煤化工發(fā)展水環(huán)境約束分析

2016-06-02 08:07:34吳曉華宋隆節(jié)能環(huán)保部中國煤炭加工利用協(xié)會北京0073陜西銀河煤業(yè)開發(fā)有限公司榆神煤電有限責(zé)任公司陜西榆林79000

中國科技縱橫 2016年1期

吳曉華宋隆(.節(jié)能環(huán)保部中國煤炭加工利用協(xié)會,北京 0073;.陜西銀河煤業(yè)開發(fā)有限公司榆神煤電有限責(zé)任公司,陜西榆林 79000)

吳曉華1宋隆2
(1.節(jié)能環(huán)保部中國煤炭加工利用協(xié)會,北京 100713;
2.陜西銀河煤業(yè)開發(fā)有限公司榆神煤電有限責(zé)任公司,陜西榆林 719000)

【摘要】作為煤炭清潔高效利用的重要部分，煤化工發(fā)展前景值得期待。現(xiàn)階段困擾煤化工發(fā)展的主要因素為以廢水污染物排放和水資源緊缺為特征的水環(huán)境約束。本文應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)、計量經(jīng)濟(jì)學(xué)相關(guān)理論，對當(dāng)前我國煤化工發(fā)展較快7省份的水環(huán)境約束進(jìn)行分析，得出：相對而言，山西、河南、青海等省環(huán)境納污能力和工業(yè)用水較豐富，是我國煤化工項目布設(shè)的優(yōu)勢地區(qū)。而新疆、內(nèi)蒙水環(huán)境約束趨緊不利于煤化工示范項目的順利實施。最后，為推進(jìn)煤化工的進(jìn)一步發(fā)展提出政策建議。

【關(guān)鍵詞】煤化工 COD排放氨氮排放工業(yè)用水約束

【Abstract】As an important part of clean and efficient utilization of coal, the development of coal chemical industry was worth looking forward to.At present, the water environment constraint restricted the development of coal chemical industry.Using the statistical and econometric theory, the water environmental constraints of seven provinces, in which the coal chemical industry was developed rapidly, were analyzed in this paper.And it was concluded that comparing to Xinjiang and Neimeng, Shanxi, Henan and Qinghai were the appropriate areas for developing coal chemical industry.Finally in order to promote further development of coal chemical industry, the recommendations were put forward.

【Key words】Coal chemical industry; COD Emission; Ammonia Nitrogen Emission; Constraint of industrial water

1 前言

多年來，作為戰(zhàn)略儲備，煤化工工藝技術(shù)得到長足發(fā)展。當(dāng)前，焦化、化肥等傳統(tǒng)煤化工正逐步實現(xiàn)高效化、清潔化發(fā)展，煤制燃料（油品、天然氣等）、煤制化學(xué)品（甲醇、烯烴、芳烴、乙二醇、二甲醚等）等現(xiàn)代煤化工也已經(jīng)發(fā)展到工業(yè)化示范階段[1]。未來，隨著煤炭利用模式的逐步升級，當(dāng)煤炭產(chǎn)品作為原料被利用成為主流之時，現(xiàn)代煤化工將迎來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。目前，我國煤化工發(fā)展較快的省份包括山西、內(nèi)蒙、陜西、河南、寧夏、青海、新疆7省。

現(xiàn)階段，伴隨著化工產(chǎn)品的產(chǎn)出，煤化工項目對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定影響，具體為：1）大氣污染物排放，主要包括三方面：①煤中的S、N最終可能以SO2、H2S、NOx、NH3等形式混入煙氣而排入大氣中；②過程中的各種工藝廢氣，如焦化過程的焦?fàn)t煤氣等；③CO2。2）水污染物排放，煤化工廢水污染物成分復(fù)雜，包括氨氮、酚類、多換芳香族化合物以及含N、O、S的雜環(huán)化合物等石油類化合物。3）固體廢物排放，包括煤氣化過程產(chǎn)生的各種爐渣、廢催化劑及污水處理工程中的污泥。其中，各類爐渣屬于一般固體廢物，廢催化劑和污泥屬于危險廢物[2]。另據(jù)資料調(diào)研[3]，與直接燃煤相比，煤化工的SO2排放可下降99.8%，粉塵排放可下降99.9%，和燃煤發(fā)電（帶脫硫脫銷，脫硫效率約90%）相比，SO2排放可進(jìn)一步降低80%，NOx可降低75%。另外，與傳統(tǒng)煤化工相比，源于工藝，現(xiàn)代煤化工可以將煤炭中的硫以及其他重金屬分離出來使其能容易去除，使煤炭中的氮以氨氮的形式存在于廢水中，其排放的CO2也可以收集起來，集中處理，減少CO2排放[4]。同時隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代煤化工目前能源轉(zhuǎn)化效率逐步提高，煤制天然氣升級示范項目的能源轉(zhuǎn)化效率達(dá)到56%～60%，高于燃煤發(fā)電40%～46%的水平，煤制油、煤制烯烴的能源轉(zhuǎn)化效率都達(dá)到40%以上。提高能效也是CO2減排的有效途徑。另據(jù)相關(guān)研究，煤制天然氣用于民用和工業(yè)燃?xì)狻④囉萌剂系扰c發(fā)展煤電的能源轉(zhuǎn)化效率相當(dāng)，在一些應(yīng)用領(lǐng)域由于煤電，不會造成全社會CO2排放量的增加[3]。相比較，煤化工廢水成分復(fù)雜，廢水中COD一般在2000～4000mg/L，氨氮為200～500mg/L，總酚質(zhì)量濃度為300～1000mg/L，揮發(fā)酚質(zhì)量濃度為50～300mg/L，同時還含有氰化物、硫氰化物、多環(huán)芳香族化合物及雜環(huán)化合物等有毒有害物質(zhì)，是當(dāng)前難處理的工業(yè)廢水之一[5]。此外，煤化工廢水處理還存在污染物處理技術(shù)滯后于生產(chǎn)技術(shù)的可能[2]。因此，煤化工對大氣污染較小，其生態(tài)環(huán)境影響主要源于化工廢水以及相應(yīng)污染物的排放。

此外，煤化工屬于高耗水行業(yè)。據(jù)資料調(diào)研，目前依生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品種類不同，我國煤化工生產(chǎn)單產(chǎn)品水耗為4.5～14噸/噸-產(chǎn)品，合成氨、煤制二甲醚、間接煤制油、煤制烯烴、煤制氣、直接煤制油等現(xiàn)代煤化工工藝水耗相對較高，其單產(chǎn)品用水約為10噸或以上[6]。

表1 各省“十三五”COD、氨氮排放空間分析表

表2 各省工業(yè)用水空間分析表

在我國建設(shè)生態(tài)文明、推行節(jié)能減排、實行最嚴(yán)格水資源管理制度的當(dāng)下，煤化工發(fā)展的主要約束以化工廢水排放和水資源短缺為特征的水環(huán)境約束。本文通過對我國山西等7省發(fā)展煤化工COD、氨氮排放空間和用水空間的研究，分析各省煤化工發(fā)展水環(huán)境約束，并基于此，對各省煤化工發(fā)展提出合理化建議，為各省煤化工規(guī)劃的編制提供基礎(chǔ)依據(jù)。

2 研究方法

本文研究的假設(shè)：

（1）“十三五”期間我國COD、氨氮排放總量控制力度不減，即2020年比2015年COD、氨氮排放總量增加或減少比例與“十二五”相同。

（2）假設(shè)未來山西等7省COD和氨氮排放空間、新增工業(yè)用水全部用于新上馬的煤化工項目。

課題組基于上述假設(shè)，通過調(diào)研、數(shù)據(jù)整理、匯總，充分運用計量經(jīng)濟(jì)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)原理，對山西、內(nèi)蒙、陜西、河南、寧夏、青海、新疆“十三五”COD、氨氮排放總量、工業(yè)用水總量進(jìn)行預(yù)測。將各預(yù)測值分別與“十三五”各省的COD、氨氮排放、用水總量控制目標(biāo)比較，得出各省的COD、氨氮排放空間、新增工業(yè)用水量。

本報告定義煤化工發(fā)展COD排放最大限值為COD排放空間，煤化工發(fā)展氨氮排放最大限值為氨氮排放空間，煤化工發(fā)展用水最大限值為新增工業(yè)用水量。

3 煤化工發(fā)展水環(huán)境約束分析

3.1 水污染物排放約束分析

由表1，在當(dāng)前節(jié)能減排政策環(huán)境和科學(xué)技術(shù)水平下，按照當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式及速度，山西、內(nèi)蒙、河南、寧夏、青海至2020年均有COD和氨氮排放空間。陜西省COD排放空間較大，卻沒有氨氮排放空間。新疆則沒有COD和氨氮的排放空間。在當(dāng)前假設(shè)下，按照目前的發(fā)展和污染物減排模式，氨氮排放將構(gòu)成陜西省煤化工發(fā)展的約束；對于新疆而言，COD和氨氮均為其煤化工發(fā)展的污染物排放約束。因此，在煤炭資源有保障的前提下，我國布局煤化工項目宜優(yōu)先選擇河南、內(nèi)蒙、山西、寧夏、青海等納污能力較強(qiáng)的省份。而若在陜西、新疆建設(shè)煤化工項目需強(qiáng)化污染物減排，提高準(zhǔn)入條件，如必須選擇廢水零排放流程，同時加強(qiáng)監(jiān)管，確保污染物不外排；或者改革節(jié)能減排機(jī)制，創(chuàng)新節(jié)能減排技術(shù)，強(qiáng)化節(jié)能減排力度為發(fā)展贏取空間。

3.2 水資源約束分析

由表2，按照當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和水資源利用模式，至2015年、2020年、2030年，山西、陜西、河南、青海均有一定的煤化工發(fā)展用水空間；而寧夏、新疆兩省至2020年煤化工發(fā)展用水空間不足，內(nèi)蒙至2015年煤化工發(fā)展用水空間不足。但是隨著節(jié)水技術(shù)的進(jìn)步，用水效率的提高，至2030年，用水將不再成為煤化工發(fā)展的約束。分析各省當(dāng)前的用水結(jié)構(gòu)（見圖1），新疆、寧夏、內(nèi)蒙農(nóng)業(yè)用水占比較大，達(dá)到本省用水的77%～93%，是主要用水方面。因而，對于寧夏、新疆、內(nèi)蒙，創(chuàng)新優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新用水模式是解決其用水短缺的必要選擇。據(jù)調(diào)研所知，內(nèi)蒙正在進(jìn)行工農(nóng)業(yè)水權(quán)置換探索，期望達(dá)到水資源節(jié)約和優(yōu)化配置的目的。因此，從水資源約束的角度考慮，2020年前，在煤炭資源有保障的前提下，國家布局煤化工項目應(yīng)該優(yōu)先考慮山西、陜西、河南、青海等工業(yè)用水較豐富地區(qū)。而在寧夏、內(nèi)蒙、新疆應(yīng)限制發(fā)展煤化工。同時，提高煤化工項目準(zhǔn)入門檻，在工藝上，選擇節(jié)水工藝、提高水的再生和回用的工藝、空冷技術(shù)等[7-8]。

4 結(jié)論及建議

隨著煤炭產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，作為煤炭清潔高效利用的重要方面，作為石化產(chǎn)業(yè)的有益補(bǔ)充和合理替代，煤化工的發(fā)展前景值得期待。然而，現(xiàn)階段由于受到廢水處理困難和水資源短缺等的影響，煤化工還處于工業(yè)化示范階段。本文基于研究，認(rèn)為在煤炭資源保障充分的前提下，綜合考慮地區(qū)納污能力和工業(yè)用水供給，我國煤化工項目應(yīng)優(yōu)先在山西、河南、青海等省有序建設(shè)，而在新疆、內(nèi)蒙等省，則不適宜大規(guī)模布設(shè)煤化工項目。然而，新疆，內(nèi)蒙等地煤炭資源豐富且煤種多不適宜長距離輸送應(yīng)就地轉(zhuǎn)化。因此，為推進(jìn)煤化工的進(jìn)一步發(fā)展，建議：

（1）現(xiàn)階段將煤化工作為戰(zhàn)略儲備，加大技術(shù)研發(fā)投入，重點在煤化工工藝流程的低成本、高效、穩(wěn)定、連續(xù)運轉(zhuǎn)、節(jié)能節(jié)水、“三廢”處理及綜合利用技術(shù)等方面取得突破性進(jìn)展，在自然資源、生態(tài)環(huán)境可承載范圍內(nèi)實現(xiàn)煤化工的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

（2）強(qiáng)化用水管理，試行水權(quán)置換。第一，因地制宜建立與經(jīng)濟(jì)社會良性發(fā)展高度協(xié)調(diào)的水資源管理體制。水是生命之源，是人們正常生產(chǎn)生活的基本物質(zhì)保障。用水管理是對水活動的管理，通過有效控制用水，實現(xiàn)合理用水，使有限的水資源發(fā)揮最大效益[9]。準(zhǔn)確把握地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步以及人們生產(chǎn)生活需求等現(xiàn)狀，加強(qiáng)宏觀調(diào)控，積極推進(jìn)用水管理改革，逐步建立起分級管理，權(quán)責(zé)明確，運轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)、行為規(guī)范的用水管理體系。完善用水管理相關(guān)制度，包括用水總量控制制度、用水定額管理制度、有償使用制度、用水節(jié)水管理制度等[10]。第二，改革水價，明晰水權(quán)，建立市場機(jī)制。充分發(fā)揮市場在資源配置中的作用，運用市場經(jīng)濟(jì)相關(guān)理論，在公平合理和效率優(yōu)先的原則下做好水權(quán)的初始配置，明晰水的所有權(quán)、使用權(quán)、收益權(quán)，建立合理的用水定價機(jī)制，建立與發(fā)展以市場為手段和政府宏觀調(diào)控相結(jié)合的水市場，實現(xiàn)水資源的合理配置[11]。第三，建立用水效率管理體系。具體為：研究并建立用水效率管理指標(biāo)，建立用水定額動態(tài)監(jiān)管體系，完善用水監(jiān)測計量和信息統(tǒng)計制度[11]，強(qiáng)化計量和考核管理，建立并嚴(yán)格執(zhí)行項目水資源論證報告制度，嚴(yán)格限制高耗水、重污染工業(yè)項目建設(shè)，建立水資源預(yù)警管理制度等[12]。第四，試行水權(quán)置換。基于研究，明確水權(quán)置換的范圍、層次、規(guī)模，摸索水權(quán)置換程旭，制定水權(quán)置換的監(jiān)督管理辦法[12]。

（3）在新疆、內(nèi)蒙等地應(yīng)選擇資源優(yōu)勢明顯，環(huán)境納污能力較強(qiáng)，工業(yè)用水較豐富地區(qū)，如準(zhǔn)東、蒙東、鄂爾多斯地區(qū)，建設(shè)煤化工基地。

（4）提高行業(yè)準(zhǔn)入條件，在新疆、內(nèi)蒙等省上馬煤化工項目，需選擇節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保工藝。首先，提高節(jié)水意識，基于對煤化工工藝用水系統(tǒng)的全面分析，改進(jìn)工藝技術(shù)（如采用夾點技術(shù)[13]、空冷技術(shù)等），逐步優(yōu)化水網(wǎng)。其次，盡可能實現(xiàn)工業(yè)廢水的循環(huán)利用、循序再用，提高水的重復(fù)利用率[14]。再次，依據(jù)煤化工廢水特點，制定合理的廢水處理工藝（如預(yù)處理+生化處理+三級處理+污泥處理+廢氣處理+污水回用處理+濃鹽水達(dá)標(biāo)處理或濃縮處理+蒸發(fā)結(jié)晶的聯(lián)合處理工藝[15]），實現(xiàn)廢水“零排放”。

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