煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用的節(jié)能減排分析

王軍

摘要：煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化是一種先進(jìn)的煤炭轉(zhuǎn)化利用的創(chuàng)新模式，本文簡述了煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的途徑，針對現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)資源消耗過大和環(huán)境污染較重的現(xiàn)狀，分別對煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用具有的節(jié)能性與減排環(huán)保性進(jìn)行深入分析研究，為煤炭資源清潔利用的進(jìn)一步推行提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化;利用;節(jié)能減排

1煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用節(jié)能性分析

1.1提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)過程節(jié)能減排

基于低溫?zé)峤獾拿禾糠仲|(zhì)轉(zhuǎn)化利用相較于煤炭通過直接氣化合成轉(zhuǎn)化利用有更好的節(jié)能效果，可實(shí)現(xiàn)過程節(jié)能。以煤炭低溫?zé)峤鉃辇堫^的分質(zhì)轉(zhuǎn)化路線比以煤炭氣化為龍頭的轉(zhuǎn)化路線具有耗能低的優(yōu)勢，可以在轉(zhuǎn)化過程中節(jié)約能源。前者是根據(jù)煤炭復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)特點(diǎn)，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(qū)別轉(zhuǎn)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(chǎn)品。所以煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用比煤炭直接氣化合成其他C1化工產(chǎn)品能源轉(zhuǎn)化率和C轉(zhuǎn)化率都要高。

1.2 系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能

通過對項(xiàng)目整體系統(tǒng)優(yōu)化，對不同物料實(shí)施分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用，達(dá)到熱能均衡、余熱最大限度利用和廢能回收的目的。通過項(xiàng)目統(tǒng)籌優(yōu)化布局，對物料進(jìn)行分質(zhì)利用，實(shí)現(xiàn)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(chǎn)物進(jìn)行分質(zhì)利用，利用產(chǎn)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(shù)，實(shí)現(xiàn)低能耗的烯烴生產(chǎn)。石腦油催化裂解制低碳烯烴反應(yīng)溫度在600℃～700℃下進(jìn)行，比需要在800℃～920℃下進(jìn)行的石腦油蒸汽熱裂解制烯烴反應(yīng)有所進(jìn)步，但仍然是一個(gè)高耗能的強(qiáng)吸熱反應(yīng)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(jìn)行強(qiáng)放熱脫水反應(yīng)。將強(qiáng)吸熱過程的石腦油裂解反應(yīng)和強(qiáng)放熱甲醇脫水反應(yīng)進(jìn)行熱量和反應(yīng)途徑的耦合，減少了此過程中所釋放熱能在熱量轉(zhuǎn)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(yīng)熱，減少生產(chǎn)過程中的能量消耗。

1.3 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能

集約化生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的一個(gè)重要手段。過去煤熱解企業(yè)產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣基本全部外排，造成能源資源浪費(fèi)。分質(zhì)轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要實(shí)施途徑就是調(diào)結(jié)構(gòu)、上規(guī)模、淘汰落后產(chǎn)能，選擇節(jié)能、環(huán)保的先進(jìn)技術(shù)，建設(shè)符合區(qū)域環(huán)境要求、行業(yè)準(zhǔn)入條件及行業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的大型煤化工項(xiàng)目，組成一個(gè)大型、完整的逐級分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用產(chǎn)業(yè)鏈，通過規(guī)模化生產(chǎn)來實(shí)現(xiàn)能源資源及過程產(chǎn)物的集中高效利用。

2煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用環(huán)保性分析

2.1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整

以往生產(chǎn)規(guī)模較小、工藝相對落后，無法對副產(chǎn)物進(jìn)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?fàn)t氣以外，其他均直接外排，造成浪費(fèi)。而且無污水處理設(shè)施，焦油的實(shí)際回收率也很低，若不對污染物進(jìn)行處理和回收利用，將造成較為嚴(yán)重的環(huán)境污染。根據(jù)國家提出的準(zhǔn)入條件，實(shí)行結(jié)構(gòu)調(diào)整、增大規(guī)模與集約化生產(chǎn)的戰(zhàn)略，以形成將分質(zhì)利用作為核心的產(chǎn)業(yè)鏈，對各種類型的廢棄物進(jìn)行回收利用，從而實(shí)現(xiàn)從粗放經(jīng)營向集約化轉(zhuǎn)變。集約化生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的一個(gè)重要手段。過去煤熱解企業(yè)產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣基本全部外排，造成能源資源浪費(fèi)。分質(zhì)轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要實(shí)施途徑就是調(diào)結(jié)構(gòu)、上規(guī)模、淘汰落后產(chǎn)能，通過整合小蘭炭企業(yè)，選擇節(jié)能、環(huán)保的先進(jìn)技術(shù)，建設(shè)符合區(qū)域環(huán)境要求、行業(yè)準(zhǔn)入條件及行業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的大型煤化工項(xiàng)目，組成一個(gè)大型、完整的逐級分質(zhì)轉(zhuǎn)化利用產(chǎn)業(yè)鏈，通過規(guī)模化生產(chǎn)來實(shí)現(xiàn)能源資源及過程產(chǎn)物的集中高效利用。

2.2 基于分質(zhì)提質(zhì)的環(huán)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(jié)、熱量高、無煙等特點(diǎn)，但其他的煙煤與褐煤等，其不僅熱量相對較低，而且會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。將煙煤作為主要燃料，其生產(chǎn)等量產(chǎn)物的污染遠(yuǎn)高于無煙煤。為此，對煙煤實(shí)施低溫?zé)峤猓占⒗盟袚]發(fā)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(huán)境污染問題。

2.3采用先進(jìn)工藝設(shè)備的減排效果

低碳經(jīng)濟(jì)以“低能耗、低污染、低排放”為特征，以低碳技術(shù)為核心。不同的煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)對環(huán)境的影響不同，工藝和裝備的科學(xué)選擇也是實(shí)現(xiàn)減排的有效手段。在分質(zhì)轉(zhuǎn)化模式下，優(yōu)化石腦油、甲醇耦合制烯烴工藝、將廢水用于配制水煤漿進(jìn)行氣化都可以有效減排。分質(zhì)轉(zhuǎn)化除了合理構(gòu)建產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)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(yīng)性、分質(zhì)后各類產(chǎn)品的質(zhì)量性能、下游延伸方向、目標(biāo)產(chǎn)物，又兼顧項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域的資源、能源、生態(tài)環(huán)境承載能力等因素，注重生產(chǎn)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(chǎn)效率的同時(shí)，注重提高煤炭資源利用率，通過實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)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(zhì)轉(zhuǎn)化利用還強(qiáng)調(diào)廢棄物資源化，若廢棄物實(shí)現(xiàn)資源化，能直接減少其排放，實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，這些廢棄物包括生產(chǎn)副產(chǎn)物。以某地區(qū)為例，其在完成規(guī)劃后，近73億m 3/a 的焦?fàn)t煤氣幾乎得到全部利用，發(fā)揮出極好的減排效果。電石法 PVC 是分質(zhì)延伸加工的重要途徑，在該項(xiàng)目建成以后，平均一年可以生產(chǎn)出近180萬噸的電石渣與近30萬噸的粉煤灰，表現(xiàn)出良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)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(jìn)行煤制甲醇時(shí)，需將一氧化碳轉(zhuǎn)為氫氣，一氧化碳變換轉(zhuǎn)化在60% 左右，主要是對二氧化碳進(jìn)行脫除，最終實(shí)現(xiàn)氫碳比有效調(diào)整。甲醇生產(chǎn)時(shí)最佳氫碳比需要達(dá)到2.05，如果只采用天然氣或煤中的一種原料就無法達(dá)到所需的氫碳比。因此，通過煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化路線對原料組成進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)煤氣互補(bǔ)達(dá)到碳?xì)淦胶獾哪繕?biāo)，在增加產(chǎn)量的同時(shí)，減少二氧化碳排放，以實(shí)現(xiàn)減排。

3 結(jié)束語

對煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化而言，它將逐級的分質(zhì)轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)進(jìn)行高效利用，再將不同類型的大型項(xiàng)目作為主要載體，構(gòu)成完整的優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈，達(dá)到節(jié)能減排目標(biāo)。借助規(guī)模效益，確保項(xiàng)目收獲良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。通過對先進(jìn)裝備和技術(shù)的應(yīng)用，加之工藝、設(shè)備及原材料等的優(yōu)化，提高能量和物質(zhì)的高效利用，達(dá)到熱能均衡等目標(biāo)。

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[3] 甘建平，馬寶岐，尚建選. 煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化理念與路線的形成和發(fā)展 [J]. 煤化工，2013.

（作者單位：山西平朔煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司）