平衡策略下煤化工企業CO2減排與廢水回用

付春艷(克什克騰旗應急管理局，內蒙古 赤峰 025350)

0 引言

隨著我國經濟的持續增長和人民生活條件的改善，人們對清潔燃料和化學品等的剛性需求顯著[1]。不同于其他石油、天然氣資源豐富的國家，我國的資源稟賦是缺油少氣富煤，目前煤炭仍然是我國一次能源的主力。2016年，石油和天然氣進口量分別占中國總消費量的65.4%和33.5%[2]。此外，考慮到國際原油價格的波動和國內原油、天然氣的稀缺性，煤化工對國家能源戰略具有深遠的意義。

目前煤化工已成為我國重要的支柱產業，也帶動著我國其他產業的發展。中國是世界上最大的煤化工生產國，甲醇、氨和焦炭產量分別約占全球產量的28%、32%、58%[3]。盡管2016年煤炭在全球一次能源消費中所占比重降至28.1%，為2004年以來的最低水平，但其所占比重仍超過1/4[1]。煤炭作為一種重要的化石能源，在人類生活和世界經濟發展中發揮著重要作用。煤化工作為煤炭資源高效利用的有力工具，直接關系到國家能源戰略發展規劃，在提高能源利用效率和保護資源的理念下，煤化工近年來受到越來越多的重視。然而，隨著人們環保意識的提高，二氧化碳排放和廢水排放成為煤化工發展過程中要重點解決的問題[2]。安全、高效、清潔、優化利用是我國煤化工產業未來的發展方向，產業發展與環境保護同等重要。

在過去的幾年中，通過采取一些新技術的推廣應用，我國煤化工產業“三廢”排放狀況有所好轉[3]。與此同時，國內外相關環保產業政策也發揮了強有力的監管作用，如碳排放稅。2008年11月，歐盟通過法案決定將航空領域納入碳排放交易體系并于2012年起實施。我國也已經上線了碳交易市場，在碳市場建設加快推進的同時，呼吁中國推出碳稅的聲音也不斷出現，通過碳排放交易和碳稅等政策來控制二氧化碳排放總量是煤化工產業發展的大勢所趨。

平衡戰略被認為是解決追求經濟效益與環境保護之間矛盾的有力工具。文章基于平衡策略，提出了二氧化碳減排的策略；探討研究了廢水的循環利用方案，可以使煤化工企業在排污權限制下提高產量，減少污水排放；描述了追求經濟效益和兼顧環境效益的優化模型。在此基礎上，給出了結論和未來的研究方向。

1 煤化工行業特點

現代煤化工是以煤炭為主要原料、以生產清潔能源和化工產品為主要目標的現代化煤炭加工轉化產業。近年來，我國煤化工發展迅速，產業規模不斷擴大，一批重大關鍵技術取得突破，煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣等一批示范工程相繼建成。基于我國油氣匱乏、煤炭相對豐富的資源稟賦特點，現代煤化工產業依靠技術革新，實現石油和天然氣資源的補充和部分替代，對發揮我國煤炭資源優勢、實現煤炭清潔高效利用、緩解油氣資源緊張具有重要意義，對國家能源生產和消費革命作出了重要貢獻。

但與此同時，煤化工行業當前的工藝特點決定了其生產過程會有大量的二氧化碳排放和污水排放[4]。煤化工企業是二氧化碳排放的主要“貢獻者”。煤的氣化和液化過程是煤炭轉化為化學品的主要途徑，也是目前二氧化碳主要排放源之一。盡可能減少二氧化碳排放和廢水排放一直是政府和企業關注和追求的重點。在這個過程中，政府需要控制每個時間段具體排放二氧化碳和污水的總量。而企業則需要通過一系列的二氧化碳減排措施及水循環利用來減少廢氣和廢水的排放。

目前，大多數現代煤化工企業都位于煤炭資源豐富的大型工業區。地方政府可以充分利用煤化化工園區的產業集群效應，通過采暖、供電的高效集中實現節能減排的規模效應。此外，工業活動在這些地區的集中，發展工業共生的能源和材料的植物之間的交換，可以提高能源效率、減少碳排放。焦化廠的焦爐氣與從廢氣中分離出來的回收二氧化碳反應生成合成氣，可以顯著提高焦爐煤氣的氫利用效率，提高了能源效率，又減少了二氧化碳排放。

2 基于平衡策略的煤化工企業二氧化碳減排分析

對于煤化工產業而言，其特點之一就是高碳屬性。煤炭的氫/碳原子比為0.2～1.0，而石油的氫/碳原子比為1.6～2.0。因此，在煤制甲醇、煤制烯烴、煤液化以及煤間接液化過程中都會有大量二氧化碳產生。一般情況下，煤化工產業消費1 t煤將排放2～3 t二氧化碳。在以煤炭為原料生產化工產品時，需要采取一系列的措施，來平衡其二氧化碳的排放。

首先，政府的環境治理措施控制了二氧化碳排放總量。近年來我國政府采取了一些措施來加大環境保護力度，特別是在一些大氣污染嚴重的工業城市，地方政府以當地大氣環境承載能力為重要參考指標，對提出二氧化碳的排放總量控制的目標，并對各個產業和企業做出合理的分配，以確保地方經濟發展與環境保護之間實現平衡發展。

其次，通過一些生產工藝的選擇與耦合，也可以有效降低煤化工產業二氧化碳排放量。如與其他煤化工產品和工藝相比，煤制焦炭、焦爐氣制甲醇和甲醇制烯烴的工藝路線中，二氧化碳排放因子要低得多，因為它們不涉及煤氣化反應。在煤制油兩種方法中，無論是在過程還是能源系統中，直接液化比間接液化具有更低的二氧化碳排放因子。因為直接液化可以在高溫高壓條件下通過催化加氫將煤液化，合成液態烴燃料，而間接液化則是先將煤氣化，再通過合成工藝將煤轉化為烴類燃料。

再有，從長遠來看，大力發展生物質燃料形成對煤化工產業的部分替代是另外一種減少二氧化碳排放的方式。生物燃料被認為是一種有前景的低碳排放能源，植物光合作用可以消耗掉燃料燃燒所排放的二氧化碳，使二氧化碳形成一個閉環循環。為了很好地平衡煤化工產生的碳排放，中國政府也在鼓勵相關企業大力發展生物質燃料，建立一條基于生物質能源的低碳能源發展新路。

另外，在煤化工過程中氣化是放熱反應，可以安裝余熱回收裝置，以減少燃料消耗和二氧化碳排放。洗煤灰分較低，可以代替原煤提高燃燒效率。節能減排的理念可以在煤化工項目的設計、建設和運營中得到體現。

3 煤化工企業廢水回用研究

煤化工企業除高碳排放外，廢水排放也是影響產業發展的主要障礙。煤化工企業所產生的廢水含有多種有機污染物，包括酚類、多環芳香族化合物及含氮、氧、硫的雜環化合物等，廢水中CODCr一般在5 000 mg/L左右、氨氮在200～500 mg/L，是一種典型的含有難降解的有機化合物的工業廢水，處理難點、難度大、費用高。這些廢水如果得不到有效處理，會影響當地的水環境質量，進而影響人類健康和生態環境。特別是對于新疆、寧夏、內蒙古等煤化工產業發達的地區，這些地區也是我國生態環境最為脆弱的地區。

為了防止環境污染事件的發生，政府相關部門對這些地區的煤化工企業加強了監管，要求煤化工企業廢水量不能超過企業自身具有的最大廢水處理能力，企業管理者在決定生產多少產品時，首先應該制定合理的生產計劃，避免廢水超標排放造成對生態的破壞。

目前，開發研究和推廣應用廢水處理技術、加強廢水的回收利用、實現廢水零排放是煤化工產業亟待解決的瓶頸問題。在市場經濟條件下，煤化工企業一方面要追求自身經濟效益最大化；另一方面也要擔負起企業的社會責任，利用先進的水處理技術最大限度地減少對水資源的消耗，實現經濟效益與社會效益的和諧共贏，實現企業發展與企業社會責任之間的平衡。

近年來，不斷有新方法和新技術用于處理煤化工廢水，如生物氧化法、吸附法、催化氧化法、厭氧－好氧聯合處理、催化氧化、混凝沉淀等，但每個方法各有利弊，企業需要根據自身的實際生產情況以及廢水成分，選用適用的方法，并利用多種方法聯合處理才會有較好的效果。

4 結語

二氧化碳減排與廢水治理目前依然是困擾煤化工行業發展的一個瓶頸，高濃度難降解有機廢水、高濃度含鹽廢水的無害化處置技術也有待提升，是煤化工行業發展必須要下大氣力攻克的難題。

面對發展經濟、追求經濟效益環境保護之間的矛盾，需要建立一個平衡策略來解決二氧化碳減排及廢水處理問題，在這個過程中政府和企業應各司其職、各負其責，共同推動我國煤化工產業向清潔高效綠色的方向發展。