代煤化工项目。三是煤直接液化，即煤高压加氢液化，可以生产人造汽油、柴油、烯烃等化学产品，是现代煤化工项目。

煤气化产业链

煤直接气化制甲醇又称单醇。煤直接气化制甲醇工艺：以煤为原料直接气化生产甲醇的工艺。焦炉气制甲醇：以焦炉煤气为原料生产甲醇的工艺。联醇：以煤为原料生产合成氨同时串联生产甲醇的工艺。煤制甲醇工艺分为煤直接气化制甲醇、焦炉气制甲醇、氨醇联产三大类。

其工艺流程依次为：煤气化、气体变换、脱硫脱碳净化(含硫回收)、甲醇合成、甲醇精馏等。各工段采用不同的技术，资源、能源利用效率和污染物排放差异很大，这种差异在气化工段表现得最为明显。

煤气化技术种类繁多，主要可分为固定床、流化床、气流床三大类。采用固定床气化技术的煤直接气化制甲醇和氨醇联产制甲醇工艺是传统的煤制甲醇生产工艺；以水煤浆、粉煤气化为代表的气流床气化技术是近十几年来迅速发展起来的新型煤制甲醇生产工艺；焦炉气制甲醇工艺是我国独有的甲醇生产工艺，近年来发展也较为迅速。

煤气化合成气是以一氧化碳和氢气为主要组分的混合气体，作为化工原料，可用于生产多种化工产品，如合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、丁辛醇、1,3－丙二醇等，氢气也可生产大量的化学产品如甲基异丁基酮、己二酸、己二胺、己内酰胺等等。

产品投资成本分析：①焦炭(含甲醇配套项目)：约1200万元/万吨；②煤制甲醇：约4000万元/万吨；③煤制乙烯：约2亿元/万吨。以上是指大、中型项目的概略投资。相关转化：2吨煤生产1吨甲醇，附加值可提高8倍；3吨甲醇生产1吨聚烯烃，附加值可提高1倍。

煤制甲醇工艺流程

大型先进甲醇合成技术，适用于新建大型甲醇生产项目，甲醇合成压力低，催化剂装填量大，转化率高，使用寿命长，有效降低甲醇合成系统能耗，减少了固体废物的污染。甲醇合成大型化的经济效益明显，甲醇装置规模由30万t/a提高到150万t/a后，单位产品的投资可降低四分之一，产品成本可降低五分之一。新型大型甲醇合成是煤化工行业的技术发展趋势，我国目前的产业政策也明确规定，新建甲醇装置规模需在100万t/a以上。

气流床煤制甲醇工艺的废水主要来自气化工序、净化工序和甲醇精馏工序；废气排放主要来自备煤工序、净化工序、硫回收工序以及锅炉燃烧等环节；固体废弃物主要来自气化工序的气化飞灰和废渣、锅炉装置的锅炉飞灰和炉渣。气流床粉煤气化是先进煤气化工艺的发展方向，是目前大型煤化工装置主要采用气流床煤气化技术。气流床煤制甲醇工艺消耗的资源能源主要包括：原料煤、氧气、新鲜水、电力和燃料煤等。

煤制甲醇的能耗分析

气流床煤制甲醇工艺消耗的资源能源主要包括：原料煤、氧气、新鲜水、电力和燃料煤等。气流床煤制甲醇工艺原煤消耗量主要取决于所采用的煤气化技术，通常GSP技术的煤耗要高于普通德士古技术和壳牌技术；电力消耗量主要取决于公用工程的能耗，循环水站、压缩机、风机等公共动力设备的电耗占到企业电耗的50%～70%，通过采用能量回收差压泵技术、新型节能风机、汽轮机驱动压缩机、变频技术等，可有效降低企业的电耗；水耗主要取决于循环冷却系统的水耗，冷却耗用的新鲜水量占到了装置总用水量的60%～70%。采用高浓缩倍率的循环冷却水技术、蒸汽系统闭式冷凝水回收技术、水资源梯级利用与回收再利用的水系统集成优化技术等，可有效降低企业的水耗。

煤制甲醇的污染物排放

这里分原煤气化工艺和粗煤气制甲醇工艺介绍气流床工艺流程和排污节点，可以通过控制各个排污节点的排污量，来控制整体的污染物排放。气流床煤制甲醇工艺的废水主要来自于气化工序、净化工序和甲醇精馏工序，产生的污染物有COD、NH3-N 、BOD、硫化物、氰化物、氯根、甲醇等。其中，COD和氨氮为重点防控的污染对象。不同的气化技术对COD和氨氮的产生量有较大影响，在气流床煤制甲醇企业当中，GSP、Shell等干粉煤气化技术相比德士古、多喷嘴等水煤浆气化技术的水污染物排放量要低。

气流床煤制甲醇工艺废气排放主要来自备煤工序、净化工序、硫回收工序以及锅炉燃烧等环节，产生的污染物主要包括粉尘、SO2、H2S、NOX、CH3OH、NH3，其中，SO2为重点防控对象。SO2主要来自硫回收工序和锅炉燃烧，硫回收尾气的处理方式通常是送往锅炉掺烧，锅炉烟气经相应的脱硫除尘措施之后高空排放。SO2的排放量大小与原料煤及燃料煤的含硫量有直接关系，也与所采用硫回收技术有较大关联。

气流床煤制甲醇工艺的固体废弃物包括气化工序的气化飞灰和废渣、锅炉装置的锅炉飞灰和炉渣；在变换、合成及硫回收工序会间断排放废催化剂；污水处理站会间断排放污泥。气化废渣和锅炉废渣是煤制甲醇企业中最主要的固体废弃物，其产生量的大小主要与煤的灰分以及所采用的气化技术有关。通常壳牌气化废渣产生量较小，GSP的气化废渣较大。废渣多用于建材制品制造，基本能实现100%综合利用。

气流床煤制甲醇工艺的噪声来源主要是泵、压缩机和鼓风机，产生的噪声声压级一般在85～100之间，所采取的减噪措施一般为安装消声器、隔音装置等。

通过管理实现煤化工产业的节能减排

通过生产实践及技术探索将工艺调整到适合企业实际情况的最佳状态，达到或优于设计指标，有条件的地区可采用新型节能工艺或技术等，以降低企业的原料能源消耗；

加强企业内阀门、管线、贮存罐、槽车、泵设备等的维护工作，对易受损部位定期检修，以防材质劳损产生泄漏等问题；定期检查供电及控制系统、测量及仪表等电器设备，以防发生设备故障，反应失控；

选取合适的锅炉烟气除尘器及脱硫措施实施技术，定期检查除尘器工作情况，例如袋式除尘器定期清灰，及时检查滤袋破损情况并更换滤袋，以保证烟尘经高空排放浓度达标；

加强各类废水的处理与回用，根据用水水质要求实现废水梯级利用，最大限度的减少废水的外排量，提高废水的循环利用率；

综合利用生产中产生的固体废物如造气炉渣、锅炉灰渣等，废催化、废脱硫剂等应交由催化剂厂商回收再生，不得长期堆置于渣场。渣场要做好防渗、防二次扬尘等防护工作；

对于产生噪声的泵、压缩机和鼓风机等设备，采用低噪声设备，控制噪声源强；采用隔声间、隔声罩或安装消声器、隔音装置等；加强设备的固定，减少设备振动等；

加强各部门人员培训、使其熟悉各自的岗位技能、岗位规程和制度，尽量避免操作失误、违章作业等情况；

建立健全的记录和档案制度，如主要设备或系统的运行和维修情况；各种污染物排放数据和连续监测数据记录、污染物处理处置情况等。

结论

随着世界石油资源不断减少，煤化工产业有着广阔的前景。煤气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种气体燃料，是洁净的能源，有利于提高人民生活水平和环境保护，同时也能为其他化工产品提供原料，具有社会效益。但煤化工行业其自身也存在一些弊端。目前，国内煤化工发展处于示范建设阶段，各地针对煤化工的项目较多。煤化工产业在发展中出现了一哄而上、重复建设的情况，存在诸多不确定因素和风险。更为严重的是，目前尚未成熟的新型煤化工技术可能导致煤炭资源被大量浪费。因此，我国政府应该采取切实有效的措施不断加强对煤化工项目的调控管理，减少浪费节能减排。煤化工企业应该跟随政府导向，通过管理降低能耗提升经济效益环境效益，在不断探索中优化煤化工产业链，使煤化工产业逐步走向成熟。