煤化工行業(yè)高水耗問(wèn)題分析與改進(jìn)措施

王金華(兗州煤業(yè)榆林能化有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

隨著我國(guó)工業(yè)裝備制造水平的不斷提升，煤化工產(chǎn)業(yè)逐步進(jìn)入現(xiàn)代化、信息化、國(guó)際化，不僅煤礦資源探測(cè)和開(kāi)采能力得到大幅提升，而且以煤炭為原料的各類化工產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)總量也得到了較大增長(zhǎng)。但美中不足的是我國(guó)煤化工在發(fā)展過(guò)程中依然存在高水耗、高能耗等固有缺陷，這不僅影響了我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)效益，而且阻礙了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展?；诖思訌?qiáng)新型煤化工技術(shù)探索，合理利用水資源，減少資源消耗是我國(guó)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的必然出路，也是我們工作中的重難點(diǎn)。筆者在此對(duì)幾種主要煤化工技術(shù)的水耗問(wèn)題進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)探尋有效的節(jié)水方法。

1 我國(guó)煤化工高耗水的原因分析

我國(guó)的煤化工行業(yè)高耗水問(wèn)題由來(lái)已久，其產(chǎn)生原因也是多方面的，主要與煤化工企業(yè)的生產(chǎn)管理觀念和模式，生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)成本控制等因素有關(guān)系。

1.1 粗放型發(fā)展觀念忽視耗水問(wèn)題

在我國(guó)工業(yè)建設(shè)和發(fā)展初期為快速提升我國(guó)工業(yè)能力，促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的有效發(fā)展，各地煤礦企業(yè)及相關(guān)化工企業(yè)片面強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品產(chǎn)量而忽視成本、環(huán)境等綜合效益，盲目加大煤礦資源開(kāi)采，加強(qiáng)煤化工產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)力度，以資源消耗來(lái)?yè)Q取產(chǎn)能產(chǎn)量。在此發(fā)展觀念指導(dǎo)下，煤化工行業(yè)完全不重視生產(chǎn)過(guò)程中的水資源耗損問(wèn)題，大肆擠占生活用水和農(nóng)業(yè)部灌溉用水，且對(duì)有限的水資源造成較大污染。這種發(fā)展模式根深蒂固以至于我國(guó)現(xiàn)代煤化工行業(yè)仍未完全脫離其影響，目前一些大型煤化工示范工程的生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備和核心技術(shù)都直接引進(jìn)和套用成熟模塊，但這種脫離自身實(shí)際的拼湊式生產(chǎn)架構(gòu)，內(nèi)部工序的配合和銜接極不協(xié)調(diào)，結(jié)果非但不能優(yōu)化工藝降低水耗，還增加了生產(chǎn)過(guò)程中和生產(chǎn)后期的維護(hù)管理成本[1]。

1.2 錯(cuò)誤的成本認(rèn)識(shí)造成高耗水

對(duì)于產(chǎn)煤區(qū)的煤化工企業(yè)而言，因?yàn)橛谐渥愕拿禾抠Y源作后盾，加之煤炭單位成本較低、運(yùn)輸費(fèi)用不高等原因，其發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益較好，從當(dāng)前市場(chǎng)動(dòng)態(tài)來(lái)看當(dāng)PE/PP市場(chǎng)現(xiàn)貨平均價(jià)格在11500元/t以上時(shí)，產(chǎn)煤區(qū)煤化工企業(yè)每噸烯烴產(chǎn)品的營(yíng)業(yè)利潤(rùn)可達(dá)4536元/t，銷售利潤(rùn)率高達(dá)23%～39%，在此高利潤(rùn)的驅(qū)使下，所以大多數(shù)煤化工企業(yè)在生產(chǎn)中對(duì)耗水成本視而不見(jiàn)，不少企業(yè)為獲取更多利潤(rùn)而大肆擴(kuò)大產(chǎn)量，這便帶來(lái)更嚴(yán)重的水資源消耗。

1.3 技術(shù)環(huán)節(jié)脫節(jié)導(dǎo)致耗水問(wèn)題難以控制

我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)院對(duì)新鮮水耗確定和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，以工藝專業(yè)和給排水專業(yè)的前期工作為基礎(chǔ)，是以現(xiàn)成結(jié)果為導(dǎo)向的方案設(shè)計(jì)，而未將重心放在過(guò)程系統(tǒng)工程的水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成優(yōu)化層面。工藝人員設(shè)計(jì)方向是借空分機(jī)和冷卻器來(lái)實(shí)現(xiàn)零排放目標(biāo)，而沒(méi)有對(duì)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化，且各個(gè)節(jié)水子系統(tǒng)之間未形成統(tǒng)一協(xié)作關(guān)系，也就影響了生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)水效果。

2 不同煤化工技術(shù)的水耗分析

2.1 煤焦化耗水情況

焦化生產(chǎn)一般由備煤、煉焦、煤氣凈化和生產(chǎn)輔助設(shè)施組成。裝入煤在200℃高溫下控干表層水分，同時(shí)析出吸附在煤中的CO2、CH4等氣體。在高溫狀態(tài)中，煤逐漸軟化和熔融產(chǎn)生膠質(zhì)物，并分解出氣體和液體。600℃以前膠質(zhì)層產(chǎn)生初次分解物，溫度持續(xù)升高，膠質(zhì)層變成半焦，半焦中的揮發(fā)物進(jìn)一步分解產(chǎn)生C、N、S、H等元素生成NH3、H2S，烴及高溫焦油等。伴隨半焦揮發(fā)物的不斷逸出，半焦則收縮從而形成焦炭。在這一復(fù)雜過(guò)程中原煤隨著溫度的不斷變化逐步分解、析出、合成多種新物質(zhì)，以《360萬(wàn)t/a蘭炭可行性研究報(bào)告項(xiàng)目》為例，其原料及水消耗量如表1所示。

表1 煤焦化過(guò)程中對(duì)原料和水的消耗量

2.2 煤氣化耗水情況

煤氣化工藝是在一定溫度壓力下，用氣化劑對(duì)煤進(jìn)行熱化學(xué)加工，將煤中有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾倪^(guò)程。煤氣化相比煤焦化生產(chǎn)工藝更先進(jìn)、更清潔，但依然對(duì)水的消耗較大，其耗水問(wèn)題主要發(fā)生在煤一次氣化和合成氣深加工兩個(gè)環(huán)節(jié)。氣化過(guò)程中需要對(duì)高溫合成氣進(jìn)行冷卻，其中在應(yīng)用最多的濕法冷卻中無(wú)論是采用直接冷卻還是間接冷卻都需要用到大量的水資源，直接冷卻用水直接噴淋煤氣產(chǎn)生循環(huán)水對(duì)水質(zhì)污染嚴(yán)重，間接冷卻雖然水、煤隔離，但冷卻效果降低需要消耗更大水量。因合成氣的后續(xù)生產(chǎn)工藝復(fù)雜、流程較長(zhǎng)所以會(huì)反復(fù)消耗水量，以煤制天然氣為例噸煤氣化過(guò)程大約需要消耗7t水[2]。另外基于原料煤、煤焦組分、氣化技術(shù)等要素之間的差別，生產(chǎn)過(guò)程中的耗水量也存在一定差異。

2.3 煤液化耗水情況

煤液化指的是將固體煤通過(guò)一系列的理化加工手段，使其轉(zhuǎn)化為液體燃料、化工原料和化工產(chǎn)品，是一種先進(jìn)的潔凈煤技術(shù)。煤液化通常包括 直接和間接兩種液化技術(shù)，兩種方式的耗水量都非常高，按1/2C+H2O→H2+1/2CO2這個(gè)方程式來(lái)計(jì)算制1t油，理論耗水為1.286t，但煤直接液化百萬(wàn)噸級(jí)需耗費(fèi)5.8t水，而間接液化百萬(wàn)噸級(jí)需消耗9.2t水，如此大額的耗水量對(duì)本就缺水的我國(guó)煤化工行業(yè)來(lái)說(shuō)構(gòu)成了發(fā)展的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

3 我國(guó)煤化工行業(yè)的節(jié)水改進(jìn)策略

3.1 嚴(yán)控煤化工生產(chǎn)過(guò)程中的用水細(xì)節(jié)

煤化工行業(yè)的高耗水問(wèn)題除開(kāi)技術(shù)工藝因素外，主要原因還是生產(chǎn)作業(yè)中的操作和監(jiān)管問(wèn)題。伴隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制和環(huán)境的不斷優(yōu)化，煤化工行業(yè)迅速發(fā)展，但盲目擴(kuò)張現(xiàn)象也比較突出，存在人才、技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備不配套的現(xiàn)象，導(dǎo)致生產(chǎn)作業(yè)工程中流程不完善、技術(shù)不規(guī)范、生產(chǎn)監(jiān)督不到位的問(wèn)題，造成能源的大量浪費(fèi)和無(wú)節(jié)制用水現(xiàn)象。為此煤化工企業(yè)要加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程管控力度，尤其要針對(duì)生產(chǎn)用水環(huán)節(jié)進(jìn)行著重監(jiān)管，要從根本上提高職工的節(jié)水意識(shí)，要做好企業(yè)本部、分支、車間用水的三級(jí)計(jì)量工作。

3.2 運(yùn)用過(guò)程控制系統(tǒng)加強(qiáng)節(jié)水

過(guò)程控制系統(tǒng)是對(duì)企業(yè)生產(chǎn)管理全流程、各要素環(huán)節(jié)進(jìn)行全面把控，在煤化工生產(chǎn)中要實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排就要加強(qiáng)優(yōu)化整個(gè)水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

首先煤化工企業(yè)應(yīng)對(duì)本企業(yè)的水資源作平衡測(cè)試，然后參照平衡測(cè)試結(jié)果使用夾點(diǎn)分析法合理調(diào)配各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)用水量并嚴(yán)格監(jiān)管，以此確保各系統(tǒng)的生產(chǎn)用水安全[3]。其次還要加強(qiáng)把控廠外排水，明確區(qū)分污染水和回收水實(shí)施不同的處理方法，可回收水要最大化回收，提高循環(huán)利用率；不可回收水要進(jìn)行無(wú)害化處理然后合理排放；廢棄污染物要按相關(guān)法律法規(guī)要求處理，不能肆意排放。

3.3 提高煤化工技術(shù)和設(shè)備水平

煤化工自身對(duì)于生產(chǎn)工藝的要求極高，節(jié)水減排對(duì)企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的挑戰(zhàn)性更大，所以必須依托更先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和工藝技術(shù)。在煤焦化生產(chǎn)環(huán)境，我們可以將用濕法熄焦替換成干法熄焦，以此減少對(duì)水資源的消耗。煤氣化工藝環(huán)節(jié)中可使用Texaco水煤漿氣化技術(shù)，Shell粉煤氣化和GSP 氣化設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)水。

在煤液化工藝環(huán)節(jié)中可使用煤共處理技術(shù)，提高重油品質(zhì)，達(dá)到煤與重油共處理的最佳協(xié)同效應(yīng)，也可有效降低耗水量。此外，還可以推行多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)深挖資源優(yōu)勢(shì)，改善傳統(tǒng)煤化工生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)，達(dá)到節(jié)水減排、清潔高效的目的。如煤炭超臨界水氣化制氫發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)、煤與生物質(zhì)共氣化并聯(lián)型液體燃料-動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、煤基液體燃料-動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等。

4 結(jié)語(yǔ)

從上述分析我們可知，當(dāng)前高水耗問(wèn)題仍然是制約我國(guó)煤化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要因素，為有效解決這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，我國(guó)煤化工企業(yè)需要立足自身實(shí)際情況，加強(qiáng)生產(chǎn)用水管理，加強(qiáng)過(guò)程系統(tǒng)控制，加強(qiáng)新工藝及新設(shè)備的引進(jìn)和研發(fā)，以便從根本上實(shí)現(xiàn)節(jié)水降耗。