基于煤化工產業鏈的節能減排問題研究

文/任繼勤 李 仲

問題的提出及一般性分析

為實現煤化工產業在擴大經濟效益大型化發展的同時，通過管理降低能耗節能減排提升環境效益的目標，深化管理統籌兼顧變革延伸煤化工產業鏈是主要途徑。因此基于煤化工產業鏈的管理研究我國節能減排問題，對煤化工產業的發展與生態環境效益提升具有十分重要的作用。

煤化工產業鏈

煤化工的產業鏈一般分為三條。一是煤焦化主要生產煉鋼用焦炭，同時生產焦爐煤氣、苯、合成氨、瀝青以及碳素材料等產品，是傳統煤化工項目。二是煤氣化生產合成氣，是合成液體燃料、甲醇、乙醇、乙酐等多種產品的原料，煤氣化生產合成氣，可以直接生產合成氨，然后生產氮肥；煤間接液化是由煤氣生產合成氣，再經催化合成液體燃料和化學產品，現代煤化工項目。三是煤直接液化，即煤高壓加氫液化，可以生產人造汽油、柴油、烯烴等化學產品，是現代煤化工項目。

煤氣化產業鏈

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甲醇的工藝。焦爐氣制甲醇：以焦爐煤氣為原料生產甲醇的工藝。聯醇：以煤為原料生產合成氨同時串聯生產甲醇的工藝。煤制甲醇工藝分為煤直接氣化制甲醇、焦爐氣制甲醇、氨醇聯產三大類。

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，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得最為明顯。

煤氣化技術種類繁多，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的煤直接氣化制甲醇和氨醇聯產制甲醇工藝是傳統的煤制甲醇生產工藝；以水煤漿、粉煤氣化為代表的氣流床氣化技術是近十幾年來迅速發展起來的新型煤制甲醇生產工藝；焦爐氣制甲醇工藝是我國獨有的甲醇生產工藝，近年來發展也較為迅速。

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，可用于生產多種化工產品，如合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、丁辛醇、1,3－丙二醇等，氫氣也可生產大量的化學產品如甲基異丁基酮、己二酸、己二胺、己內酰胺等等。

產品投資成本分析：①焦炭(含甲醇配套項目)：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、中型項目的概略投資。相關轉化：2噸煤生產1噸甲醇，附加值可提高8倍；3噸甲醇生產1噸聚烯烴，附加值可提高1倍。

煤制甲醇工藝流程

大型先進甲醇合成技術，適用于新建大型甲醇生產項目，甲醇合成壓力低，催化劑裝填量大，轉化率高，使用壽命長，有效降低甲醇合成系統能耗，減少了固體廢物的污染。甲醇合成大型化的經濟效益明顯，甲醇裝置規模由30萬t/a提高到150萬t/a后，單位產品的投資可降低四分之一，產品成本可降低五分之一。新型大型甲醇合成是煤化工行業的技術發展趨勢，我國目前的產業政策也明確規定，新建甲醇裝置規模需在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節；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煤氣化工藝的發展方向，是目前大型煤化工裝置主要采用氣流床煤氣化技術。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，通常GSP技術的煤耗要高于普通德士古技術和殼牌技術；電力消耗量主要取決于公用工程的能耗，循環水站、壓縮機、風機等公共動力設備的電耗占到企業電耗的50%～70%，通過采用能量回收差壓泵技術、新型節能風機、汽輪機驅動壓縮機、變頻技術等，可有效降低企業的電耗；水耗主要取決于循環冷卻系統的水耗，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冷卻水技術、蒸汽系統閉式冷凝水回收技術、水資源梯級利用與回收再利用的水系統集成優化技術等，可有效降低企業的水耗。

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點，可以通過控制各個排污節點的排污量，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和氨氮為重點防控的污染對象。不同的氣化技術對COD和氨氮的產生量有較大影響，在氣流床煤制甲醇企業當中，GSP、Shell等干粉煤氣化技術相比德士古、多噴嘴等水煤漿氣化技術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節，產生的污染物主要包括粉塵、SO2、H2S、NOX、CH3OH、NH3，其中，SO2為重點防控對象。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，鍋爐煙氣經相應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系，也與所采用硫回收技術有較大關聯。

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間斷排放廢催化劑；污水處理站會間斷排放污泥。氣化廢渣和鍋爐廢渣是煤制甲醇企業中最主要的固體廢棄物，其產生量的大小主要與煤的灰分以及所采用的氣化技術有關。通常殼牌氣化廢渣產生量較小，GSP的氣化廢渣較大。廢渣多用于建材制品制造，基本能實現100%綜合利用。

氣流床煤制甲醇工藝的噪聲來源主要是泵、壓縮機和鼓風機，產生的噪聲聲壓級一般在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。

通過管理實現煤化工產業的節能減排

通過生產實踐及技術探索將工藝調整到適合企業實際情況的最佳狀態，達到或優于設計指標，有條件的地區可采用新型節能工藝或技術等，以降低企業的原料能源消耗；

加強企業內閥門、管線、貯存罐、槽車、泵設備等的維護工作，對易受損部位定期檢修，以防材質勞損產生泄漏等問題；定期檢查供電及控制系統、測量及儀表等電器設備，以防發生設備故障，反應失控；

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

加強各類廢水的處理與回用，根據用水水質要求實現廢水梯級利用，最大限度的減少廢水的外排量，提高廢水的循環利用率；

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

對于產生噪聲的泵、壓縮機和鼓風機等設備，采用低噪聲設備，控制噪聲源強；采用隔聲間、隔聲罩或安裝消聲器、隔音裝置等；加強設備的固定，減少設備振動等；

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

建立健全的記錄和檔案制度，如主要設備或系統的運行和維修情況；各種污染物排放數據和連續監測數據記錄、污染物處理處置情況等。

結論

隨著世界石油資源不斷減少，煤化工產業有著廣闊的前景。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境保護，同時也能為其他化工產品提供原料，具有社會效益。但煤化工行業其自身也存在一些弊端。目前，國內煤化工發展處于示范建設階段，各地針對煤化工的項目較多。煤化工產業在發展中出現了一哄而上、重復建設的情況，存在諸多不確定因素和風險。更為嚴重的是，目前尚未成熟的新型煤化工技術可能導致煤炭資源被大量浪費。因此，我國政府應該采取切實有效的措施不斷加強對煤化工項目的調控管理，減少浪費節能減排。煤化工企業應該跟隨政府導向，通過管理降低能耗提升經濟效益環境效益，在不斷探索中優化煤化工產業鏈，使煤化工產業逐步走向成熟。