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、國際化，不僅煤礦資源探測和開采能力得到大幅提升，而且以煤炭為原料的各類化工產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)總量也得到了較大增長。但美中不足的是我國煤化工在發(fā)展過程中依然存在高水耗、高能耗等固有缺陷，這不僅影響了我國煤化工產(chǎn)業(yè)的市場效益，而且阻礙了我國社會經(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)。筆者在此對幾種主要煤化工技術(shù)的水耗問題進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)探尋有效的節(jié)水方法。

1 我國煤化工高耗水的原因分析

我國的煤化工行業(yè)高耗水問題由來已久，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)展觀念忽視耗水問題

在我國工業(yè)建設(shè)和發(fā)展初期為快速提升我國工業(yè)能力，促進(jìn)我國社會經(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采，加強(qiáng)煤化工產(chǎn)業(yè)開發(fā)力度，以資源消耗來換取產(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)過程中的水資源耗損問題，大肆擠占生活用水和農(nóng)業(yè)部灌溉用水，且對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)過程中和生產(chǎn)后期的維護(hù)管理成本[1]。

1.2 錯誤的成本認(rèn)識造成高耗水

對于產(chǎn)煤區(qū)的煤化工企業(yè)而言，因為有充足的煤炭資源作后盾，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)前市場動態(tài)來看當(dāng)PE/PP市場現(xiàn)貨平均價格在11500元/t以上時，產(chǎn)煤區(qū)煤化工企業(yè)每噸烯烴產(chǎn)品的營業(yè)利潤可達(dá)4536元/t，銷售利潤率高達(dá)23%～39%，在此高利潤的驅(qū)使下，所以大多數(shù)煤化工企業(yè)在生產(chǎn)中對耗水成本視而不見，不少企業(yè)為獲取更多利潤而大肆擴(kuò)大產(chǎn)量，這便帶來更嚴(yán)重的水資源消耗。

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

我國煤化工產(chǎn)業(yè)設(shè)計院對新鮮水耗確定和系統(tǒng)設(shè)計工作，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，而未將重心放在過程系統(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)計方向是借空分機(jī)和冷卻器來實現(xiàn)零排放目標(biāo)，而沒有對水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化，且各個節(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t/a蘭炭可行性研究報告項目》為例，其原料及水消耗量如表1所示。

表1 煤焦化過程中對原料和水的消耗量

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^程。煤氣化相比煤焦化生產(chǎn)工藝更先進(jìn)、更清潔，但依然對水的消耗較大，其耗水問題主要發(fā)生在煤一次氣化和合成氣深加工兩個環(huán)節(jié)。氣化過程中需要對高溫合成氣進(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、流程較長所以會反復(fù)消耗水量，以煤制天然氣為例噸煤氣化過程大約需要消耗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這個方程式來計算制1t油，理論耗水為1.286t，但煤直接液化百萬噸級需耗費(fèi)5.8t水，而間接液化百萬噸級需消耗9.2t水，如此大額的耗水量對本就缺水的我國煤化工行業(yè)來說構(gòu)成了發(fā)展的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

3 我國煤化工行業(yè)的節(jié)水改進(jìn)策略

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

煤化工行業(yè)的高耗水問題除開技術(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)管問題。伴隨著我國市場經(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)督不到位的問題，造成能源的大量浪費(fèi)和無節(jié)制用水現(xiàn)象。為此煤化工企業(yè)要加強(qiáng)生產(chǎn)過程管控力度，尤其要針對生產(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，要做好企業(yè)本部、分支、車間用水的三級計量工作。

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

過程控制系統(tǒng)是對企業(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)中要實現(xiàn)節(jié)水減排就要加強(qiáng)優(yōu)化整個水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

首先煤化工企業(yè)應(yīng)對本企業(yè)的水資源作平衡測試，然后參照平衡測試結(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

煤化工自身對于生產(chǎn)工藝的要求極高，節(jié)水減排對企業(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)備來實現(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，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-動力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)、煤基液體燃料-動力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等。

4 結(jié)語

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