煤化工行业高水耗问题分析与探讨

[摘 要]在我国，煤炭资源与水资源呈逆向分布，煤炭资源主要集中分布在西北干旱地区，而煤化工行业又是一个典型的高水耗行业，无论是统煤化工技术，还是新型煤化工技术，目前都面临着高水耗的问题，高水耗问题已经成为制约我国煤化工发展的关键因素之一，解决煤化工行业发展中的高水耗问题已迫在眉睫。针对水耗问题，传统煤化工技术（煤焦化）与现代煤化工技术（煤气化、煤液化）是否存在矛盾，又将如何统筹发展，有待探析。

[关键词]煤化工行业；高水耗；问题；措施

中图分类号：TQ53 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0065-01

1 不同煤化工工艺水耗问题分析

1.1 煤焦化

在我国最早应用的煤化工技术就是煤焦化，时至今日依然是重要的一种方式。煤焦化在制取焦炭的同时还可以副产煤焦油及焦炉煤气，煤焦油加氢可制备汽柴油，随着世界原油需求量不断增长，原油价格不断攀升，加之近年来中国工业发展较快，燃料油需求量大幅增长，而焦炉煤气不仅是重要的燃料气，还可以作为重要的化工原料气进行深加工，如合成天然气、甲醇、氨等。由于我国原油资源日益紧缺，煤焦油通过加氢生产燃料油的工艺技术也正在加速发展。煤焦油通过加氢改质，可以提高燃料油质量和轻质油收率，既提高了焦油综合利用率，又减少了环境污染，属于节能环保的的重要项目。

利用煤焦油加氢生产轻油，每吨轻油耗水量约为0.76吨。生产1吨轻油所需煤焦油量为1.2吨；利用兰炭工艺副产中低温焦油合成1吨轻油所需干煤量约为19.9吨块煤，同时可产焦炭12吨，焦炉煤气17829Nm3，则计算兰炭工艺与煤焦油加氢装置生产总耗水量约为11.8吨。从上面的分析可以看出，煤焦油加氢制取吨轻油水耗很低，煤焦化技术水耗主要用于高温焦炭、化工产品、煤气的冷却。根据中国炼焦行业协会对会员生产企业的统计显示，2014年上半年炼焦工序能耗为123.66kg标煤/吨焦，吨焦耗新水量1.35m3/吨。根据《焦化行业准入条件（2014年修订）》（工信部2014年第14号公告），焦炭单位产品能耗不超过GB21342―2013《焦炭单位产品能源消耗限额》规定的限定值。

1.2 煤液化

煤液化技术是以煤炭为原料制取液体（烃类）燃料为主要产品的技术。目前，煤液化技术分为煤直接液化技术和煤间接液化技g。煤直接液化技术水耗较煤间接液化水耗低，直接液化法由于采用不同的液化技术，水耗也会存在较大差别，但降低水耗的同时会增加装置一次投资及运行成本。目前，我国煤直接液化制吨油耗水量基本为9吨，例如神华集团于2009年在内蒙古建成第1套设计能力100万吨油品的煤直接液化装置。采用溶剂强制循环、悬浮床加氢反应器，反应压力19.0MPa，反应温度455℃，油收率55%～57%，装置生产每吨油耗水量约为9吨。间接液化法由于涉及煤气化、合成气预处理、合成气液化等诸多耗水环节，高水耗问题则更为突出。

1.3 煤气化

煤气化属于现代煤化工清洁煤技术的一种，通过煤气化技术可以生产合成天然气、化工合成原料气、工业燃料气、煤气联合循环发电、民用燃料气等。另外，煤气化产生的合成气经间接液化还可以制取燃料油，在煤焦化产能过剩、污染严重的情况下，煤气化技术也就受到越来越多的关注。然而，煤气化技术也一样面临高水耗问题，煤气化技术水耗量主要在于煤一次气化耗水量以及气化合成气后续深加工过程耗水量。其中，关于煤气化过程耗水量，因不同原料煤或煤焦具体组分不同，气化工艺不同，吨煤耗水量不尽相同。

相比于煤焦化行业而言，煤气化行业高水耗的主要原因如下：反应本身耗水，但量不大；吨煤合成气产率高，每吨煤约合成1600～5000Nm3；而煤焦化副产焦炉煤气每吨约400Nm3，煤气化合成气的后续加工路线长，使得耗水量加大。例如煤气化合成气制天然气，需要经过粗煤气洗涤、变换、脱碳、脱硫、压缩、除氧、脱硫、甲烷化，煤制天然气耗水量基本在7吨以上。

不论采用何种工艺气化技术，吨煤蒸汽消耗指数并不高，并不是造成煤气化行业高水耗的主因，煤气化行业水耗主要体现在后续合成气处理及深加工过程。例如，高温的煤气化合成气需要逐步冷却，因此，气化炉下游通常设置废热锅炉或余热锅炉，利用脱盐除氧水副产中压或低压蒸汽，其中一部分蒸汽送入气化炉作为气化剂。冷却后的合成气再加工过程的耗水主要体现在换热网络耗水量，通过优化换热网络可以降低耗水量，缓解煤气化行业高水耗问题。

2 煤化工过程的节水途径

2.1 加强企业生产管理

煤化工在快速发展的同时也连带着技术人才短缺的问题，现场管理制度不严格，用水管理粗放，存在边流水、边补水的现象，为此需要加强企业生产运行管理，增强节水减排的服务意识。通过加强管理，完善公司、分厂、车间三级水的计量，做到水资源利用的有序管理，也是实现投资少、见效快、收益高的节水减排措施。

2.2 优化过程系统

在全厂水平衡测试的基础上，通过夹点分析技术，合理配置各种水源；而后再对外排废水进行处理回用的分析方法例如，在煤制甲醇过程中，采用工艺成套节能降耗技术，可以有效降低煤制甲醇的耗水量。以年产45万吨甲醇的煤制甲醇装置为例，采用该技术，吨甲醇的水耗可降低30%，每年可节水约100万吨。通过水网络系统分析，实现串级用水。例如，焦化厂蒸汽冷凝水作为锅炉给水或就近用于循环水系统代替补水；焦化厂循环水排污水用于对水质要求不高的炼焦工序的煤气水封水；脱盐水站外排水用于对水质要求不高的工序，如选煤工序。此外，通过提高循环冷却水的浓缩倍数不但可以减少新鲜水的补水量，同时又可以减少污水量。通过水网络集成技术，可以使化工企业节约新鲜水25%～35%，精细化工节约新鲜水达20%～60%。另外，闭式循环冷却水系统因节水效果可观，有望在大型煤化工项目中逐渐得到广泛应用。

2.3 先进的工艺技术和设备

工艺技术和关键设备的优化是降低煤化工行业水耗最重要的措施。例如，采用干法熄焦技术代替湿法熄焦技术；采用德士古水煤浆气化技术；采用空冷器代替循环冷却水冷却技术；采用自然通风冷却塔代替机械通风冷却塔；以上均可以大幅降低煤化工过程水耗，虽部分设备一次投资费用较大，但相比运行费用而言，一次投资费用回收期较短。比如自然通风冷却塔比机械通风冷却塔的一次性投资多，但年运行费用却比机械通风冷却塔少，系统运行约2年就能将一次性多投资的费用收回。

2.4 废水回收利用

目前，我国煤化工行业的污水处理、废水回收的效率还比较低，实现“废水零排放”地区还很少。尤其是内蒙古、陕西、山西、新疆、宁夏等水资源相对匮乏、生态脆弱的中西部省区。主要源于废水处理技术不够先进，今后还需要努力开发深度废水处理工艺，争取实现“废水零排放”。另外，也有一些企业关注到了矿井水这一潜在水源，研究表明矿井水经预处理、软化和除盐后的矿井水可以补充循环水装置。矿井水作为大型煤化工用水水源是一种趋势，将会受到煤化工行业的关注。

结束语

中国煤化工行业长期发展必须“量水而行”，统筹规划、合理布局、科学引导、规范发展。通过采用先进的工艺技术和设备、过程系统优化、废水回收利用及加强企业生产管理等途径，可有效降低煤化工过程的耗水。

参考文献

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[3] 煤化工产业发展过程中存在的问题及对策[J].柳雨春，孙江颖.内蒙古煤炭经济.2013（12）.