煤炭分质转化利用的节能减排分析

王军

摘要：煤炭分质转化是一种先进的煤炭转化利用的创新模式，本文简述了煤炭分质转化利用实现节能减排的途径，针对现阶段工业生产资源消耗过大和环境污染较重的现状，分别对煤炭分质转化利用具有的节能性与减排环保性进行深入分析研究，为煤炭资源清洁利用的进一步推行提供参考依据。

关键词：煤炭分质转化;利用;节能减排

1煤炭分质转化利用节能性分析

1.1提高资源利用率，实现过程节能减排

基于低温热解的煤炭分质转化利用相较于煤炭通过直接气化合成转化利用有更好的节能效果，可实现过程节能。以煤炭低温热解为龙头的分质转化路线比以煤炭气化为龙头的转化路线具有耗能低的优势，可以在转化过程中节约能源。前者是根据煤炭复杂的化学结构和理化性质特点，在中低温、常压条件下，利用较少的能量，将组成煤炭的不同成分分离为气、固、液三组，然后再对各组分类区别转化利用;后者是在高温高压条件下，利用大量的能量，将组成煤炭的大分子切割成 CO、H2、CH4 、CO2等小分子，之后再施以能量，将其重新组合成较大分子量的产品。所以煤炭分质转化利用比煤炭直接气化合成其他C1化工产品能源转化率和C转化率都要高。

1.2 系统优化，实现节能

通过对项目整体系统优化，对不同物料实施分质转化利用，达到热能均衡、余热最大限度利用和废能回收的目的。通过项目统筹优化布局，对物料进行分质利用，实现热能平衡、余热梯级利用、废能互用。例如：对煤焦油加氢后的产物进行分质利用，利用产物中的石脑油，采用石脑油与甲醇耦合催化裂解制低碳烯烃技术，实现低能耗的烯烃生产。石脑油催化裂解制低碳烯烃反应温度在600℃～700℃下进行，比需要在800℃～920℃下进行的石脑油蒸汽热裂解制烯烃反应有所进步，但仍然是一个高耗能的强吸热反应工艺过程。甲醇裂解制低碳烯烃（MTO）过程中，甲醇在催化剂作用下首先进行强放热脱水反应。将强吸热过程的石脑油裂解反应和强放热甲醇脱水反应进行热量和反应途径的耦合，减少了此过程中所释放热能在热量转移中的热交换损失，可在保证低碳烯烃收率的前提下，充分利用该反应热，减少生产过程中的能量消耗。

1.3 调整产业结构，实现节能

集约化生产是实现节能的一个重要手段。过去煤热解企业产生的焦炉煤气基本全部外排，造成能源资源浪费。分质转化的一个重要实施途径就是调结构、上规模、淘汰落后产能，选择节能、环保的先进技术，建设符合区域环境要求、行业准入条件及行业清洁生产标准的大型煤化工项目，组成一个大型、完整的逐级分质转化利用产业链，通过规模化生产来实现能源资源及过程产物的集中高效利用。

2煤炭分质转化利用环保性分析

2.1 产业结构调整

以往生产规模较小、工艺相对落后，无法对副产物进行最大限度的利用。一般情况下，除了热解炉本身利用一定量焦炉气以外，其他均直接外排，造成浪费。而且无污水处理设施，焦油的实际回收率也很低，若不对污染物进行处理和回收利用，将造成较为严重的环境污染。根据国家提出的准入条件，实行结构调整、增大规模与集约化生产的战略，以形成将分质利用作为核心的产业链，对各种类型的废弃物进行回收利用，从而实现从粗放经营向集约化转变。集约化生产是实现节能的一个重要手段。过去煤热解企业产生的焦炉煤气基本全部外排，造成能源资源浪费。分质转化的一个重要实施途径就是调结构、上规模、淘汰落后产能，通过整合小兰炭企业，选择节能、环保的先进技术，建设符合区域环境要求、行业准入条件及行业清洁生产标准的大型煤化工项目，组成一个大型、完整的逐级分质转化利用产业链，通过规模化生产来实现能源资源及过程产物的集中高效利用。

2.2 基于分质提质的环保减排

对无烟煤而言，它是一种有较高煤化程度的新型煤，具有密度大、无黏结、热量高、无烟等特点，但其他的烟煤与褐煤等，其不仅热量相对较低，而且会对环境造成严重污染。将烟煤作为主要燃料，其生产等量产物的污染远高于无烟煤。为此，对烟煤实施低温热解，收集并利用所有挥发性成分，以替代无烟煤，将其作为主要燃料替代无烟煤能从根本上解决烟煤利用的环境污染问题。

2.3采用先进工艺设备的减排效果

低碳经济以“低能耗、低污染、低排放”为特征，以低碳技术为核心。不同的煤炭转化技术对环境的影响不同，工艺和装备的科学选择也是实现减排的有效手段。在分质转化模式下，优化石脑油、甲醇耦合制烯烃工艺、将废水用于配制水煤浆进行气化都可以有效减排。分质转化除了合理构建产品产业链，使废弃物资源化利用减少排放外，在工艺、装备选择上，既考虑煤种适应性、分质后各类产品的质量性能、下游延伸方向、目标产物，又兼顾项目建设区域的资源、能源、生态环境承载能力等因素，注重生产过程废弃物的减量化、资源化、再利用和污染物控制，在注重提高生产效率的同时，注重提高煤炭资源利用率，通过实现经济最优化实现清洁生产，促进低碳经济的发展。

2.4 采用废弃物资源化措施后的减排效果分析

煤炭分质转化利用还强调废弃物资源化，若废弃物实现资源化，能直接减少其排放，实现减排目标，这些废弃物包括生产副产物。以某地区为例，其在完成规划后，近73亿m 3/a 的焦炉煤气几乎得到全部利用，发挥出极好的减排效果。电石法 PVC 是分质延伸加工的重要途径，在该项目建成以后，平均一年可以生产出近180万吨的电石渣与近30万吨的粉煤灰，表现出良好的经济效益和环境效益。

2.5 减少二氧化碳的排放

煤层气化后所得合成气氢碳比在0.8左右，碳多于氢，进行煤制甲醇时，需将一氧化碳转为氢气，一氧化碳变换转化在60% 左右，主要是对二氧化碳进行脱除，最终实现氢碳比有效调整。甲醇生产时最佳氢碳比需要达到2.05，如果只采用天然气或煤中的一种原料就无法达到所需的氢碳比。因此，通过煤炭分质转化路线对原料组成进行优化，实现煤气互补达到碳氢平衡的目标，在增加产量的同时，减少二氧化碳排放，以实现减排。

3 结束语

对煤炭分质转化而言，它将逐级的分质转化为基础进行高效利用，再将不同类型的大型项目作为主要载体，构成完整的优化产业链，达到节能减排目标。借助规模效益，确保项目收获良好的经济效益和环境效益。通过对先进装备和技术的应用，加之工艺、设备及原材料等的优化，提高能量和物质的高效利用，达到热能均衡等目标。

参考文献：

[1] 尚建选，王立杰，甘建平.陕北低变质煤分质综合利用前景展望[J].煤炭转化，2011.

[2] 李樹元.几种煤代油路线技术经济浅析[J].陕西综合经济，2008.

[3] 甘建平，马宝岐，尚建选. 煤炭分质转化理念与路线的形成和发展 [J]. 煤化工，2013.

（作者单位：山西平朔煤矸石发电有限责任公司）