基于多聯產系統的煤化工循環經濟發展模式研究

楊繼賢 張 冰 張秀云 田莉雅

(1.兗礦集團環保節能處,山東省鄒城市,273500;2.兗礦集團鐵路運輸處,山東省鄒城市,273500)

基于多聯產系統的煤化工循環經濟發展模式研究

楊繼賢1張 冰1張秀云2田莉雅1

(1.兗礦集團環保節能處,山東省鄒城市,273500;2.兗礦集團鐵路運輸處,山東省鄒城市,273500)

提出了基于多聯產系統的煤化工循環經濟發展模式思想。以兗礦集團為例,剖析了其基于煤氣化多聯產系統的煤化工循環經濟發展模式的結構和特點。提出了發展煤氣化多聯產系統的幾點建議。

煤化工 循環經濟 發展模式 多聯產系統

我國資源特點決定了以煤為主的能源結構在相當長的時間內不會改變,但我國目前煤炭行業存在的最大問題是環境污染嚴重、煤炭利用率不高。因此要發展煤炭工業、保護環境、節約資源、提高煤炭利用效率就必須引入循環經濟模式,尋求新的以煤為基礎的能源化工結構。從長遠看,要把發展以煤氣化為基礎的多聯產技術作為發展煤炭循環經濟模式的戰略選擇,力爭走出一條具有中國特色的清潔、高效的資源開發與利用道路。

兗礦集團參與承擔的 “煤氣化發電與甲醇聯產系統關鍵技術的研發與示范”863課題,在煤炭聯產系統核心單元技術的研發和系統集成上取得突破性和創新性結果,帶動了我國新型能源系統和煤炭綜合利用系統的形成和應用。在此基礎上兗礦集團提出了 “煤、電、化多聯產系統有機合成”的煤炭企業發展新思路和新模式。該系統是以自主創新的高新技術注入來改造傳統煤炭企業,徹底改變煤炭資源的利用方式,從而改變煤炭企業生產結構、產品結構、產業結構和重點經營領域,大幅度提高煤炭資源的利用效率,大幅度削減污染物的排放,并為高硫煤等劣質煤資源高效潔凈利用提供條件。

1 基于多聯產系統的煤化工循環經濟發展模式

循環經濟也稱資源循環經濟,是將所生產的資源通過回收、再生等方式獲得使用價值,實現循環利用。通過資源消耗的減量化、再利用和資源再生化,形成 “資源消費——產品——再生資源”的閉環型物質流動模式。對于煤炭企業,可以從煤炭產品延伸到煤化工、電力等下游產業,實現產業鏈條的延長以及廢舊產品的回收處理和再生;同時拓寬技術體系,將生產過程中產生的廢棄物進行回收利用和無害處理,構建循環經濟發展模式,實現煤炭企業經濟、環境的可持續發展。中國循環經濟理念在操作層面上還在起步階段。因而,如何運用循環經濟理論指導我國工業經濟發展應逐漸引起國內學者的重視。特別是近年來,在各地要求上馬煤化工項目熱情越來越高的情況下,作為煤炭的下游產品,煤-煤化工產業鏈的延伸有很多種形式,選擇哪條產業鏈,選擇哪種產品,既是科學決策的問題,也是循環經濟發展模式的問題。

多聯產系統是在美國 “展望 21世紀能源系統”和殼牌公司提出的合成氣園的概念的基礎上提出的。目前對多聯產系統公認的概念是:多聯產系統是指利用從單一的煤氣化裝置中產生的合成氣(CO+H2),進行跨行業、跨部門的聯合生產,得到多種具有高附加值的化工產品 (如甲醇、醋酸、醋酸乙烯等)、液體和氣體燃料 (如F-T合成燃料、城市煤氣、人工天然氣等)、其他工業氣體(如CO2,H2,CO等),以及充分利用各工藝過程中產生的熱能進行發電的能源系統。

本文闡述的多聯產系統,準確地說是基于煤氣化的多聯產系統,是以煤炭氣化為起點,“以資源化、減量化、再利用”為原則,通過對煤炭氣化、發電 (IGCC),合成甲醇、醋酸等多種煤化工技術的優化集成,使得煤炭資源得到潔凈高效綜合利用,以得到多種化工產品并利用工藝過程的熱能進行發電的多產品關聯耦合的新型煤氣化多聯產系統。該系統是延伸煤炭相關產業鏈中煤化工循環經濟的重要發展模式,它不僅可以實現煤炭資源的梯級利用,而且能夠達到煤炭資源價值提升、利用效率和經濟效益最大化,同時還能做到煤炭利用過程對環境最友好。

立足于我國以煤為主的能源結構,以煤氣化為核心的多聯產系統是解決我國未來可持續發展的方向之一。煤氣化多聯產結構是一個復雜的體系,它以生態模式為基礎,具有共生耦合、廢物資源化、經濟環境能源效益相協調等特點,其構架原則和本質思想與循環經濟模式結構一致。因此,基于煤氣化多聯產的生態工業體系將成為未來煤化工循環經濟發展的主要實現方式。

2 基于多聯產系統的煤化工循環經濟發展模式的系統分析

2.1 兗礦集團煤化工發展循環經濟情況

多年來,兗礦集團本著建成 “世界一流的潔凈煤基地”的戰略目標,致力于延長煤炭產業鏈、進行煤炭產品深加工方面的研究和探索。先后建成焦化、尿素、甲醇、醋酸項目。以大項目建設為載體,構建煤化工生態產業鏈。一是以煤炭氣化、焦化、液化和潔凈利用為主線,構建 “一個基地,三個園區”的循環經濟型煤化工業園區。建設以煤炭氣化及多聯產為主線的魯南化工園區、以煤炭焦化及下游產品加工為主線的兗州化工園區、以坑口高硫煤潔凈利用為主線的鄒城化工園區。二是加快現有煤化工產業的技術改造,大力推進對魯化、嶧化的原料結構和動力結構調整,積極開展水資源的節約利用工作,推廣生產污水零排放技術和循環冷卻廢水準零排放技術,實施廢渣綜合利用,變廢為寶。三是優化配置 “高硫煤”資源。四是20萬t醋酸配套建設了整體煤氣化聯合循環發電項目(IGCC)。五是200萬t焦炭項目配套建設了20萬t高爐煤氣制甲醇裝置,既防止了環境污染,又節約了能源。

2.2 煤化工循環經濟發展模式的結構

以煤氣化為核心的多聯產系統是指以煤的氣化技術為核心,將煤轉化為潔凈合成氣,合成氣用于生產甲醇等化工產品,未反應氣可與合成氣一同用于IGCC發電裝置生產電力;合成氣分離出的CO可以與甲醇生產醋酸產品;合成氣還可以生產柴油等動力燃料。兗礦集團煤氣化多聯產系統如圖1所示。

2.3 煤氣化多聯產動脈產業鏈與靜脈產業鏈分析

業內行家認為:“煤氣化是煤化工的最關鍵技術和必不可少的手段”,“多聯產是煤化工的發展方向”。煤氣化多聯產是由高硫煤到合成氣,再到醋酸、聚丙烯、醋酸乙烯、柴油、石腦油等多種下游產品的過程。這已經構成了循環經濟產業鏈,按照動脈靜脈理論,這屬于循環經濟動脈產業。

煤氣化多聯產靜脈產業是伴隨著動脈產業而存在的,空分階段生產氧氣的同時,生產的副產品有氬氣、液氧、液氮。煤氣化產生的爐渣用于制造水泥。通過先進的工藝脫除煤的硫分,并利用克勞斯爐使之轉化為國內緊缺的化工原料硫磺,變害為寶。合成氣、硫回收尾氣以及其他系統產生的尾氣用于IGCC發電。煤氣化多聯產項目工藝自身不但沒有三廢排放,而且還變廢為寶,生產多種副產品。

圖1 兗礦集團煤氣化多聯產系統示意圖

3 基于多聯產系統的煤化工循環經濟發展模式的特點

3.1 煤氣化多聯產符合循環經濟原則

以煤氣化為核心的多聯產系統是資源、能源和環境一體化的系統,是我國可持續發展能源的重要組成部分。為了實現兗礦集團經濟的可持續性發展,必須加大資源綜合利用力度,重視節能、環保,以科學的發展觀,實施 “循環經濟”。特別是在高能耗、高污染的焦炭、發電、化工等行業,更應以科學的發展觀,實現對煤炭資源的環保、綜合利用。結合兗礦集團發展規劃和產業實際,應實行多聯產系統,煤氣化技術為大規模、多聯產創造了條件。

兗礦集團所采用的大型多聯產系統就是要實現產業鏈上的發電、化工有機地結合,將發電產生的余熱、廢水,化工產生的尾氣等資源統一回收,作為原材料再利用。采用多聯產系統,不僅減少繳納排污費,而且可以增加新的利潤源,還得到了廉價原材料,經濟效益、社會效益和環境效益十分顯著。隨著環境保護要求的不斷嚴格,多聯產系統的比重會不斷增大,多聯產系統是將來實施循環經濟的發展方向之一。

3.2 煤氣化多聯產系統具有抗風險能力

煤氣化多聯產系統不是單一循環,而是可調節靈活,抗風險能力強的復雜循環經濟模式。多聯產系統內各工藝技術并非簡單疊加,也并非完全是簡單的產品鏈關系。煤氣化生產的合成氣將供應給不同的生產系統,由于各部分的用氣比例可以根據需要靈活地進行調整,因而可以達到各方面的協調生產,除此之外,還可以實現技術路線的耦合,使技術路線能取長補短。在多聯產系統中,以合成氣為原料可以生產包括化工產品、電力產品、動力燃料、氣體燃料和人工天然氣在內的多種產品,還可以生產H 2、CO、O2、N2、A r等各類工業氣體,由于其產品涉及的行業較多,領域較廣,因此該系統具有較強的抗市場風險能力。

3.3 實現高硫煤潔凈利用,延長礦井服務年限

兗礦集團本部煤炭可采儲量僅為21.8億t,其中硫含量大于3%的高硫煤可采儲量7.87億t。周邊地方煤礦可采儲量為3.589億t,其中硫含量大于3%的高硫煤為2.553億 t。按照國務院國函[1998]5號文件規定,如果所采出高硫煤不采用潔凈技術使用,礦區生產礦井必須逐步實行限產或關閉,其服務年限將減少20年以上。在這個背景下,兗礦集團開發建設了利用高硫煤氣化多聯產項目,項目實施后,兗礦集團采出的高硫煤能夠得到充分利用,減少資源浪費。大大延長兗礦集團所屬礦區的服務年限,增加企業的經濟效益,成為高硫煤利用的循環經濟典范。

4 發展基于多聯產系統的煤化工循環經濟發展模式的建議

4.1 以核心技術研發創新應用推動多聯產循環經濟發展

兗礦集團投入大量資金深入研究與開發煤化工產業,聚集了一批國內外知名的煤化工專家、技術人才和員工,同時與多家化工科研機構、高等院校建立了長期合作關系。在水煤漿加壓氣化等方面擁有一批包括 “對置式多噴嘴水煤漿氣化技術”、“甲醇低壓合成醋酸技術”、“粉煤加壓氣化技術”、“低溫F-T合成煤間接液化技術”、“煤間接液化催化劑及工藝關鍵技術”等自主知識產權技術,建有國家級水煤漿氣化及煤化工國家工程中心,成為國際上唯一同時擁有水煤漿氣化和粉煤氣化技術的企業。“十五”時期完成3項國家 “863”計劃課題,“十一五”又有6項技術列入國家 “863”計劃。

煤氣化多聯產系統應以成熟單元技術為基礎,以提高能源和資源利用效率、優化產品結構、增強企業經濟競爭力、減少污染物排放為目標的循環經濟發展模式。

4.2 投資主體應具有較強融資能力

煤氣化多聯產產業是資金密集型產業,需要大量的資金投入。兗礦集團煤炭主體產業運行良好,經過十幾年的發展,已成為國內前列的大型煤炭生產企業,資金相對雄厚,由兗礦集團發起組建的兗州煤業股份有限公司于1998年在紐約、香港、上海成功上市,具有良好的國際形象,是很好的融資平臺,兗礦集團煤化工項目的實施具有可靠的資金保障。

4.3 建立循環經濟型多聯產生態工業

煤氣化多聯產的發展趨勢是通過采用先進技術、不同工藝的集成聯產發展大型煤化工,形成產業鏈的有效延伸和綜合利用,提高資源、能源的利用效率,減少污染物排放,規模化集中治理污染,達到環境友好,建立循環經濟型煤氣化多聯產生態工業。與建材、材料、發電、廢熱利用 (包括種植、養殖等)等不同產業的工藝技術集成聯產,形成資源和能源的循環利用系統,使整體系統具有靈活、高效的調整能力和運行功能,同時不對區域生態環境造成破壞和污染。

[1]吳季松.新循環經濟學—中國的經濟學 [M].北京:清華大學出版社,2005

[2]張鳴林.中國煤的潔凈利用—兼論兗礦煤化工產業發展 [M].北京:化學工業出版社,2007

[3]劉滿芝,楊繼賢.兗礦集團循環經濟發展模式及其啟示 [J].潔凈煤技術,2006(1)

[4]韓梅.以煤氣化為核心的坑口多聯產系統[M].潔凈煤技術,2004(3)

[5]方德巍,汪曉霞.新一代煤轉化及煤化工的發展和展望 [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

楊繼賢(1976-),男,畢業于中國礦業大學環境工程專業,獲學士學位,工程師。出版專業書籍2部,發表論文10余篇,獲得省部級獎勵3項,現在兗礦集團環保節能處工作。

(責任編輯 張毅玲)