煤炭分質轉化利用的節能減排分析

王軍

摘要：煤炭分質轉化是一種先進的煤炭轉化利用的創新模式，本文簡述了煤炭分質轉化利用實現節能減排的途徑，針對現階段工業生產資源消耗過大和環境污染較重的現狀，分別對煤炭分質轉化利用具有的節能性與減排環保性進行深入分析研究，為煤炭資源清潔利用的進一步推行提供參考依據。

關鍵詞：煤炭分質轉化;利用;節能減排

1煤炭分質轉化利用節能性分析

1.1提高資源利用率，實現過程節能減排

基于低溫熱解的煤炭分質轉化利用相較于煤炭通過直接氣化合成轉化利用有更好的節能效果，可實現過程節能。以煤炭低溫熱解為龍頭的分質轉化路線比以煤炭氣化為龍頭的轉化路線具有耗能低的優勢，可以在轉化過程中節約能源。前者是根據煤炭復雜的化學結構和理化性質特點，在中低溫、常壓條件下，利用較少的能量，將組成煤炭的不同成分分離為氣、固、液三組，然后再對各組分類區別轉化利用;后者是在高溫高壓條件下，利用大量的能量，將組成煤炭的大分子切割成 CO、H2、CH4 、CO2等小分子，之后再施以能量，將其重新組合成較大分子量的產品。所以煤炭分質轉化利用比煤炭直接氣化合成其他C1化工產品能源轉化率和C轉化率都要高。

1.2 系統優化，實現節能

通過對項目整體系統優化，對不同物料實施分質轉化利用，達到熱能均衡、余熱最大限度利用和廢能回收的目的。通過項目統籌優化布局，對物料進行分質利用，實現熱能平衡、余熱梯級利用、廢能互用。例如：對煤焦油加氫后的產物進行分質利用，利用產物中的石腦油，采用石腦油與甲醇耦合催化裂解制低碳烯烴技術，實現低能耗的烯烴生產。石腦油催化裂解制低碳烯烴反應溫度在600℃～700℃下進行，比需要在800℃～920℃下進行的石腦油蒸汽熱裂解制烯烴反應有所進步，但仍然是一個高耗能的強吸熱反應工藝過程。甲醇裂解制低碳烯烴（MTO）過程中，甲醇在催化劑作用下首先進行強放熱脫水反應。將強吸熱過程的石腦油裂解反應和強放熱甲醇脫水反應進行熱量和反應途徑的耦合，減少了此過程中所釋放熱能在熱量轉移中的熱交換損失，可在保證低碳烯烴收率的前提下，充分利用該反應熱，減少生產過程中的能量消耗。

1.3 調整產業結構，實現節能

集約化生產是實現節能的一個重要手段。過去煤熱解企業產生的焦爐煤氣基本全部外排，造成能源資源浪費。分質轉化的一個重要實施途徑就是調結構、上規模、淘汰落后產能，選擇節能、環保的先進技術，建設符合區域環境要求、行業準入條件及行業清潔生產標準的大型煤化工項目，組成一個大型、完整的逐級分質轉化利用產業鏈，通過規模化生產來實現能源資源及過程產物的集中高效利用。

2煤炭分質轉化利用環保性分析

2.1 產業結構調整

以往生產規模較小、工藝相對落后，無法對副產物進行最大限度的利用。一般情況下，除了熱解爐本身利用一定量焦爐氣以外，其他均直接外排，造成浪費。而且無污水處理設施，焦油的實際回收率也很低，若不對污染物進行處理和回收利用，將造成較為嚴重的環境污染。根據國家提出的準入條件，實行結構調整、增大規模與集約化生產的戰略，以形成將分質利用作為核心的產業鏈，對各種類型的廢棄物進行回收利用，從而實現從粗放經營向集約化轉變。集約化生產是實現節能的一個重要手段。過去煤熱解企業產生的焦爐煤氣基本全部外排，造成能源資源浪費。分質轉化的一個重要實施途徑就是調結構、上規模、淘汰落后產能，通過整合小蘭炭企業，選擇節能、環保的先進技術，建設符合區域環境要求、行業準入條件及行業清潔生產標準的大型煤化工項目，組成一個大型、完整的逐級分質轉化利用產業鏈，通過規模化生產來實現能源資源及過程產物的集中高效利用。

2.2 基于分質提質的環保減排

對無煙煤而言，它是一種有較高煤化程度的新型煤，具有密度大、無黏結、熱量高、無煙等特點，但其他的煙煤與褐煤等，其不僅熱量相對較低，而且會對環境造成嚴重污染。將煙煤作為主要燃料，其生產等量產物的污染遠高于無煙煤。為此，對煙煤實施低溫熱解，收集并利用所有揮發性成分，以替代無煙煤，將其作為主要燃料替代無煙煤能從根本上解決煙煤利用的環境污染問題。

2.3采用先進工藝設備的減排效果

低碳經濟以“低能耗、低污染、低排放”為特征，以低碳技術為核心。不同的煤炭轉化技術對環境的影響不同，工藝和裝備的科學選擇也是實現減排的有效手段。在分質轉化模式下，優化石腦油、甲醇耦合制烯烴工藝、將廢水用于配制水煤漿進行氣化都可以有效減排。分質轉化除了合理構建產品產業鏈，使廢棄物資源化利用減少排放外，在工藝、裝備選擇上，既考慮煤種適應性、分質后各類產品的質量性能、下游延伸方向、目標產物，又兼顧項目建設區域的資源、能源、生態環境承載能力等因素，注重生產過程廢棄物的減量化、資源化、再利用和污染物控制，在注重提高生產效率的同時，注重提高煤炭資源利用率，通過實現經濟最優化實現清潔生產，促進低碳經濟的發展。

2.4 采用廢棄物資源化措施后的減排效果分析

煤炭分質轉化利用還強調廢棄物資源化，若廢棄物實現資源化，能直接減少其排放，實現減排目標，這些廢棄物包括生產副產物。以某地區為例，其在完成規劃后，近73億m 3/a 的焦爐煤氣幾乎得到全部利用，發揮出極好的減排效果。電石法 PVC 是分質延伸加工的重要途徑，在該項目建成以后，平均一年可以生產出近180萬噸的電石渣與近30萬噸的粉煤灰，表現出良好的經濟效益和環境效益。

2.5 減少二氧化碳的排放

煤層氣化后所得合成氣氫碳比在0.8左右，碳多于氫，進行煤制甲醇時，需將一氧化碳轉為氫氣，一氧化碳變換轉化在60% 左右，主要是對二氧化碳進行脫除，最終實現氫碳比有效調整。甲醇生產時最佳氫碳比需要達到2.05，如果只采用天然氣或煤中的一種原料就無法達到所需的氫碳比。因此，通過煤炭分質轉化路線對原料組成進行優化，實現煤氣互補達到碳氫平衡的目標，在增加產量的同時，減少二氧化碳排放，以實現減排。

3 結束語

對煤炭分質轉化而言，它將逐級的分質轉化為基礎進行高效利用，再將不同類型的大型項目作為主要載體，構成完整的優化產業鏈，達到節能減排目標。借助規模效益，確保項目收獲良好的經濟效益和環境效益。通過對先進裝備和技術的應用，加之工藝、設備及原材料等的優化，提高能量和物質的高效利用，達到熱能均衡等目標。

參考文獻：

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[3] 甘建平，馬寶岐，尚建選. 煤炭分質轉化理念與路線的形成和發展 [J]. 煤化工，2013.

（作者單位：山西平朔煤矸石發電有限責任公司）