煤化工产业节能减排技术的创新及应用

王秀国，马磊，杨丽霞

（兖矿集团煤化分公司，山东 邹城 273500）

煤化工产业节能减排技术的创新及应用

王秀国，马磊，杨丽霞

（兖矿集团煤化分公司，山东 邹城 273500）

清洁煤利用是煤化工产业发展的最佳途径，其必须在确保完成政府及环保部门下达的节能减排目标的基础上才能发展，才能实现煤炭的清洁综合利用。以煤化工产业中的大型企业山东兖矿集团为例，介绍了该企业在生产过程中的节能减排技术创新、技术应用等有益探索及显著成效。

煤化工;节能减排;技术创新

近年来，我国各级政府都把节能减排工作摆到产业发展的优先位置，对此制定实施了一系列政策法规，并在“十一五”和“十二五”时期的有关发展规划中明确提出将“节能减排指标作为约束性指标”。特别是党的十八届三中全会，对节能减排工作提出了更高的要求，十八届三中全会《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》中指出:“完善污染物排放许可制，实行企事业单位污染物排放总量控制制度。对造成生态环境损害的责任者严格实行赔偿制度，依法追究刑事责任”。煤化工企业应认真履行肩负的政治和社会责任，把节能减排作为企业长远发展的战略举措，与安全发展和生产经营摆在同等重要的位置，坚持常抓不懈。落实节能减排的责任一是要坚持技术创新，通过技术创新提高节能和减排的力度；二是要抓好节能减排技术的实际应用，把技术成果转化成为企业的经济效益和社会效益。

1 坚持节能减排技术的创新，是实现节能减排目标的根本途径

煤化工产业在发展中，应注重自主知识产权核心技术的研发，建立以现有企业为依托的技术研发体系，大力培育煤化工核心技术。如煤化工产业中的大型企业山东兖矿煤化工分公司，先后完成了“新型水煤浆气化技术”等3项国家“863”计划课题研发任务，成功开发出水煤浆气化、低温费托合成煤制油、高温费托合成煤制油等10多项具有自主知识产权的核心技术。自主研发的煤炭间接液化技术中试成功，获得18项中国专利，达到国内领先、国际先进水平。新型气化炉技术先后向9家企业实施技术许可，获得技术转让收入2.58亿元。

高效回收利用甲醇生产排放的CO2做到CO2零排放。兖矿国泰化工有限公司20万t/a醋酸项目生产工艺采用国内有自主知识产权的“甲醇低压羰基合成醋酸技术”。生产原料为甲醇和CO气体。CO气体是该公司生产甲醇过程中产生的CO2与焦炭发生还原反应后生成的。CO2收集主要由以下两个途径：1）甲醇生产过程中应排放的CO2气体约4500m3/h；2）CO车间产生的CO2气体约2300m3/h。应排放的CO2全部被回收。在生产不正常期间，外购部分CO2。

CO2还原生产CO工艺流程见图1。

图1 CO2还原生产CO工艺流程

按照鲁南化工国泰公司2007年全年生产醋酸21.6万t计算，该企业2007年有效回收利用CO2气体约10万t，CO2有效利用率在90%以上。2008年经过扩产改造醋酸产量已经达到30万t/a，可利用CO2气体约14万t。

2 利用先进的空气净化手段实现废气的综合利用

利用净化脱除二氧化碳气生产尿素产品。兖矿鲁南化肥厂现有新、老三套尿素生产系统。

第一套尿素系统采用传统的间歇性造气生产半水煤气，净化采用复合热钾碱法脱除CO2，用合成气制取合成氨，脱除的CO2与液氨生产尿素。该系统采用无烟煤制气，其固定碳含量平均可达75%，在制气过程中碳转化为CO和CO2，CO再变换为CO2和H2，CO2在脱碳工序中被分离出来作为生产尿素的原料。吨尿素耗煤754kg，吨尿素耗CO2733kg，其中元素碳消耗为199.9kg，无烟煤中大约35.3%的碳元素被固定在尿素当中。老系统合成氨与尿素流程简图见图2，新系统流程简图见图3。

第二套尿素系统采用德士古水煤浆加压气化生产水煤气，净化采用NHD脱硫、脱碳技术，用合成气制合成氨，脱除的CO2与液氨生产尿素。

图2 流程简图

图3 新系统流程简图

第三套尿素系统采用的是新型（多喷嘴对置式）气化炉技术，净化采用NHD脱硫、脱碳技术，用合成气制合成氨，采用二氧化碳气提工艺生产尿素。这两套系统采用烟煤气流化床气化制合成气，原料煤中固定碳含量平均为50%，在气化过程中碳转化为CO和CO2，CO再变换为CO2和H2，CO2在脱碳工序中被分离出来做为生产尿素的原料。吨尿素耗煤783kg，吨尿素耗CO2733kg，其中元素碳消耗为199.9kg，无烟煤中大约有51%的碳元素被固定在尿素当中。

目前，该厂三套尿素生产装置总生产能力可达年产80万t，通过计算可得到消耗CO2量：80×44÷60=58.67万t。

3 推广煤化工多联产IGCC洁净煤发电技术，减少CO2排放

兖矿国泰化工有限公司在煤气化发电与甲醇联产系统中，实现了IGCC（整体煤气联合循环发电系统）与甲醇生产系统的有机整合，整个联产系统的总能利用效率达57%。该系统中IGCC的供电效率折算约为39.5%，大大高于常规火电30%的发电效率。同时燃气轮机的燃料气中掺烧近20%的甲醇释放气，单位发电CO2的排放量减少了近30%。该系统流程在内部直接脱硫、除尘、分离CO2，回收单质硫，通过提高效率减排CO2，捕集的CO2的90%用于生产醋酸实现CO2利用。按照国泰公司2007年燃气轮机发电量6万kW·h计算，CO2年减排量约为11.7万t（参照CDM基准线华北地区电网的排放系数为0.9066kgCO2/kW·h）。

实测主要技术指标达到：满负荷时，串并联系统比并联分产系统总能利用效率提高3.14%，甲醇生产能力提高20%以上；联产后煤气化发电比同等容量IGCC电站供电效率高6%。兖矿国泰IGCC发电与同规模常规蒸汽轮机电站供电煤耗和污染物排放比较见表1。表2为煤制甲醇集成IGCC与煤制甲醇配常规蒸汽轮机自备电站的能耗和污染物排放比较。

该煤气化联合循环联产甲醇项目，是我国近30年来第一个应用实例。以煤气化为基础的联产是新一代洁净煤技术，国际上研究了10余年，该项目也是世界上第一个应用成功的实例。

（1）大力实施循环经济建设

该企业累计投资23.09亿元，建设了装机总容量527MW的9座煤泥、煤矸石等低热值电厂，取消锅炉38台（364蒸吨），形成以发电为龙头，热、电、气联供，污水处理、余热养殖、建材生产并举的综合利用产业链。同时推广新型锅炉燃煤添加剂，锅炉节煤率提高15%，有效降低了锅炉烟尘及SO2排放。

表1 IGCC与常规电站供电煤耗及污染物排放比较

表2 煤制甲醇集成IGCC与煤制甲醇配常规自备蒸汽轮机电站的能耗及污染物排放比较

（2）利用干熄焦锅炉产生蒸汽发电，减少CO2排放

山东兖矿国际焦化有限公司是一个年生产200万t焦炭、20万t甲醇和10万t焦油的大型焦化企业。采用干法熄焦，并利用干熄焦过程所产生的余热进行发电（流程见图4）。

该发电站安装德国ABB公司生产的GBA0-1120-LD型机组一台，额定输出功率为31.44MW，保守起见，功率因子按0.8计算，年运行时间按照7200h计算，厂自用电率按照9%计算，则发电机组正产运行年发电量为164,796MW·h。

由于该项目的建成发电量将取代华北电网的同等电量，而华北电网主要是以燃煤为主的燃煤电厂，因而可以减少华北电网中燃煤发电的温室气体排放。按照国家发改委最新公布的电网基准公布因子，该项目可取代燃煤发电所产生的温室气体排放量11万tCO2。

图4 干熄焦流程图

4 利用先进的设备替代传统的设备，提高运行效率

先进的循环流化床锅炉替代传统锅炉，提高了锅炉效率，从而可减少CO2排放。兖矿鲁南化肥厂现有的循环流化床与传统锅炉（链条炉）相比，循环流化床锅炉效率要提高10%以上。其原因分析如下：1）采用低温动力控制燃烧；2）高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程；3）高强度的热量、质量和动量传递过程；4）采用流化方式，煤进入炉膛后，受热发生裂变、粉碎，颗粒逐渐变小。因流化原因，炉膛中间气流、煤灰颗粒上升，四周颗粒下降，加剧了与水冷壁的交换；5）循环流化床锅炉采用膜式水冷壁全密封，热交换强烈，散热小。按照目前鲁化循环流化床锅炉蒸气量进行折算，与普通锅炉比较，CO2减排量为9.39万t（435t/h×0.16 t煤/t蒸汽×0.75×10%×7200h×2.5= 9.396万t。其中0.16为蒸汽耗煤系数；0.75为锅炉煤折标煤量；2.5为CO2折标准煤系数）。综上，鲁化每年CO2回收利用及减排量约68.50万t。

按照兖矿国泰化工有限公司循环流化床锅炉的蒸气量进行折算，与普通锅炉比较，CO2减排量为11.23万t（520t/h×0.16t煤/t蒸气×0.75×10%×7200h×2.5= 11.23万t。其中0.16为蒸汽耗煤系数；0.75为锅炉煤折标煤量；2.5为CO2折标准煤系数）。

兖矿国宏化工有限责任公司、兖矿峄山化工有限公司和山东兖矿国际焦化有限公司按照以上标准折算后的CO2总减排量为11.56万t。

优化脱硫脱碳工艺减少二氧化硫排放。该集团针对高硫煤特点，对耐硫变换工艺、NHD脱硫脱碳工艺等进行了优化，使得变换后的气体经冷却分离后进入NHD脱硫，脱硫后气体中的H2S≤10mg/Nm3，经干法脱硫后，总硫含量降至＜ 1ppm，脱硫后的气体直接进入NHD脱碳，将气体中的CO2降至≤0.2%。脱碳后的气体经气体精制系统，根据不同的产品，选择不同的精制单元。精脱硫将总硫控制在0.1ppm以内，基本实现了硫的零排放。脱除的硫由过克劳斯硫回收装置回收，回收率＞99.6%，增加了硫磺回收量，提高了硫磺资源回收率。兖矿煤化工项目每年可回收7万t硫磺。

5 坚持废水治理并实现回用，发展循环经济

（1）采用先进的污水治理技术，实现减排

兖矿集团煤化工企业均位于山东省南水北调沿线保护区内，排放指标要求高（水污染综合排放标准为COD60mg/L、氨氮15mg/L）。为确保达标排放，兖矿投巨资建成了全国化肥行业规模最大、工艺最先进的污水处理厂（A/O+接触氧化+反渗透工艺、二段A/O+曝气生物滤池工艺），实现了污水最大限度地重复利用，提高了煤化工企业的水资源利用效率。目前各企业COD平均排放24mg/L、氨氮1.8mg/L，远远低于山东省排放要求。

（2）提高中水综合利用水平

在严格污水达标排放的基础上，加大投资力度，大力实施矿区矿井水、生活污水深度处理和回用工程。2011年该集团投入2.27亿元用于污水资源化和再利用工程，当年矿井水、化工生产污水和生活污水的回用率分别达到90%和60%，减少了地下取水306万m3。

通过采用先进的洁净煤气化技术、多联产工艺、洁净煤发电、烟气脱硫、污水处理等技术，兖矿现有生产企业每年可以回收利用CO2109.34万t，减少CO2排放54.89万t，回收硫磺7万t，90%生产污水回用，从而减少了SO2、温室气体、化工废水排放，维护了生态环境，为实现煤炭资源型区域可持续发展，促进地方经济稳定发展创造了条件。

Innovation and Application on Industry Energy Saving & Emission Reduction Technology in Coal and Chemical Industries

WANG Xiu-guo, MA Lei, YANG Li-xia

X784

A

1006-5377（2014）04-0020-04