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《现代煤化工生产技术》是高职院校应用化工技术专业必修的专业骨干课,其主要讲授现代煤化工技术概要、空气深冷液化生产技术、煤气化技术、煤气净化技术、甲醇合成技术、二甲醚生产技术、甲醇羰基化生产醋酸技术、煤制油技术等新型煤化工生产工艺基础理论、工艺条件、生产设备及生产操作。通过系统理论学习,学生能了解化工生产过程的基本特性,掌握化工生产的基本原理;通过不断的生产实践教学,学生能独立完成煤气化、甲醇合成的生产工作过程。扎实的理论基础和过硬的实践本领,实现了学生就业与化工企业的零对接,本课程为学生从事化工生产工作打下坚实的理论和实践基础。
高职高专院校进行的《现代煤化工生产技术》课程项目化教学,必须转变教育思想,从根本上打破陈旧的教育模式,针对学生底子薄的特点,降低理论要求,实施以职业能力培养为根本的课程体系,加大实践教学比例,突出学生实践能力的培养【1】。
一、教材改革
1.理清层次,项目选取。
现代煤化工生产技术涉及的内容很庞大,而《现代煤化工生产技术》教材由于内容偏多,涉及到一些内容比如原理和设备介绍与《化工原理》课程中重复过多,以及相同内容在众多章节中重复出现,内容介绍松散不能突出重点的缺陷,这样学生会感到内容上很多很乱。为了帮学生理清思路。我们根据每一章的内容以及化工生产技术在行业发展的需要和化工生产操作人员职业岗位需要,根据教学目标,以培养学生职业能力和职业素养为核心,以课程专业性、实践性、开放性为原则进行项目化课程设计,选取总体思路如图所示。
项目内容选取具体依据如下:
1)专业人才培养目标和化工生产操作人员岗位任职要求。
2)职业资格标准:化工总控工(中级工)。
3)前后续课程的关系:前、后续课程的关系及难易程序。
4)工学结合需要:强调实际工作所需的能力培养,确保学生到企业的适应能力。
2.项目化教材编写。
教材与煤化工企业共同开发,充分体现项目导向、任务驱动的新的教学理念,所选取的主要内容,涵盖当前煤化工的新技术,新方法,突出应用性、实践性,具有行业职业岗位特点,能使学生具有一定的岗位拓展空间。紧密结合专业人才培养目标,明确教材在专业人才培养中的地位和作用,增加并充实应用实例内容,对职业岗位所需知识和能力结构进行恰当的设计安排。注意前后续课程的衔接,注重理论知识体系与实践技能体系的有机结合。强化技能的培养和创新能力的培养,教材行文应言简意赅,语言表达精确、科学。
二、项目化教学内容的组织和安排
1.按现代煤化工生产企业职业岗位工作过程设置项目化教学内容,本课程的内容设为课程导引、空气深冷液化分离、煤气化技术、煤气净化技术、甲醇合成技术、二甲醚生产技术六个典型工作模块。课程的重点和难点是煤气化技术、煤气净化技术、甲醇合成技术。
2.以现代煤化工企业生产仿真实训?、生产实训、顶岗实习的系列实训为主线,实施工学相结合的课程教学模式。根据工作任务的性质,部分课程在课堂组织教学;部分课程在企业现场进行教学;模拟实训在校内实训室进行;实际操作在校内实训室和校外实训基地进行。充分利用校企两种教学资源,校企师资队伍,边讲边做,边做边学,讲讲做做,学做合一。充分利用现代煤化工生产技术课程网络教学资源和校内外丰富的实训资源,采用多种教学组织形式、教学方法和手段相结合,使教学内容理论联系实际,教学内容紧紧围绕课程的工作过程导向,以“会做”为原则,通过反复训练以达到掌握化工操作工技能的目的,并同时全面提升学生的综合素质。
3.以职业岗位基本技能和职业岗位核心技能为教学目标组织教学。现代煤化工生产技术课程的教学目标是通过该课程的学习,使学生掌握化工生产过程的基本技能和核心技能,并同时培养学生的职业品德和团队合作精神,因此,教学内容的选取、教学手段的运用、教学的组织和安排都紧紧围绕该目标进行。
4.以校企合作的实训基地来确保多种教学手段的运用和教学目标的实现,《现代煤化工生产技术》实践教学主要通过校内实训中心及校外实训基地来实施。
4.以课程标准为技能考核环节的核心,根据课程知识点多、知识关联面广、实践性强等特点,依据化工生产企业岗位能力要求,命题上应尽可能地与职业资格考核接轨,增加主观分析和操作技能训练性试题,逐步建立科学的评价标准和鉴定题库,使之能够真实地检测学生的专业技能水平。考核形式上,不以一卷定成绩,而是平时考核(包括讨论能力、学生参与度、完成任务情况、现场动手能力)、现场教学、阶段考核、专项实训与期末理论考核的综合考评。
4.以职业岗位工作过程导向,能力本位的课程标准编写教学大纲和进行教材建设。根据化工企业的职业岗位工作过程,以企业基本操作技能为基础,关键技能为核心提炼能力教学点,并以此为基础编写工作过程导向、模块化教学的教材。
三、结束语
高等职业教育改革在不断深入,煤化工行业的飞速发展为煤化工的课程改革带来了极大的机遇和挑战【2】,只有不断更新教学内容,改革教学方法,通过项目化教学和不同层次的实习过程,使学生丰富和扩大专业知识领域,更好的实现了理论和实践的结合,毕业工作时更快、更好地融入企业。
参考文献
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(一)煤炭资源赋存得天独厚
已探明煤炭储量7000多亿吨,居全国第一位。其中鄂尔多斯市、锡林郭勒盟、呼伦贝尔市占60%以上,具有大型整装、赋存稳定、煤质适宜转化等特点,特别是东部盟市的煤炭大部分是褐煤,不适宜远距离运输。目前,我区煤炭产能已达到9亿吨,且具备每年新增1亿吨煤炭产量的能力,在保障国家煤炭外调需求的前提下,有条件实施现代煤化工示范项目。
(二)水资源能够满足发展需求
内蒙古西部地区黄河过境里程830公里,区域内黄河水配给水量58.6亿立方米,目前工业和生活用水仅占8.5%,并已通过实施农业节水工程提供工业用水约5亿吨。东部盟市(呼伦贝尔市和兴安盟)地表水资源量337亿立方米,占全区地表水资源量的83%。通过采取水权置换、修建水利控制性工程等措施能够满足现代煤化工示范项目的用水需求。
(三)资源开发与转化成本低
内蒙古煤炭埋藏较浅且构造简单,开采成本全国最低。目前,煤制油成本的60%左右、煤制甲醇成本的45%以上来自煤炭和电力。内蒙古平均吨煤生产成本,露天矿为85元左右,井工矿为110元左右;每千瓦小时发电成本比全国平均水平低0.15元左右,现代煤化工生产成本在全国具有明显的竞争优势。
(四)地区环境空间容量较大
内蒙古地域辽阔,国土面积118.3万平方公里,荒漠化、沙漠化土地较多,占国土面积的52.2%,国土开发强度仅为1.3%。森林、草原具有巨大的固碳能力。另外,通过采取“点状开发、面上保护、集中布局”的方式,产业结构和布局总体上与自治区生态功能区划相符合,整体上有助于全区生态环境的保护与修复。
(五)产品市场需求潜力巨大
随着我国节能减排政策的进一步深化,内地能源需求结构也发生明显变化,从单纯要求供应煤炭转变为要求提供煤制天然气等清洁能源和化工产品。目前,仅东北三省、京津冀、湖北、湖南等省市与我区签订要求提供煤制天然气的协议规模约300亿立方米。国内烯烃、乙二醇市场保障能力仅为60%左右。
(六)具有现代煤化工升级示范的基础
“十一五”期间,陆续承接、投产建成了新型煤化工国家五大示范工程中的神华108万吨/年煤直接液化项目、伊泰16万吨/年煤间接液化项目、神华包头60万吨/年煤制烯烃项目、通辽金煤20万吨/年煤制乙二醇项目、大唐多伦46万吨/年煤制烯烃项目以及久泰准格尔100万吨/年煤制甲醇和10万吨/年煤制二甲醚项目,即将投产大唐克旗40亿Nm3/年煤制天然气项目一期工程(13亿Nm3/年)和汇能鄂尔多斯16亿Nm3/年煤制天然气项目一期工程(4亿Nm3/年)。无论从资源基础还是从项目建设条件角度考量,都已成为全国大型现代煤化工项目建设的首选地,成为全国现代煤炭深加工产业启航发展的领跑者。
煤化工已形成生产能力。内蒙古煤炭深加工产业快速发展,产能产量快速增长,现代煤化工产业发展遥遥领先,化工园区具备承接重大项目的功能。目前已形成煤制油产能140万吨,煤制烯烃产能106万吨,煤制乙二醇产能20万吨,煤制天然气产能13.3亿立方米,甲醇产能520万吨,尿素产能420万吨。2012年煤制油产量达到 54.5万吨、煤制烯烃103.7万吨、煤制乙二醇9.9万吨、甲醇552.5万吨、尿素96.3万吨,在全国煤化工产能中占有较大比重。
煤化工在建项目。截至2012年底,我区在建煤制天然气项目3个,建设规模42.7亿立方米及液化天然气23.8万吨;甲醇项目10个,建设规模530万吨;化肥项目12个,建设规模尿素1294万吨、硝基复合肥70万吨;煤制乙二醇项目2个,建设规模40万吨;煤制精细化工产品项目1个,建设规模120万吨;煤制苯胺项目1个,建设规模36 万吨;甲醇制烯烃项目3个,建设规模170万吨。
二、建设现代煤化工生产示范基地面临的外部形势
(一)国家煤炭深加工示范工程建设已全面展开
我国石油资源不足而煤炭资源相对丰富,煤炭资源清洁高效利用是我国能源自给的重要战略。随着国内外煤炭深加工技术水平不断提高,技术创新能力不断增强,煤炭深加工产业日益受到重视,为实现煤炭利用方式变革提供了可能性。“十二五”以来,我国煤炭深加工产业进入了突围发展阶段,国家将通过一系列示范工程的建设,突破现代煤炭深加工产业发展瓶颈,解决现代煤炭深加工工程化难题,优化全国煤炭利用方式和全国能源结构,煤炭深加工产业面临着前所未有的发展机遇。
(二)国家迫切需要全面探索煤炭深加工产业优化发展的标杆地区
煤炭深加工是资源密集型、技术密集型、资金密集型产业,对资源、技术、资金、环境、交通、土地条件要求高。在煤炭深加工产业转型发展的关键时期,国家迫切需要一个有条件、有基础的地区,全面落实国家煤炭深加工产业政策要求,演绎国家煤炭深加工发展路线,为全国煤炭深加工产业健康发展打造样板工程。
(三)国内石化行业出现结构性短缺,部分产品增长空间大
“十五”和“十一五”期间,我国石油和化学工业发展迅速,多数产品产能产量快速增加,部分产品供应已由“总量短缺”转变为“结构性短缺”。今后,随着我国国民经济平稳较快增长和全国工业化和城镇化进程加快,发展仍将是我国化学工业的主旋律。以乙烯、成品油、化肥为代表的刚性需求产品,以合成材料、合纤单体等为代表的大量进口产品,以及航空工业、汽车工业急需的专用高性能合成材料,食品、医药、电子电器行业急需的食品级、医药级、电子级高端精细化工产品,适应温室气体减排的低碳原料和产品等新型化工材料和精细化工高端产品,将是未来发展重点。
三、建设现代煤化工生产示范基地存在的困难和挑战
内蒙古煤化工产业发展初具成果,但建设现代煤化工生产示范基地还存在很多的困难和挑战:
(一)产业发展层次和融合度有待提升
目前煤炭深加工仍以传统煤化工为主,现代煤化工产能比重、煤炭转化量比重偏低,产业附加值有待进一步提高。目前我区煤化工项目大多是独立的,煤化工项目与项目、煤化工与电力、煤炭、钢铁等相关产业的结合度低,产业层面的循环经济和资源、能源优化利用还没有充分体现。
(二)产业发展需要的技术人员相对缺乏
现代煤化工产业需要具备高技术技能的劳动力支撑,我区现代煤化工产业快速发展急需大量专业技术人才和熟练的操作工人,而从各类学校培养出来的专业技术人才和操作工作需要5-10年时间,这一现状将影响现代煤化工生产示范基地的建设。
(三)产业布局分散,重复建设情况严重
目前内蒙古煤化工项目发展都是各自为政,有煤炭的地方就有煤化工项目,煤化工发展的基础设施都是重复建设,煤化工发展内容基本趋同,没有体现产品的差异性,上下游产品循环配套衔接不紧密,煤化工企业技术水平和发展规模良莠不齐。
四、推动现代煤化工生产示范基地建设的几点思考
要想让国家把内蒙古确立为煤炭深加工试验示范基地,把我区更多的项目纳入国家示范项目中,我区的煤炭深加工产业和项目必须符合国家的示范方向和示范要求。与已有基础相比,要在资源节约、节能减排、装置规模、装备制造、环保指标、稳定运行、经济效益等方面有进一步提升或取得突破。我区已经具备了很多符合国家示范要求和方向的先天条件,下一步必须在发挥已有优势条件基础上,重点解决不符合要求的短板问题和制约因素,使我区的煤炭深加工产业和项目成为国家示范的必然选择。为此,应该重点抓好以下关键领域:
(一)抢占煤炭深加工技术制高点
从世界范围看,美国、德国、法国、南非、日本等国家拥有大量的各种不同工艺路线的现代煤化工技术,但真正实现商业化运作、在大规模生产中取得成功的并不是很多,总体上讲,现代煤化工技术除个别技术比较成熟外,大部分还处于示范验证阶段。对于国内的煤化工技术,“十一五”期间,国内现代煤化工多项成果创造了世界第一,特别是世界首套煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇示范项目全部完成,使我国成为全球煤化工产业化水平最高的国家之一。
从技术层面看,国内现代煤化工(煤制油、煤制烯烃、煤制气、煤制乙二醇、煤制二甲醚)上下游产业链已经全部打通,以神华煤炭直接液化技术、大连化物所甲醇制低碳烯烃技术、中科合成油公司煤炭间接液化技术、华东理工大学多喷嘴水煤浆气化技术等为代表的一批国内自主科研成果已经成功在大型工程中进行示范,国内自主研发的甲烷化技术、煤化工催化剂以及合成器净化、硫回收、大型甲醇合成等单元技术也逐渐完善,将要在大型工程中进行示范,一些技术成果已经达到世界先进水平。诚然,通过引进、消化、吸收和自主研发,国内已经具有一批具有自主知识产权的现代煤化工技术,但就此判断,国内煤化工技术已经处于世界领先地位还言之尚早,国内煤化工技术要想真正引领世界煤化工技术的发展、有能力支撑大规模生产和商业化运作还存在很多的问题。
从实践来看,除煤制烯烃技术(DMTO)通过示范工程的检验是比较成熟的技术,煤制油间接液化技术通过小规模生产取得成果外,其他现代煤化工技术,有的还在试验阶段,有的刚刚通过成果鉴定,要想实现大规模的生产还有很长的路要走。
从资源环境看,在今天这样绿色经济、低碳发展的大环境下和节能减排、生态环境保护形势严峻的条件下,发展现代煤化工技术仅仅定位于生产石油替代产品是远远不够的,更重要的是研发能源转换率高、资源节约、低排放、低耗水、高附加值的技术。现代煤化工技术研发的取向应该包括充分利用劣质煤、减少煤炭资源和水资源的消耗、减少二氧化碳排放。
从技术集成看,国内煤化工技术集成化存在很大不足,包括产业链集成化技术和循环利用集成化技术。部分企业在不同的工艺阶段应用的技术来源于不止一个国家、地区和企业,国内技术也属于不同研究机构所掌握的技术。也正是因为缺少集成化技术,技术难以实现完整性、连贯性,有的项目竣工而不能投产,有的项目投产而不能达产,有的生产时续时断。
作为国家重要的能源重化工基地,要想在现代煤化工产业中具有举足轻重的地位,就必须率先抢占现代煤化工技术的制高点。
1.要积极争取成为国家煤炭深加工试验示范基地。发挥资源富集地区优势和率先发展优势,把国家重大煤炭深加工的试验示范项目落户到内蒙古,把关于现代煤化工的重点技术研究项目安排在内蒙古,建立国家层面的现代煤化工科学技术研究中心,争取在现代煤化工技术试验示范和研发方面走在全国前列。
2.要积极引进、消化、吸收并加强自主研发。要自主研发符合国家节能减排政策、能源转换率高、资源节约、低排放、低耗水、高附加值的技术,要紧紧盯住现代煤化工的前沿技术研究和发展,通过增加研发和技术转让投入,加强与国内外煤炭深加工科研机构的沟通和合作,整合国内外现有的技术资源,集中优势资源研发集成化技术,实现技术的完整性和连贯性。
3.要加大对现代煤炭深加工技术创新的政策支持。采取政策引导、鼓励企业加快工艺改造和技术创新,对煤炭深加工产业的技术改造、科技创新等方面给予政策扶持和研发资金奖励,大力吸引煤炭深加工产业发展急需的相关专业人才到内蒙古落户和创业,建立煤炭深加工技术发展研究与咨询专家库,充分利用内蒙古现有各大院校实现产学研相结合,全力促进煤炭深加工产业的技术进步。
(二)增强煤炭深加工产业的市场竞争力
根据中国石油和化工联合会公布的数据判断,未来乙二醇产能可能会远远大于国内需求量,煤制烯烃未来势必会出现产能过剩的情况,煤制油和煤制天然气因为高耗煤、高耗水、高污染和输油、输气管道建设不配套,甚或因为原油价格波动而出现产能不能充分利用的局面。从煤炭深加工产品市场来看,目前已有在建、拟建的产能规模已经远远超过国内市场的需求量,不久将势必会出现严重的产能过剩问题。市场将会重新调整资源配置,淘汰核心竞争力弱、市场拓展能力差的煤炭深加工企业,从而形成一批煤炭深加工行业的领军企业。
内蒙古煤炭深加工产业要想在这么严峻的市场形势下立足并率先发展,必须:
1.通过行业兼并重组形成一批综合实力强的大型煤炭深加工集团企业。最近几年获取煤炭资源的条件就决定了我区目前发展煤炭深加工的企业众多,规模、技术、装备和人员水平良莠不齐,有竞争力和有实力的本地企业少之又少。当产能过剩引起激烈的市场竞争后,小企业的存活发展几率远远低于有技术有实力的大企业。因此,趁着煤炭深加工产品产能过剩的寒冬还没有到来,通过加快煤炭深加工企业的兼并重组,从而提高我区煤炭深加工企业抵御市场风险的能力。
2.加强煤炭深加工产品的市场体系建设。加快煤炭深加工产品市场信息平台建设,在煤炭深加工产品重点需求地区设立交易市场,开展跨国跨地区交易与合作,与需求稳定的大客户签订长期合作协议。
3.争取将我区确立为国家煤炭深加工试验示范基地,将我区更多的项目列入国家煤炭深加工示范项目。最近国家即将颁布的《煤炭深加工示范项目规划》中,内蒙古还没有被国家定位为煤炭深加工综合示范区,其中示范项目也仅有3项。我区要根据国家重点示范任务方向和示范项目选择条件,选择具有较强实力的大型企业集团投资示范项目,完善项目各方面的配套条件和硬性指标,下大力气推动符合产业示范方向项目落地建设。
(三)提升煤炭深加工产业循环利用水平
1.加强高铝煤炭资源循环利用。根据国家发改委《关于加强高铝粉煤灰资源开发利用的指导意见》,按照统筹配置高铝煤炭资源、定向供应、集中燃烧,以及煤、电、粉煤灰提取氧化铝、铝后加工一体化的发展要求,向国家进一步争取支持内蒙古高铝煤炭资源高效循环利用,研究批准我区上报的综合利用总体规划,核准建设一批粉煤灰综合利用产业化项目。
2.加强煤矸石、煤泥等资源的循环利用。我区在煤炭洗选过程中每年产生1亿多吨的煤矸石和煤泥,由于热值较低,尚未充分利用,不仅占用了大量土地,而且对环境也造成了较大污染。加快低热值煤发电装置建设,是提高煤矸石和煤泥资源利用率、减少土地占用和环境污染的重要途径。目前,我区已建成和在建的煤矸石和煤泥综合利用发电装机500万千瓦,规划在“十二五”期间再新增1680万千瓦,消化利用煤矸石和煤泥8000万吨,原则上我区自用电全部利用煤矸石和煤泥进行发电。
(四)深化煤炭深加工相关的体制改革和制度建设
1.深化体制改革。政府部门应尽快向服务型的政府转变,主要提供公共产品、履行社会性管理职能、制定地方发展战略规划、执行及监督执行法律法规为主要职责,在产业规划、创新激励、金融支持和发展环境方面制定宏观的政策,避免过度微观干预,造成产业的无序发展。另外,还必须深化行业进入的市场化改革,为各投资主体建立充分竞争的环境,改变青睐国有企业和大型企业、排斥民营企业特别是中小型民营企业的状况,承认民营企业市场竞争主体地位,对所有企业一视同仁。
2.深化制度建设。建议我区尽快建立煤炭深加工行业的市场准入制度,以阻止资源转化率低、煤资源和水资源消耗大、二氧化碳排放不达标的企业进入。对于已有煤炭深加工企业,通过停产整顿和技术升级改造,来达到要求的标准。此外,国内尚未建立比较完善的工业行业发展的信息制度,建议借鉴国外经验,在我区建立煤炭深加工行业的信息制度,科学测度行业产能和产能利用率等方面的信息,并定期向社会。与此同时,还要关于政府调控取向的相关信息。
【关键词】煤化工产业;技术发展;现状;特点;发展路线
煤炭业一直是支撑我国国民经济发展的重要产业之一,煤化工也是最主要的能源利用形式。尤其在现如今全球石油资源短缺的情况下,我国作为一个煤炭大国,充分利用煤炭资源更是值得深入研究的重要课题。然而现如今我国的煤炭业发展存在着很大的弊端,煤化工产业技术相对较为落后,煤炭资源的利用率较低。为此,必须加强煤化工技术的改进与创新,在国家相关支持政策的基础上,实现新的煤化工产业时期。
1.我国煤化工现状
所谓煤化工,是指利用各种化学加工的形式将煤转化成气体、液体或者其他形式的固体产品,继而再进行深加工,使之成为一定的化工、能源产品。煤化工的技术方法主要有煤的气化、液化、干馏、以及焦油加工和电石乙炔化工等。目前我国的煤化工产业技术还远远落后于西方其他国家的技术水平,煤化工加工设备性能差,能力小,工艺水平也相对较低,所产出的煤化工产品种类较少,煤的使用效率低,这样不仅极大的浪费了能源资源,而且由于煤焦油等加工较为分散,还造成了严重的环境污染现象。另外,无烟煤或焦碳合成氨的能力占我国合成氨总能力的大部分,尽管总体合成氨数量较大,但由于技术水平有限,使得能源消耗也是非常大的。整体来讲,我国目前的煤化工现状是技术落后,设备陈旧,工艺水平低,效率不高,有污染。这些问题也是当前我国煤化工技术人员不断致力研究的重点问题。
就煤化工产业技术的改革与发展来讲,要解决上述几种问题,可以从传统的产品领域和能源替代品等两方面入手,进行分类发展。在传统产品领域来讲,要对与石油化工路线相比具有比较优势的煤化工的产品领域大力进行技术改造,并促使企业改制、改组,设法做强做大,增强国际竞争力。加大产品结构的调整力度:对与石油化工路线相比具有劣势的产品领域宜加速淘汰、关闭或转产;降低高能耗煤化工产品在行业的比重,收紧、缩减高能耗产品的出口;限制和淘汰一批能耗高,污染重的企业。在能源替代品方面来讲,这一部分是煤化工的潜在市场,市场前景广阔是发展的重点。以煤制油(直接液化、间接液化)。甲醇的主要潜在市场是作燃料:燃料甲醇(掺烧或全烧);甲醇转化为二甲醚(替代液化石油气和柴油)中型燃气轮机发电的燃料;燃料电池。
2.现代煤化工产业技术发展的方向
煤的气化可以最大程度的提高煤的利用率,且不会对环境造成污染,在能源资源紧缺,生态环境急剧恶化的新时代,最大限度的实现煤的气化是当前煤化工产业技术的主要发展趋势。另外,煤化工产业是一种技术密集型的产业,并且需要大量的资金投入,为此,建设高效益的经济运行模式体系也是现代煤化工产业发展的方向。现代煤化工的发展要坚持一体化、基地化、大型化、现代化和集约化,真正转变经济增长方式。
2.1坚持一体化
就是把大型煤化工装置和煤矿结合起来(当然亦可以采取煤—电—化一体化联产模式)。把煤气化装置建在矿上(或临近矿区),力求减少煤炭运耗及费用,实施资源优化配置,合理使用煤炭资源(按煤质资源优质优用,劣质劣用,各得其所)。只有形成煤化工与煤矿一体化的利益机制,才能减少日后的价格、运输和布局的风险。
2.2坚持基地化
化学工业内在的固有特性适宜于综合利用和深加工。基地是企业群体的集称。基地内集中布置相关企业,可以充分、高效、合理利用各种资源,提高资源配置效率和效益,发挥企业的集聚效应。总之,煤化工发展实施基地化布局最重要的目的是实施以市场为基础的高度资源优化配置,谋求集约化经营。
2.3坚持大型化、现代化
只有采用一流的技术、一流的设备、一流的管理,建设大型规模效益的装置才能形成一流的煤化工基地,谋求跨越式发展,具备国际竞争力。煤化工如不具备国际竞争力,则无法忍受国际油价波动,和经济全球化带来高度的市场竞争的冲击。
2.4坚持集约化
由于煤本身的固有的特性,要把从不清洁的能源转为清洁的化工原料,所经过的流程长、环节多、技术要求高、难度大,因而必然导致投资大。因此,应当坚持集约化,扩大生产规模,采用先进技术集中处理,提高设备性能,以整体降低资本投入。另外,还要充分利用国家相关优惠政策,采取优质且价格低廉的煤供应,提高节能降耗技术,从煤的采购到煤化工技术水平的提高,都注重集约化和成本低廉化,以降低投资,增大经济效益。
3.新型煤化工产业技术应当具备的特点
在石油资源短缺的今天,可以作为石油替代产品的煤化工产品就具有了广阔的发展前景。而这就要求煤化工产业技术要达到一定是水平才能实现石油产品的替代。为此,新型煤化工产业技术必须要具备以下几点特点,才能在新的经济发展形势和市场环境中立足脚步,快速发展。
3.1以清洁能源为主要产品
新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工产品为主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)、电力、热力等以及煤化工独具优势的特有化工产品,如芳香烃类产品。
3.2煤炭-能源化工一体化
新型煤化工是未来中国能源技术发展的战略方向,紧密依托于煤炭资源的开发,并与其它能源、化工技术结合,形成煤炭-能源化工一体化的新兴产业。
3.3高新技术及优化集成
新型煤化工根据煤种、煤质特点及目标产品不同,采用不同煤转化高新技术,并在能源梯级利用、产品结构方面对工艺优化集成,提高整体经济效益,如煤焦化-煤直接液化联产、煤焦化-煤气化合成联产、煤气化合成-电力联产、煤层气开发与化工利用、煤化工与矿物加工联产等。同时,新型煤化工可以通过信息技术的广泛利用,推动现代煤化工技术在高起点上迅速发展和产业化建设。
3.4建设大型企业和产业基地
新型煤化工发展将以建设大型企业为主,包括采用大型反应器和建设大型现代化单元工厂,如百万吨级以上的煤直接液化、煤间接液化工厂以及大型联产系统等。在建设大型企业的基础上,形成新型煤化工产业基地及基地群。每个产业基地包括若干不同的大型工厂,相近的几个基地组成基地群,成为国内新的重要能源产业。
3.5有效利用煤炭资源
新型煤化工注重煤的洁净、高效利用,如高硫煤或高活性低变质煤作化工原料煤,在一个工厂用不同的技术加工不同煤种并使各种技术得到集成和互补,使各种煤炭达到物尽其用,充分发挥煤种、煤质特点,实现不同质量煤炭资源的合理、有效利用。新型煤化工强化对副产煤气、合成尾气、煤气化及燃烧灰渣等废物和余能的利用。
3.6经济效益最大化
通过建设大型工厂,应用高新技术,发挥资源与价格优势,资源优化配置,技术优化集成,资源、能源的高效合理利用等措施,减少工程建设的资金投入,降低生产成本,提高综合经济效益。
拓展煤炭产业链的主要途径是发展煤化工,确定拓展煤炭产业链的发展方向对调整产业结构、实现煤炭矿区经济稳步健康发展具有十分积极的现实意义,但要注意的是拓展煤炭产业链并不意味着能从源头上解决资源短缺的问题,何况某些拓展项目属新兴的朝阳产业,其科技含量之高、投入资金之多、存在风险之大都是难以估量的,因此煤化工的发展之路并非一马平川。新型煤化工是一个技术与人才高度密集的现代产业,现在很多大型的新型煤化工技术尚处于初步试点阶段,要想真正实现大规模的工业化推广还有一段很长的路要走,这其中需要引入大量设计研发、生产施工、管理运营等相关的高素质专业人才,但我国从事煤化工生产及研发的工作人员多由石化行业或其他关联领域转行过来的,可以说现阶段制约煤化工现代化发展的主要因素之一便是高素质专业人才的不足。大型现代煤化工技术多是首次在大规模的工业化中应用,所以下列风险不可避免:技术在初步试点阶段虽然可行,但没经过实践长时的运行检验;当前煤化工中关于“三废”的处理技术尚不完善,距离真正实现“零排放”还有几步之遥;经济、技术等方面还没得到验证,因此要想完善技术必须进行深层次的集成优化与升级示范;投资强度大必然会造成部分投资者望而却步,总之要想新型煤化工的现代化发展一帆风顺,必须做好事先的经济风险评估。煤炭是我国的基础能源,煤气化是煤炭高效、清洁利用和转化的核心技术,是发展煤基化学品、IGCC发电、制氢等工业的基础。大规模气化技术的应用对引领煤化工行业的转型发展、促进我国化学工业可持续健康发展、保障国家能源安全具有重要意义,然而在一些产业链延伸项目在实施过程中仍存在较大的技术风险。
2新型煤化工技术问世
我国的芳烃年消费量超两千万吨,其为大宗基础有机化工原料,作为化纤、塑料等领域的关键生产原料成功覆盖了服装面料、航空航天、交通运输、装饰装修、电器产品、移动通讯等行业。市面上的芳烃有不小于97%都源于石油原料,而我国石油产能不足,40%的芳烃依赖国外进口,而由我国自主研发的煤制芳烃技术的成功问世成为了新型煤化工现代化发展之路上的一个里程碑突破,不仅有利于推动石化原料的多元化发展,也有利于应对市场快速增长的需求,对保障国家能源安全是有百利而无一害的。当前用煤炭资源代替石化生产原料成为新型煤化工现代化发展的重点方向,同时要求真正实现煤炭资源的“零排放”,这一点已被国家能源局写进了““十二五”科技发展规划。煤制芳烃技术以煤炭资源为主要生产原料,由煤气化、合成气制甲醇和甲醇制芳烃三大关键技术组成,其中国内外关于煤气化与合成气制甲醇的生产技术都已纯熟,唯有甲醇制芳烃这一生产技术还是白纸一张。而经由我国清华大学自主研发成功且当作催化剂的甲醇制芳烃和能够应用于大规模工业生产的流化床甲醇制芳烃填补了此项国际空白,对我国发展安全新能源具有重要的保障意义。经清华大学各位专家们数十年技术攻关而成功研发的流化床甲醇制芳烃在煤制芳烃技术领域里可谓具有划时代意义,其成套技术的创新性之强在技术领域的发展史中都是“前无古人后无来者”的且将同类技术远远地甩在了身后。流化床甲醇制芳烃成套技术的先进性表现在操作流化床装置时,虽然弹性较大,但是非常平稳、易于控制,其自动化与连续性非常高,甲醇不费吹灰之力便可全部转化成所需要的芳烃,同时还会产生大量的氢气,真正实现三废“零排放”、环境“零污染”。清华大学各位专家们在研发煤制芳烃技术的过程中始终坚持“绿色化学”的理念,煤基甲醇生产在经过脱硫、脱氮等程序后,生产处的芳烃必然是干净的、不含丝毫杂质的;甲醇转化成芳烃的过程中产生的大量氢气并非无用武之地,其可以回炉用来调整合成气的碳氢比;甲醇转化成芳烃的过程中产生的甲烷和乙烷可用作燃料或制氢原料,并且在下一道工序中还能再次转化为芳烃,可谓一举多得,真正实现了物尽其用、物尽其责,很大程度上推动了环境友好型城市的建设。当今社会科技是第一生产力,企业要想长期在竞争激烈的市场和煤化工领域中站稳脚跟、占据技术高地必须大力发展科技,不断突破创新。这就要求企业要积极研发煤制芳烃技术的延伸产业链,不断优化产业结构,形成企业与众不同的技术核心竞争力,继续探索被视为最符合中国国情的企业科技创新途径的产学研合作模式并发展运用这种模式,促进企业的科学、可持续、快速发展。因为谁能在新能源战略竞争中取得优势,谁就能在下一场产业革命中充当领跑者。需要强调的是,我国中西部地区的煤炭资源相对比较丰富,而研发煤制芳烃技术的延伸产业链势必会带动相关下游产业的发展,这不仅有利于实现东部地区共享中西部地区丰富的煤炭资源,还有利于促进中西部地区的经济又快又好的发展,对实现西部大开发具有十分重要的战略性与现实性。研发煤制芳烃技术作为实现新型煤化工的现代化发展的第一步,一定不能出丝毫差错,后续的很多相关工作都要稳扎稳打,坚决杜绝急于求成。
3结论
前言:在国际油价高位震荡的背景下,世界已进入能源和化工原料多元化的时代,不同国家或者地区应根据资源和经济发展的需求选择现实、优质的原料和技术。煤炭资源已成为我国能源的重要保障和支撑;煤化工的发展更是受到了煤资源国和有关科研机构的高度关注。煤炭煤炭是世界上储量最丰富的化石能源。在当前世界石油价格居高不下和倡导保护环境的情况下,发展煤化工特别是新型煤化工,调整我国的能源化工结构,就显得日益重要。
1.煤焦化
将煤隔绝空气加强热使其分解的过程,也称做煤的干馏。煤焦化产品主要有焦炭、煤焦油(苯、甲苯等)、焦炉气(氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳等)精氨水等。这些产品已广泛应用于化工、医药、染料、农药和炭素等行业。有些甚至是石油化学工业无法替代的,如吡啶喹啉类化合物和许多稠环化合物等。
2.煤气化
煤在高温条件下借助气化剂的化学作用将固体碳转化为可燃气体(气体混合物)的热化过程。用空气、水蒸气、二氧化碳作为气化剂。它们与煤中的碳发生非均相反应。此外,煤热分解出的气态产物如CO2、H2O及烃类等也能与赤热的碳发生均相反应。依气化法、气化条件及煤的性质不同,气化气的组成也不同。根据煤气发生炉内所进行的气体过程特点,可以将煤层自上而下地分为干燥带、干馏带、还原带、氢化带和灰层,在干燥带和干馏带中,煤受到高温炉气的加热而放出水分并挥发。剩下的焦炭在还原带和氧化带中进行氧化反应。煤经过气化后得到的是粗煤气,再经过净化和加工后,可以得到各种化学品。常用于煤气化的方式有:固定床常压气化气,鲁奇加压气化气、考伯斯一托茨气流床气化气(K-T)、德士古流床气化气(Texaco)、改良型温克勒流化床气化气等。
3.煤液化
所谓煤液化,是将煤中有机质转化为流质产物,其目的就是获得和利用液态的碳氢化合物来替代石油及其制品,包括直接液化技术和间接液化技术两部分,产品市场潜力巨大,工艺、工程技术集中度高,是中国新型煤化工技术和产业发展的重要方向。
4.煤的直接液化
煤的直接液化首先是德国科学家F.Bergius于1913年发明的。其原理是煤炭在溶剂作用和高温高压条件下,直接与气态氢发生反应,使煤的氢含量增加,最后转变为液体的过程。1927年德国燃料公司Pier等人开发了硫化钨和硫化铜催化剂,将液化过程分为糊相加氢和气相加氢两阶段进行,解决了工程化问题,建成了世界第一座工业化规模生产的煤直接液化企业,并陆续建设了20套煤直接液化装置。
5.煤的间接液化
煤的间接液化是德国皇家煤炭研究所的F.Ficher和H.Tropsch两个化学家于1923年首先提出的,所以又称为F.Ficher-H.Tropsch(简称为F-T)合成或者费托合成。其原理是以煤为原料先经气化制合成气(CO+H2),再以合成气为原料,在催化剂的作用下合成(F-T合成)液态烃类产品。受两次世界石油危机的影响,美国、德国、英国、日本和前苏联等国家重新重视煤炭直接液化的新技术开发工作,纷纷组织了一批科研开发机构及企业开展了大量的研究开发工作,相继开发了多种工艺。
6.煤间接液化的深加工
南非SASOL公司于20世纪50年代开始商业化生产,根据SASOBURY矿区煤为高挥发分、高灰分劣质煤,更适合于间接液化的实际,与鲁奇、鲁尔化学和凯洛克三家公司进行合作,不断取得煤气化(鲁奇炉),煤气净化(低温甲醇工艺)和合成(鲁尔化学固定床和凯洛克气流床)技术而陆续分别建成了三家煤间接液化工厂,成为世界上规模最大的以煤为原料生产合成油和化工产品的化工厂。随着C1化工的发展,间接液化后的产品范畴也在不断扩大,出现了由合成气—甲醇—汽油MTG技术、由合成气直接合成二甲醚和低碳烃燃料技术等煤化工发展新趋势。煤的间接液化通常分为三步:一是制取合成气。将经过适当处理的煤送入反应器,在一定温度下通过气化剂(空气或氧气+蒸气),使煤不完全燃烧,这样就能以一定的流动方式将煤转化为由一氧化碳和氢气混合的合成气,将形成残渣排出;二是进行催化反应,将合成气经过净化处理,在特定的催化剂作用下,让合成气发生化合反应,合成烃类或液态的烃类的类似石油和其他化工产品,三是对产物进行进一步的提质加工。由于经过催化反应出来的油品可能有很多指标不符合要求,如十六烷值含量、硫含量、水分以及黏度、酸度等,因此还要将产品进行进一步处理以使其达到合格标准,满足市场需要
7.新型煤化工
新型煤化工是以煤炭为基本原料(燃料),C1化工技术为基础,以国家经济发展和市场急需的产品为方向,采用高技术,优化工艺路线,充分注重环境友好,有良好经济效益的新型产业。它包括了煤炭液化(直接和间接),煤炭气化、煤焦、煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烃等技术,以及集煤转化、发电、冶金、建材等工艺为一体的煤化联产和洁净煤技术。其中煤炭焦化、煤气化-合成氨-化肥已经是我国主要的煤化工产业,随着科学技术的快速发展和市场的巨大需求,煤炭焦化、煤气化-甲醇、煤制油、烯烃及下游化工产品也得到了快速发展。新型煤化工实际上是建立在传统煤化工基础上的,与传统煤化工密不可分。其特点如下。
(1)以清洁能源为主要产品。新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工产品为主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)、电力、热力等以及煤化工独具优势的特有化工产品,如芳香烃类产品。
(2)煤炭-能源化工一体化。新型煤化工是未来中国能源技术发展的战略方向,紧密依托于煤炭资源的开发,并与其它能源、化工技术结合,形成煤炭-能源化工一体化的新兴产业。
(3)高新技术及优化集成。新型煤化工根据煤种、煤质特点及目标产品不同,采用不同煤转化高新技术,并在能源梯级利用、产品结构方面对工艺优化集成,提高整体经济效益,如煤焦化-煤直接液化联产、煤焦化-煤气化合成联产、煤气化合成-电力联产、煤层气开发与化工利用、煤化工与矿物加工联产等。同时,新型煤化工可以通过信息技术的广泛利用,推动现代煤化工技术在高起点上迅速发展和产业化建设。
(4)建设大型企业和产业基地。新型煤化工发展将以建设大型企业为主,包括采用大型反应器和建设大型现代化单元工厂,如百万吨级以上的煤直接液化、煤间接液化工厂以及大型联产系统等。在建设大型企业的基础上,形成新型煤化工产业基地及基地群。每个产业基地包括若干不同的大型工厂,相近的几个基地组成基地群,成为国内新的重要能源产业。
(5)有效利用煤炭资源。新型煤化工注重煤的洁净、高效利用,如高硫煤或高活性低变质煤作化工原料煤,在一个工厂用不同的技术加工不同煤种并使各种技术得到集成和互补,使各种煤炭达到物__尽其用,充分发挥煤种、煤质特点,实现不同质量煤炭资源的合理、有效利用。新型煤化工强化对副产煤气、合成尾气、煤气化及燃烧灰渣等废物和余能的利用。
(6)经济效益最大化。通过建设大型工厂,应用高新技术,发挥资源与价格优势,资源优化配置,技术优化集成,资源、能源的高效合理利用等措施,减少工程建设的资金投入,降低生产成本,提高综合经济效益。
(7)环境友好。通过资源的充分利用及污染的集中治理,达到减少污染物排放,实现环境友好。
(8)人力资源得到发挥。通过新型煤化工产业建设,带动煤炭开采业及其加工业、运输业、建筑业、装备制造业、服务业等发展,扩大就业,充分发挥我国人力资源丰富的优势。
8.当前新型煤化工技术开发有以下几个热点:
(1)煤气化制甲基叔丁基醚:采用多组分催化剂,可从合成气制含60%异丁醇和40%甲醇的混合物,异丁醇脱水成异丁烯,从而可完成由合成气直接制取甲基叔丁基醚,这是一条很值得重视的由天然气和煤为原料制取高辛烷值添加剂的技术路线。
(2)以煤为原料生产甲醇及多种化工产品。甲醇作为一种重要的基础化工原料,通过羰基化可进一步制取醋酸、醋酸酐、甲酸甲酯、甲酸、草酸等重要的化工产品。另外还可以用于甲醇汽油(掺烧或者全烧),甲醇转化为甲醚替代液化石油气和柴油或制造燃料电池等等。因此,作为可替代石油化工产品的甲醇下游产品是未来大规模发展甲醇生产提高市场竞争力的重要方向。
(3)以煤为原料合成低碳烃类。甲醇裂解制烯烃(MTO)技术由DOP和NOSRKHYDRO公司联合开发。鲁奇公司(LURGI)研制的甲醇制丙烯(MTP)技术,已经在工业化设计中,准备进行商业化生产。
[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
[1] 浅析我国煤化工产业发展规划的科学制定[J].甘建平.陕西煤炭.2014(01).
关键词:煤化工企业 工业污水 治理
前言
煤化工是我国化学工业的重要组成部分。煤化工科学发展的途径就是以科学发展观为指导,以改革开放为动力,以可持续发展为基石,以提高科技创新能力为手段,以市场为导向,统筹考虑我国煤炭、石油、天然气、煤层气、焦炉气等化石资源以及可再生资源的科学合理、高效利用方向,使我国形成石油化工与煤化工相结合、具有各自优势的产品领域,相辅相成,在整体上形成符合我国国情,科学合理的原料结构、产品结构、技术结构和企业结构,增强国际竞争力,加速推进化学工业现代化。煤化工是资源消耗型行业,传统的煤化工是高能耗、高排放和高污染的行业。发展现代煤化工要以节能降耗、减排治污为突破口转变发展方式,进行战略性结构调整,努力提高可持续发展能力,把煤化工建设成为资源节约型、环境友好型行业。采取以环境和资源可承受能力为基础的高效率、低能耗、低污染、低排放的经济发展方式,是现代煤化工惟一可接受的可持续发展道路。资源和环境的承载能力是煤化工发展的制约因素。可以说,煤化工环保问题,归根到底是发展方式问题。要解决煤化工的环保问题,首先要解决工业生产中污水排放治理的问题,所以做到工业污水零排放是煤化工企业追求的目标。
1 煤化工废水的基本特点
煤化工企业排放废水以高浓度煤气洗涤废水为主,含有大量酚、氰化物、油、氨氮等有毒、有害物质。废水中COD一般在5000mg/l左右、氨氮在200~500mg/l,废水所含有机污染物包括酚类、多环芳香族化合物及含氮、氧、硫的杂环化合物等,是一种典型的含有难降解的有机化合物的工业废水。废水中的易降解有机物主要是酚类化合物和苯类化合物;砒咯、萘、呋喃、眯唑类属于可降解类有机物;难降解的有机物主要有砒啶、咔唑、联苯、三联苯等。
2煤化工废水的处理方法
2.1 预处理
预处理常用的方法:隔油、气浮等。 因过多的油类会影响后续生化处理的效果,气浮法在煤化工废水预处理中的作用是除去其中的油类并回收再利用,此外对后续的生化处理还起到预曝气的作用。
2.2 生化处理
对于预处理后的煤化工废水,一般采用缺氧-好氧生物法处理(A/O工艺或A2/O工艺),但由于煤化工废水中的多环和杂环类化合物,好氧生物法处理后出水中的COD和氨氮指标难以稳定达标。因此,近年来出现了一些新的生物处理技术,如生物炭法(PACT)、生物流化床处理法(PAM)等。
2.3 深度处理
煤化工废水经生化处理后,出水的COD、氨氮等浓度虽有极大的下降,但由于难降解有机物的存在使得出水的COD、色度等指标仍未达到排放标准。因此,生化处理后的出水仍需进一步的处理。深度处理的方法主要有混凝沉淀、固定化生物技术、吸附法催化氧化法及反渗透等膜处理技术。
2.4 混凝沉淀
混凝沉淀法是在生产中通常加入混凝剂如铝盐、铁盐、聚铝、聚铁和聚丙烯酰胺等来强化沉淀效果调节好适当的pH值,使废水中的悬浮物质在混凝剂的作用下聚集进而在重力作用下下沉,以达到固液分离的过程。其目的是除去悬浮的有机物。该方法可有效降低废水中的浊度
2.5 吸附法
由于固体表面有吸附水中溶质及胶质的能力,当废水通过比表面积很大的固体颗粒时,水中的污染物被吸附到固体颗粒(吸附剂)上,从而去除污染物质。该方法可取得较好的效果,但存在吸附剂用量大,费用高产生二次污染等问题,一般应用于出水处。
2.6 高级氧化技术
由于煤化工废水中的有机物复杂多样,其中酚类、多环芳烃、含氮有机物等难降解的有机物占多数,这些难降解有机物的存在严重影响了后续生化处理的效果。高级氧化技术是在废水中产生大量的自由基HO.,自由基能够无选择性地将废水中的有机污染物降解为二氧化碳和水。高级氧化技术可以分为均相催化氧化法、光催化氧化法、多相湿式催化氧化法以及其他催化氧化法。
3 先进技术在煤化工企业废水治理中的应用及效果
焦化废水一直是工业废水处理上的一道难题,这是由于焦化废水中含有较高的COD、酚、氰、氨、氮等物质元素,属于有毒有害、难降解的高浓度有机废水。按照行业惯例,煤化工行业很难实现工业废水零排放。有些企业提出采用“减量化、再利用、资源化”的循环经济模式,高起点打造绿色环保煤化工园区。为此,实现工业废水的综合利用,成为中润需要破解的第一道难题。针对焦化废水中硬度、有机物、含盐量较高的特点,我们公司研究采用了目前世界先进的“连续微滤+反渗透”双膜技术,对废水进行物化处理。经过反复试验,又将污水处理技术延伸到“超滤+纳滤”双膜法处理,成功突破了技术难关。
“通过污水深度处理系统,最终实现了水资源的综合利用,每年减少外购新鲜水量约252万吨。”,该项目在处理工业焦化废水上具备国内领先水平,还申请了国家专利。同时,不断引进国内外先进技术和生产工艺,通过大力推进上下游产业一体化、上下游产品链式联接及延伸、副产品回收复用和蒸汽、水资源的梯级利用,形成了资源互利互用、产业链条循环闭合的园区循环发展的绿色煤化工产业格局。一系列具有国际领先水平的节能减排自主创新项目、工艺、技术在这里得到应用。
4总结
我国贫油、少气、多煤的能源结构决定了现阶段煤仍然是我国的主要能源形式,煤化工业可从煤中提取多种产品,这大大提高了煤的综合利用价值,而相关废水工艺技术的使用是煤化工产业走上循环经济道路必要保障手段,使该产业与生态环境实现共赢。
参考文献
[1] 查传正等.煤化工生产废水处理工程实例[J].化工矿物与加工,2006,(3).
[2] 刘丽娟等.煤化工精馏废水预处理方法研究[J].天津化工,2007,(3).
[3] 丁士兵.煤化工废水治理技术探讨[D].2008年全国石油石化企业节能减排技术交流会论文集,2008.
[4] 江铁男等.煤化工技术的发展与环保[J].黑龙江环境通报,2001,(1).
关键词:能源国 煤化工项目 分析探讨
中图分类号:F426 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)09(b)-0086-01
煤化工相对于电力、冶金、石油化工等的建设和生产要复杂得多,所以,要成功建设大型煤化工项目,需要做好多方面准备。笔者根据近十年化工建设和生产的经历、经验,提出几点想法,希望能为煤化工项目健康开展有所裨益。
1 了解煤化工
1.1 什么是煤化工
煤化工是指以煤为原料,经物理、化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。主要包括煤气化、煤焦化、煤液化、煤干馏和电石乙炔化工等。目前在业内引起关注的煤化工,主要是指煤制油、煤制烯烃、煤制醇醚类和煤制天然气等的新型现代煤化工,像煤焦化、电石乙炔化工制氯碱以及通过合成氨制尿素等属于传统煤化工。
1.2 新型煤化工的主要特点
(1)技术含量高。需要根据不同的煤质和下游产品,选择合适的煤气化技术。(2)注重煤的洁净气化、较高的综合利用效率,减少环境污染,实现环境友好。(3)大型化,以甲醇装置为例,现在国家规定新建煤制甲醇装置建设规模须在年产100万吨以上,目前在建的单系列煤制甲醇装置生产规模均在30~60万吨/年以上。(4)投资较高,一个新型煤化工项目动辄需要投资数十亿乃至数百亿元人民币。(5)项目建设周期长,正常情况下需要2~3年的建设期,有较大风险较大。
1.3 正确认识煤化工
煤化工是化工工艺技术含量高,人员素质要求高,设备材质加工精度高的行业,所以,正确认识煤化工,充分了解其难度,做好扎实的前期准备工作,才能搞好煤化工。
2 如何开展项目建设
2.1 人员配置
在煤化工项目团队建设上,一定要配置具有专业化工经验的高管层和中层管理层及一定数量的熟练工。(1)先成立项目前期准备小组,同时兼顾向生产经营管理,实施工程建设与生产准备一体化管理。(2)选择一个能够负责任、懂化工、能用人、敢用人、会管理的项目负责人,这个人要以项目建设为根本出发点,成立一个团结、和谐的管理队伍。(3)中层管理者一定要从从事过管理的人中间挑选,重点从有过相同、相近煤化工装置工程建设、开车、生产经验的人员中选拔,其中生产经验尤为重要。(4)招熟练工时要招有相同或相近实践经验的人员,不要唯学历而定,化工经验比学历重要得多。(5)对内调人员和外聘人员给予同样的信任,真正做到一家人、一个目标、同做一件事。切忌内外有别,要尊重专业技术人员的意见,让专业的人做专业的事,不要让外聘人员总感到自己是一个外人,只是一个承担责任、但没有决策权、参与权、建议权的人。(6)组织尽可能扁平化,做到顺畅沟通、有效激励,让更多的人感觉到在为企业做贡献上有成就感。(7)要明确、落实团队内各部门、各专业的职责权,充分体现责、权、利的高度统一,在责、权、利的高度统一的前提下发扬团队精神,相互配合。
2.2 如何经行技术选择
煤化工技术复杂度高,应注意煤种与煤气化技术的匹配度,同时要和下游产品有机的结合,然后选择煤气净化技术、目标产品技术,这样才能建设一个技术上可行、经济上合理、环境上友好的的煤化工项目。(1)技术的选择既要贯彻节省和循环经济的原则,又要选择技术先进、运行稳定,实际操作经验积累丰富的工艺,从而保证装置长周期稳定运行、安全生产和环境友好。(2)先确定煤种,然后通过充分的技术考察和技术交流,根据煤种特征和目标产品要求选择适合的煤气化技术。(3)进行技术考察和技术交流时,项目负责人、管理人员和专业技术人员等有关方面的人员参加,以便充分了解其工艺的优缺点。(4)专利商和设计院的意见往往带有片面性,最终采用什么技术还需要项目团队内部在充分论证的基础上决定,应尽量避免仓促决策。
2.3 工程建设的建议
(1)首先确定合适的工期,不能蛮干、快干,避免“萝卜快了不洗泥”,不能保证工程质量。其次要科学管理,不能把项目做成政治工程,更不能上面拍脑袋,下面拍胸脯。最后要配备有各专业的人才,合理分工,不能一人兼多职。(2)工程建设的进度和质量应成为业主关注的焦点,必须是保证质量下的进度,质量控制程序上不能漏项。(3)工程建设期间,设计院能否及时提供图纸,是影响工程进度的关键因素,所以必须要和设计院进度沟通,签订供图协议并派专人常驻设计院,这样基本能保证设计的出图满足施工需要。(4)工程建设期间,大型长周期设备、特种进口阀门、仪表的到场时间,也是制约工程进度的主要原因,所以大型长周期设备、特种进口阀门、仪表必须及早订货,并且选择信用度较高的企业,还要派专业人员现场监造。(5)现场施工时,公用工程如全厂地下管网、管廊、变电所及外部配套工程必须提前开始,早日完工,以保证后期单机试车工作的进行。(6)水系统、热电系统要争取早日开工,其他装置要配合施工,力争做到各装置试车时的顺利进行。(7)EPC(设计采购施工总承包)模式是近年来工程建设新兴模式,业主可根据自身的情况进行选择。EPC(设计采购施工总承包)模式对化工建设经验较少的业主是一项不错的选择,既可以保证施工质量,也可以保证施工周期。
2.4 生产准备
(1)化工建设项目的生产准备工作要提早开展,工程建设和生产准备同步进行,二者缺一不可。(2)生产准备要做到管理人员到位、各专业技术人员到位、操作人员(熟练工和学生)到位、检、维修人员到位。(3)人员准备。新招聘的操作人员必须在相同或相近的化工厂8到12月的培训,必须由相关专业技术人员带队,进行劳动纪律培训、安全培训、基础化工理论培训、专业知识培训等,在达到应有的专业技术水平后方可上岗,千万不要拿自己的装置来培训、练兵。(4)技术准备。各专业技术人员要根据本公司的工艺,提前编制操作规程,各种试车、开车方案,批准后要下发学习,保证每个员工都能理解并掌握,为以后的试车做好准备。(5)安全准备。化工是一个高危行业,必须的安全培训是不可缺少的,不仅要培养员工的安全意识,还要进行实际演练,真正做到人人懂安全,从而做到本质安全。(6)实际经验的培养,开车人员要提前介入工程项目,参与到货设备检查验收,了解其结构,参与工程安装监督,对照PID熟悉现场,做到熟悉现场的每条管线,每个阀门、仪表的位置[1]。
3 结语
煤化工项目建设、运行是一项复杂的工程,只有每项工作做到位,才能建设一个稳定运行、达产达标的现代化新型煤化工企业。