節(jié)能減排技術(shù)在新型煤化工中的運(yùn)用

梅愛國

（陜西神木化學(xué)工業(yè)有限公司，陜西 神木 719300）

引言

在近日舉行的2021第七屆中國新型煤化工國際研討會(huì)暨煤化工產(chǎn)業(yè)低碳與高質(zhì)量發(fā)展論壇上，記者從多家企業(yè)處獲悉，項(xiàng)目取得用能、環(huán)境指標(biāo)的難度不斷加大，減碳已成為行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)。

一、節(jié)能降耗概述

節(jié)能降耗在廣義上來說是指節(jié)約能源物質(zhì)、降低能耗從而減少有害物質(zhì)排放保護(hù)環(huán)境的目的。近年來，國家越來越強(qiáng)調(diào)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，因?yàn)槠淇梢怨?jié)約物質(zhì)資源，降低能源消耗并保護(hù)環(huán)境。而傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式是依靠大量的能源消耗生產(chǎn)出產(chǎn)品，并將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)直接排放到環(huán)境中。憑借著高投入、高消耗和高排放的特點(diǎn)生產(chǎn)產(chǎn)品，帶來的后果就是對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力不斷加大。節(jié)能降耗模式的生產(chǎn)活動(dòng)強(qiáng)調(diào)以最少的能源消耗，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和管理方法，盡可能少地排放生產(chǎn)廢棄物，還可以對(duì)廢棄物進(jìn)行再利用，達(dá)到增加產(chǎn)能的目的。這種模式優(yōu)化了生產(chǎn)流程，節(jié)約了能源，減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的傷害。

二、節(jié)能減排技術(shù)在新型煤化工中的運(yùn)用

（一）氨合成技術(shù)及其應(yīng)用

在我國化工行業(yè)的生產(chǎn)與發(fā)展中，利用天然氣為原料進(jìn)行氨加工和生產(chǎn)，已經(jīng)具備較為成熟的技術(shù)條件，其中以化肥生產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展表現(xiàn)最為突出。但是，由于利用石油天然氣進(jìn)行氨生產(chǎn)，存在著資源浪費(fèi)問題。因此，通過新型煤化工生產(chǎn)中節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用，對(duì)利用煤炭資源實(shí)現(xiàn)氨生產(chǎn)進(jìn)行研究和討論，在相應(yīng)的工藝技術(shù)支持下，實(shí)現(xiàn)煤炭資源內(nèi)的豐富氮、氫元素加工和處理，使其在高溫高壓工藝下生成氨，從而滿足化工生產(chǎn)的氨需求。由于我國化工生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)Π钡氖褂煤托枨罅勘憩F(xiàn)均比較大，因此，通過新型煤化工領(lǐng)域中的節(jié)能減排技術(shù)探究和應(yīng)用，利用煤炭資源進(jìn)行氨加工，為其他行業(yè)領(lǐng)域的化工生產(chǎn)中氨需求提供支持，具有較好的可行性。

（二）研發(fā)水煤漿技術(shù)

水煤漿是新型含油燃料，具有穩(wěn)定性特點(diǎn)。傳統(tǒng)燃料運(yùn)輸復(fù)雜困難，另外燃燒過程中能量產(chǎn)出較小，效率低，有害氣體釋放過多，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。但水煤漿運(yùn)輸與儲(chǔ)存非常便捷，燃燒時(shí)釋放能量大，燃燒過程中無有害氣體，綠色環(huán)保。煤漿類型主要有：水煤漿、油煤漿、油水煤等，均具有研發(fā)價(jià)值。

（三）冷凍法

冷凍法利用水在結(jié)晶過程中會(huì)自動(dòng)排除雜質(zhì)的原理，可實(shí)現(xiàn)鹽分離，但是不能將鹽分步結(jié)晶，混合鹽無太大經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且耗能較高。近年來，結(jié)合了蒸發(fā)結(jié)晶和冷凍結(jié)晶技術(shù)的分質(zhì)結(jié)晶法引起廣泛研究，該法在處理由硫酸鈉和氯化鈉為溶質(zhì)的濃鹽溶液時(shí)，效果明顯，但是濃鹽溶液成分較多、較復(fù)雜時(shí)，效果較差。此外，還有一些方法如焚燒法、電化學(xué)法等。焚燒法易產(chǎn)生氮氧化物、二噁英等有毒物質(zhì)，且不能回收利用水和鹽。電化學(xué)法主要是電解鹽溶液，但是無論是離子膜法還是隔膜法，都因?yàn)辂}濃度不穩(wěn)定、鹽種類復(fù)雜和有機(jī)物污染問題而很難滿足電解要求；分質(zhì)結(jié)晶法（也稱為鹽沉析），即根據(jù)溶解度的不同，將濃鹽水分步析出、結(jié)晶，得到較純凈的結(jié)晶鹽，不過該方法目前只是實(shí)驗(yàn)室研究，還沒有工程案例實(shí)際應(yīng)用。值得注意的是，在以膜法為核心的處理技術(shù)中，應(yīng)當(dāng)最大限度地回收優(yōu)質(zhì)水回用到系統(tǒng)水循環(huán)中，以減少后期蒸發(fā)或結(jié)晶的系統(tǒng)規(guī)模，使投資項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益得到提高。因此，為了降低投資和運(yùn)行成本，可以最大限度地進(jìn)行膜法預(yù)濃縮，以減少蒸發(fā)和結(jié)晶的規(guī)模。使用膜處理技術(shù)工藝一般也稱為廢水減量化工藝，使得膜技術(shù)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)用得起的高鹽廢水零排放的核心和關(guān)鍵所在之一。目前常用的膜分離技術(shù)有超濾、微濾、電滲析及反滲透。其中的超濾、微濾用于高鹽廢水的處理時(shí)，不能有效去除廢水中的鹽分，但可以有效截留懸浮固體及膠體有機(jī)物。使用膜分離技術(shù)，結(jié)合生物法或蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，可以充分回收高鹽廢水中的鹽。一般在高鹽廢水資源化過程中，都會(huì)采用2種或2種以上的方法組合。如高溫硝低溫鹽法、熱蒸—冷凍—熱蒸法、納濾—兩步熱蒸法、納濾—熱蒸—冷凍/熱蒸法這4種工藝均采用多種工藝進(jìn)行組合，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)晶鹽回收利用，不但使固廢減量化，還附產(chǎn)高附加值的工業(yè)級(jí)硫酸鈉和氯化鈉，可以達(dá)到市售標(biāo)準(zhǔn)，而且高鹽廢水全部回收利用，達(dá)到了真正的零排放。

（四）甲醛合成技術(shù)與應(yīng)用

甲醛作為人類日常生活中常見的有毒有害物質(zhì)，易存在于居家及辦公環(huán)境中，嚴(yán)重危害人類健康。雖然甲醛是一種可致癌的有毒有害物質(zhì)，但在化工行業(yè)生產(chǎn)中，可將甲醛衍生物作為一些經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品的原材料進(jìn)行應(yīng)用。其中塑料制品中的聚甲醛以及橡膠產(chǎn)品中的有關(guān)甲醛衍生物等，都是在化工行業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的重要體現(xiàn)。另一方面，我國的化工行業(yè)生產(chǎn)中對(duì)甲醛衍生物制品的消耗和使用需要數(shù)量日益提高，而對(duì)傳統(tǒng)甲醛衍生物的生產(chǎn)，是以天然氣為原材料進(jìn)行生產(chǎn)獲取的，容易受我國天然氣資源相對(duì)較少問題的限制，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本顯著較高，且在具體生產(chǎn)中存在相應(yīng)的資源浪費(fèi)情況。針對(duì)此情況，通過對(duì)節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行甲醛生產(chǎn)與制作，將煤炭作為原材料促進(jìn)甲醛生產(chǎn)和應(yīng)用，即對(duì)煤炭進(jìn)行脫硫處理后，利用壓縮機(jī)進(jìn)行高溫壓縮，并在精細(xì)脫硫系統(tǒng)處理下生成甲醛，滿足甲醛的制作需求。通過有效利用煤炭資源，提高資源利用效率，達(dá)到較好的節(jié)能與減排生產(chǎn)效益。

（五）烴化物合成

目前，人們對(duì)新型煤化工技術(shù)廣泛關(guān)注，許多專家已投入大量資金進(jìn)行煤化工新技術(shù)研究工作中，甲醇發(fā)生裂變可以形成烯烴產(chǎn)物，烯烴產(chǎn)物在煤化工技術(shù)中占有非常重要的地位。中科院專家對(duì)轉(zhuǎn)化技術(shù)進(jìn)行科學(xué)開發(fā)，甲醇通過化學(xué)反應(yīng)形成烯烴產(chǎn)物，烯烴產(chǎn)物可以避免原料浪費(fèi)情況，提高煤化工高效率高質(zhì)量轉(zhuǎn)化。但該技術(shù)仍有很多問題，諸多環(huán)節(jié)存在改進(jìn)和優(yōu)化空間。另外，有一種煤化工技術(shù)是以煤為基本原料，使甲烷與氧化脫氫反應(yīng)，生成乙烯，雖轉(zhuǎn)化率較低，但產(chǎn)物選擇性比大于70%，可成為煤化工技術(shù)未來研究方向。

（六）煤炭的氣化

目前各地煤炭企業(yè)都在積極利用豐富的煤炭資源大力發(fā)展煤氣化產(chǎn)業(yè)，煤氣化相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能夠?yàn)樯鐣?huì)提供清潔的能源，滿足人們?nèi)粘Ｉ顚?duì)燃料的需要。為了更好地促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國家也在不斷加大科技研發(fā)力度，研究最新的煤氣化工藝。在煤氣化相關(guān)工藝發(fā)展進(jìn)程中，國外同行業(yè)在技術(shù)方面非常成熟，尤其是在水煤漿的氣化和干煤粉的氣化方面，行業(yè)內(nèi)部進(jìn)行了深入研究。所以我國未來發(fā)展煤炭氣化相關(guān)產(chǎn)業(yè)，要積極學(xué)習(xí)和借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的工藝，結(jié)合不同地區(qū)煤炭資源的特點(diǎn)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和對(duì)工藝以及技術(shù)的改造，研發(fā)出適合我國煤制的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備。盡管我國對(duì)煤氣化相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直非常重視，但是以往的研究大多以發(fā)展化學(xué)工業(yè)為前提，所以在未來需要煤炭企業(yè)和煤炭高等院校不斷加大科技研發(fā)力度，結(jié)合煤炭工業(yè)未來的發(fā)展方向和充分利用煤炭資源來展開科技攻關(guān)，最大限度地利用煤炭資源，借助煤炭氣化相關(guān)工藝來研究和探索，充分利用煤矸石、煤泥水等多種煤炭開采廢棄物，使此類資源發(fā)揮出最大的價(jià)值。

（七）將環(huán)保技術(shù)和科學(xué)處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合

在煤炭節(jié)能減排的管理工作中，應(yīng)該盡量降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，即要保證設(shè)備尺寸應(yīng)用效果最佳，生產(chǎn)操作流程最優(yōu)。經(jīng)過相關(guān)人員的不斷開發(fā)和探討，研制出了降低能源消耗非常小，可以二次回收利用的生產(chǎn)設(shè)備，如新興的反應(yīng)器、熱交換器以及塔板設(shè)備等。由此可以看出，節(jié)能減排工作的開展，離不開相關(guān)人員的自主創(chuàng)新，只有加強(qiáng)化工處理技術(shù)的精確分析和良好應(yīng)用，才能夠不斷提高化工技術(shù)水平，建立節(jié)能、環(huán)保的煤炭企業(yè)，促進(jìn)社會(huì)的和諧和穩(wěn)定發(fā)展。

（八）將煤化工產(chǎn)業(yè)與化肥產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展

煤化工產(chǎn)業(yè)可以和化肥產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，需要煤化工企業(yè)對(duì)生產(chǎn)工藝和設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，積極引進(jìn)國際先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和技術(shù)淘汰高污染、高能耗的落后產(chǎn)能。在煤炭主產(chǎn)區(qū)建設(shè)相關(guān)生產(chǎn)線，目前此類生產(chǎn)工藝已經(jīng)非常成熟，在我國很多煤礦主產(chǎn)區(qū)都已經(jīng)逐步投入生產(chǎn)，利用煤化工產(chǎn)業(yè)來生產(chǎn)合成氨有利于對(duì)煤炭資源的充分利用，也能更好地促進(jìn)煤炭工業(yè)和化肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也能產(chǎn)生積極意義。

（九）加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)過程中節(jié)能降耗的管理

煤化工企業(yè)首先要重視節(jié)能降耗工作，把穩(wěn)生產(chǎn)，降消耗，提質(zhì)量，控費(fèi)用作為企業(yè)經(jīng)營根本出發(fā)點(diǎn)，在企業(yè)內(nèi)部形成全員節(jié)能降耗意識(shí)。成立增收節(jié)支創(chuàng)效領(lǐng)導(dǎo)小組，由企業(yè)經(jīng)理任組長，其余領(lǐng)導(dǎo)班子成員任副組長，各科廠負(fù)責(zé)人任小組成員。制定節(jié)支創(chuàng)效年度目標(biāo)，將電石電耗、電極糊消耗和原料輸送破損控制作為年度消耗管控重點(diǎn)，從原材料管理、過程管控、技術(shù)管理等方面進(jìn)行改進(jìn)。比如對(duì)循環(huán)硫化床鍋爐進(jìn)行改造，達(dá)到節(jié)能創(chuàng)效的目的。對(duì)物料輸送環(huán)節(jié)進(jìn)行改造和改進(jìn)，降低過程破損。緊盯電極糊電阻率指標(biāo)，引進(jìn)、試用天寶電極糊，倒逼廠家改進(jìn)配比，降低電極糊消耗。

（十）有機(jī)廢水的處理

對(duì)有機(jī)廢水的處理需要利用三個(gè)環(huán)節(jié)來共同實(shí)現(xiàn)，其中包含了物化處理、生化處理以及深度處理。物化處理當(dāng)中，利用隔油池、氣浮池和混凝沉淀池來實(shí)現(xiàn)處理，油類物質(zhì)可以在隔油池當(dāng)中處理，密度較小的油類或者懸浮物質(zhì)可以在氣浮池當(dāng)中處理，懸浮物和膠體物質(zhì)可以在混凝沉淀池當(dāng)中實(shí)現(xiàn)去除。在生化處理環(huán)節(jié)，主要是在一定的工序下實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的有效處理，來實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物和氮類化合物的去除，其中包含缺氧-好氧脫氮工藝、厭氧-缺氧-好氧工藝、序批式活性污泥法、氧化溝工藝和生物移動(dòng)床反應(yīng)器等多種工藝，其中好氧和厭氧的交替運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的工藝主要為缺氧-好氧脫氮工藝和厭氧-缺氧-好氧工藝。好氧和厭氧在氧化溝的工藝當(dāng)中進(jìn)行有效的區(qū)分，可以最終實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化的現(xiàn)象。對(duì)于生物濾池和流化床的有效結(jié)合可以在生物移動(dòng)床反應(yīng)器的作用下實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)脫氮效果。對(duì)于深度處理方面，利用臭氧氧化、化學(xué)氧化、曝氣生物濾池和活性炭可以實(shí)現(xiàn)有效應(yīng)用。在廢水的可生化性提升方面，可以利用臭氧和化學(xué)氧化進(jìn)行改善。對(duì)于廢水當(dāng)中的COD和氨氮，可以利用曝氣生物濾池來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于水體水質(zhì)的穩(wěn)定性，在活性炭的基礎(chǔ)作用下，對(duì)水質(zhì)波動(dòng)沖擊之后產(chǎn)生的后續(xù)膜實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。

結(jié)語

煤化工企業(yè)要積極響應(yīng)國家關(guān)于節(jié)能降耗的號(hào)召，樹立以人為本的企業(yè)文化。通過提高煤化工企業(yè)的違規(guī)成本、加大對(duì)新技術(shù)的研發(fā)投入和新設(shè)備的引進(jìn)投入、加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)過程中節(jié)能降耗的管理、成立專門的污染物監(jiān)測(cè)部門等方法來達(dá)到企業(yè)節(jié)能降耗的目的，從而更好地為企業(yè)創(chuàng)造效益，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)企業(yè)穩(wěn)定、綠色發(fā)展。