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一、"十三五"煤化工重點研究的課題
煤化工要研究的課題比較多，這里僅列出一部分課題，以解燃眉之急。
1.1　煤化工規劃布局制約課題
國家對現代煤化工項目的布局有嚴格的要求，要優先布局在有煤炭資源的開發區和重點開發區； 優先選擇在水資源相對豐富、環境容量較好的地區并符合環境保護規劃；對沒有環境容量的地區布局煤化工項目，要先期開展經濟結構調整、煤炭消費等量或減量替代等措施騰出環境容量，并采用先進的工藝技術和污染控制技術，應最大限度減少污染物的排放。
1.2　水資源利用瓶頸制約課題
中國是一個缺水的國家，煤炭資源和水資源分布不匹配，有煤的地區沒有水，有水的地區缺少煤。主要的煤炭產地和布局的煤化工項目基地多分布在水資源相對匱乏、環境相對脆弱的地區。煤化工是一個大量消耗水資源的產業，主要有：工藝蒸汽參加化學反應、循環冷卻水蒸發或跑冒滴漏損失需要的系統補充水、除鹽水補充水及生活用新鮮水，同時還會產生大量廢水，對環境產生巨大威脅。若不采取確實可行的節水措施，如開式循環冷卻水系統節水技術、空冷技術、閉式冷凝液回收技術、水的梯級利用及重復利用技術等措施，單位水耗和廢水排放量就降不下來，從而影響煤化工項目布局。
1.3　高濃度有機廢水排放污染課題
高濃度有機廢水主要來源于煤氣化工藝廢水等，其特點是污染物以COD 為主，一般在2 000 mg/L 以上。典型的高濃度有機廢水，石油/ 化工廢水等，如主要生產工段的出水COD 質量濃度一般均在3 000~5 000 mg/ L 以上，有的工段出水甚至超過10 000 mg/ L ；即使是各工段的混合水，一般也會在2 000 mg/ L 以上，有的甚至高達幾萬mg/L.石油/ 化工廢水的BOD 也較高。其 BOD 與COD 的比值大于0.3.這類廢水相對容易處理，但由于水量大，選擇污水處理工藝不正確，投資不到位或污染濃度過高，導致出水難以達標，大多數企業就直接送至蒸發塘處理，給周圍環境造成不良影響。
1.4　高濃度難降解有機物廢水處理問題
有機物中的難降解物種類多，主要特點是高濃有機物、高難降解物、高含毒物，高含油物、高含氨氮等污染物。BOD 與COD 的比值遠遠小于0.3.如焦化廢水中除含有較高濃度的氨氮外，還有苯酚、酚的同系物如萘、蒽、苯并芘等多環類化合物，此外還含有氰化物、硫化物、硫氰化物等。這類廢水中有機物以芳香族化合物和雜環化合物居多，同時含有硫化物、氮化物、重金屬和有毒有機物，色度高，有異味，散發出刺鼻惡臭，具有強酸強堿性；如低階煤低溫氣化、熱解等工藝產生的廢水，成分就非常復雜，采用一般的生化工藝很難處理，即使同時設置焦油除酚、氨及回收設施進行預處理，預處理后有機廢水的COD 仍然較高，可生化性較差。
難于生物處理的原因，本質上是由其難降解物種類的特性決定的。除了在處理時外部環境條件（如溫度、p H 等）沒有達到生物處理的最佳條件外，還有重要的原因是化合物本身的化學組成和結構非常復雜，在微生物群落中沒有針對要處理的化合物的酶，使其具有抗降解性；同時，廢水中含有對微生物有毒或者能抑制微生物生長的物質（有機物或無機物） ，從而使得有機物不能快速降解。
1.5　高濃鹽水處理回收課題
高濃鹽廢水特點是含鹽量高。含鹽廢水中的鹽主要主要來源于生產過程中的煤氣洗滌廢水、循環水系統排水、除鹽水系統排水、回用系統濃水以及補充的新鮮水等。如某煤制天然氣項目補充黃河水源為新鮮水帶入的鹽量超過整個系統鹽量的60% 左右，其次是生產過程和水系統添加化學藥劑產生的鹽量，分別為29% 和13.6%.煤化工含鹽廢水的總含鹽量（TDS）通常在500~5 000 mg/L，甚至更高。若煤化工實現“零排放”后最終得到的是雜鹽，并含有多種無機鹽以及大量有機物。這種煤化工蒸發結晶的雜鹽被列入危險廢棄物進行嚴格管控。這種雜鹽具有極強的可溶性，其穩定性和固化性較差，可隨著淋雨滲出，造成二次污染，目前很少有現成的危費處理中心可以接收這些雜鹽，處理成本也非常高。
1.6　煤化工產品同質化課題
煤化工產業起步時間短、研發時間不長，加上投入資源有限，核心技術裝備又不能完全掌握，導致煤化工的中間產品雷同現象比較嚴重，產業鏈做不長。有些終端產品都是低端產品，如聚乙烯、聚丙烯等中間原料，競爭力不強，若不走差異化的發展道路將會形成新一輪的產能過剩。
1.7　油氣低價沖擊技術經濟課題
在高油氣價的前提下，煤化工競爭力毋庸置疑。但到了低油價時代，如在60 美元/bbl、50 美元/bbl 以下的時候，煤化工的競爭力成本優勢遇到了極大的挑戰，如何采取應對措施以及中央政府出臺扶持政策就非常重要。
1.8　煤化工重點技術創新課題
一是現代煤化工污染物控制技術（三廢處理排放及廢棄物回收利用環保技術，節能和節水技術）；二是現代煤化工升級核心工藝技術（現代煤氣化、合成氣凈化、合成、煤質分質分級綜合利用技術）；三是現代煤化工后續產品鏈技術（合成材料、合成樹脂、合成橡膠等高端新材料技術、精細化學品專業化、高附加值技術）；四是現代煤化工耦合集成技術（產品耦合技術、催化劑提升技術、信息控制技術和國產化大型裝備技術）都還有很大的技術創新空間留給這個行業去開拓和發展。
二、"十三五"煤化工必須要遵循的規則
2.1　現代煤化工要遵循的基本原則
“十三五”期間，現代煤化工產業的任務就是圍繞能效、環保、節水及技術裝備自主化等內容開展產業化工程示范，依托示范項目不斷完善現代煤化工自主創新技術，加快轉變煤炭清潔利用方式，為煤炭綠色化綜合利用提供堅強支撐。堅持量水而行，嚴格控制缺水地區項目建設；堅持清潔高效轉化能效、資源消耗及污染物排放符合法定準入條件；堅持示范先行，重點推進示范項目建設，把握產業發展節奏；堅持科學合理布局，禁止在生態脆弱、環境敏感的地區建設煤化工項目；堅持技術裝備自主化，推廣應用具有自主知識產權的技術和裝備。
2.2　現代煤化工要遵循嚴格的產業布局紅線
煤化工產業布局應在產業園區內設置，并符合園區規劃及環評要求。不在以下地區設廠，如：已達到或超過污染物總量控制指標、水資源總量控制指標或能源消費量控制指標的地區；《全國主體功能區規劃》中確定的限制和禁止開發重點生態功能區，以及其它需要特別保護的區域；城市規劃區邊界外2 km 內，主要河流、公路、鐵路兩側1 km 內，居民聚集區衛生防護距離范圍內。選址錯誤會導致現代煤化工環境影響報告一票否決的嚴重后果。環境影響上有硬傷的煤化工項目不能予以通過。
2.3　現代煤化工要遵循更嚴格的節水標準
現代煤化工應強化節水措施，減少新鮮水用量。具備條件的地區，優先使用礦井疏干、再生水；沿海地區應利用海水作為循環冷卻用水；缺水地區應優先選用空冷、閉式循環等節水措施；取用地表水不得擠占生態用水、生活用水和農業用水；禁止取用地下水作為生產用水。通過采用空氣冷卻、閉式循環、廢水制漿等節水技術和裝備，盡可能提高用水效率。工業用水重復利用率不得小于97%，冷卻水循環利用率不得小于98%.對新上項目除要參考已投產示范項目的實際數據外，還應在設計環節進行節水優化，遵循“高水高用、低水低用、清污分流、梯級利用”的原則。
2.4　現代煤化工要遵循更嚴格廢氣排放標準
煤化工廢氣排放要考慮當地環境容量，按照《煤炭清潔高效利用行動計劃（2015—2020 年）》提出的“大氣污染物和污水排放要符合最嚴格的環保要求”，執行《石油化學工業污染物排放標準》（GB 31571—2015）。嚴格控制污染物新增排放量，把污染物排放總量作為環評審批的前置條件，以總量定項目。新建項目排放二氧化硫、氮氧化物、工業煙粉塵、揮發性有機物要實行污染物排放減量替代，實現增產減排。對于重點控制區和大氣環境質量超標城市，新建項目實行區域內現役源2 倍削減量替代，一般控制區實行1.5倍削減量替代。
2.5　 現代煤化工要參照對揮發性有機物進行有效控制標準
應嚴格參照環保部2014 年發布的《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》，對 VOCs 等應根據項目生產產品的種類暫按GB 31570《石油煉制工業污染物排放標準》[3] 或GB 31571《石油化學工業污染物排放標準》相關要求進行控制，高度重視煤化工項目揮發性有機物（VOCs）排放控制。據此全面核實揮發性有機物排放狀況。對設備動靜密封點、有機液體儲存和裝卸、污水收集暫存和處理系統、備煤、儲煤等環節要采取措施，有效控制揮發性有機物（VOCs）、惡臭物質及有毒有害污染物的逸散與排放。完善煤氣/ 水分離、酚氨回收、儲水罐和氣化、凈化、硫回收等裝置揮發性有機物無組織排放的控制措施。污水處理裝置過程中，應根據揮發性有機物濃度不同，采取針對性措施，對廢水、廢液、廢渣收集、儲存、處理過程中，針對逸散揮發性有機物的主要環節，采取有效封閉與收集措施，確保廢氣經收集處理后達到相關標準要求。非正常排放的廢氣應送專有設備或火炬等設施處理，嚴禁直接排放。
2.6　現代煤化工要遵循嚴格的CO2 減排標準
現代煤化工項目應通過優化工藝、提高能效等措施盡可能減少CO2 排放量，要充分發揮現代煤化工項目所產CO2 濃度高、易于捕集的優勢，積極探索氣驅采油、地質封存、微藻制油等處理途徑，如尿素、碳銨、碳酸二甲酯、甲醇、PC、降解塑料、CO2 富氧轉化CO、天然氣甲醇補碳（煙道氣回收CO2）與食用等。
2.7　現代煤化工要遵循更嚴格的廢水排放標準
現代煤化工廢水處理和排放要遵循清/ 污分流、污/ 污分治、深度處理、分質回用的原則設計廢水處置方案，選用經工業化應用或中試成熟、經濟可行的技術。在具備納污水體的區域建設現代煤化工項目，廢水（包括含鹽廢水）排放應滿足相關污染物排放標準要求，并確保地表水體滿足下游用水功能要求。在缺乏納污水體的區域建設現代煤化工項目，不得污染地下水、大氣、土壤等。煤化工高濃廢水中結晶出來的雜鹽因其含有有機物及微量重金屬而被劃定為危險固廢。這些雜鹽應全部得到利用或安全處理，而目前雜鹽分質資源化利用技術還處于攻關階段，下游產品標準也存在不適用等制約，應高度關注高含鹽廢水有效處置措施和技術的使用。
2.8　 現代煤化工要加大核心工藝技術的升級創新規定
現代煤化工要進一步加大核心工藝技術、工程技術和環?？刂萍夹g的創新力度，在關鍵及核心技術方面取得突破。項目的工藝技術、工程技術和環保節能減排控制技術應符合國家產業政策要求，采用能源轉換率高、污染物排放強度低的升級工藝。在行業示范階段，應在煤炭分質高效利用、資源能源耦合利用、污染控制技術開發（如廢水處理技術、廢水處置方案、結晶鹽利用與處置方案）等方面承擔環保示范任務，并提出示范技術達不到預期效果的應對措施。同時，嚴格限制將加工工藝、污染防治技術或綜合利用技術尚不成熟的高含鋁、砷、氟、油及其他稀有元素的煤種作為原料煤和燃料煤。
三、"十三五"煤化工示范技術升級突破
現代煤化工污染物控制技術；現代煤化工核心工藝技術；現代煤化工后續產品鏈技術；現代煤化工耦合集成技術是構成“十三五”現代煤化工發展和生存的關鍵。重點解決環保問題、生存問題、技術經濟問題和核心競爭力問題。“十三五”期間要有序推進現代煤化工產業化、技術升級示范工程，規范標定評價工作，做到三個有數。一是掌握標定示范工程物耗、能耗、水耗以及三廢排放等主要指標，如示范工程能源轉化效率和二氧化硫（SO2）、氮氧化合物（NOx）及二氧化碳（CO2）排放強度；二是掌握示范工程的生產負荷等各機組及轉動設備運行狀況、產品品種及質量指標、安全環保措施、投資強度及經濟效益，判斷以上指標是否達到設計值；三是掌握示范工程運行經驗并總結、查找、分析存在的問題，為進一步優化操作和技術升級改造提供可靠的數據依據。
3.1　EBA 工藝處理高濃度難降解有機物廢水技術
目前的煤氣化工藝中采用低階煤低溫氣化，如魯奇爐等，煤中的輕質組分在氣化過程中轉化為焦油、酚、氨、烷烴類、芳香烴類、雜環類、氨氮和氰、砒啶、烷基吡啶等物質與煤氣同時產生。在隨后的煤氣洗滌、冷卻、凈化過程中，上述物質中的絕大部分進入煤氣水中，是典型的高濃度難降解有機物廢水，而且量大、有毒、有害物質組分結構復雜難處理。EBA 工藝針對魯奇爐、BGL 爐以及低溫裂解等產生的高濃度酚氨廢水進行探索性處理，高濃度酚氨廢水雖經酚氨回收工藝處理，但進入生化處理系統的廢水成分依然復雜且有毒有害，其中酚化合物質量濃度可達200~1 000 mg/L、氨氮質量濃度可達100~300 mg/L.該工藝以提高廢水可生化性、降低廢水毒性、提高污泥活性等方面的技術使高濃度酚氨廢水處理出水能夠滿足回用水的標準。該技術作為一條處理路徑，有待進一步驗證和完善。
3.2　閉式空冷循環冷卻水節水技術
閉式空冷循環冷卻水系統用軟水或除鹽水充當冷卻水，吸收工藝換熱設備熱量，升高溫度后，進入節能型水膜式空冷器或聯合式空冷器管內進行預冷，然后進入噴淋管段被管外的空氣和噴淋水吸收熱量，降溫后由循環水泵加壓，至工藝換熱設備。軟水在閉式循環系統中循環使用，不與外界空氣接觸完成吸熱和放熱的熱量傳遞過程。該工藝替代傳統的工業循環冷卻水系統，以節能型水膜式空冷器或聯合式空冷器代替涼水塔，既保證冷卻水溫度以滿足各項工藝要求，還可節水，減少管道設備結垢，提高設備使用壽命，為節水提供了一條處理路徑，有待進一步驗證和完善。
3.3　高濃鹽水結晶分鹽處理綜合利用技術
高濃鹽水多級蒸發結晶為雜鹽的技術在中煤圖克的化肥項目上得到了一定的驗證（BGL 爐），但這種雜鹽的綜合利用還是存在問題的。鑒于煤化工結晶鹽綜合利用難度大，為實現“零排放”而產生的結晶鹽的無害化和資源化利用提出的蒸發結晶分鹽研究是一個方向，需要進行中試實驗。各項污染防治措施的技術經濟可行性和運行可靠性得到充分的論證后，才能確定是否準入。結晶分鹽、綜合利用技術，通過分步結晶的方式分離出氯化鈉、硫酸鈉以及如何處置濃鹽水中含有的大量有機物等雜質，其分步結晶的效果尚無實驗數據，而且目前我國氯化鈉、硫酸鈉的產品質量標準并不適用于工業廢水制鹽。當該技術為高濃鹽水綜合利用提供了一條路徑，有待進一步驗證。
3.4　低階煤（褐煤）分質分級綜合利用技術
集低階煤（褐煤）預處理、氣化、合成、發電、供熱等技術于一體的低階煤分質分級提質多聯產綜合利用是一項具有趨勢預測的現代煤化工技術，研究開發低階煤低溫（中溫、高溫）快速（中速）熱載體氣流床（固定床、流化床）熱解工藝，以提取焦油、干餾煤氣和半焦為主要產品的分級提質、分類轉化技術是一種發展趨勢。該技術可以衍生出多種技術組合，通過熱解與半焦氣化技術的耦合，以半焦粉氣化產生的高溫煤氣作為熱載體，進行逆向串級直接接觸熱解，可實現高溫煤氣顯熱的高效合理利用與低階煤的梯級熱解。特別對含油率較高的低階煤，經中低溫（550~850 ℃）熱解，抽取其中的焦油、煤氣等輕質組分，同時獲得熱值較高的清潔材料；煤氣用于制氫或甲烷；煤焦油經提酚等處理后與氫氣催化裂化反應生產石腦油和柴油餾分；脫除了揮發分的半焦比原煤熱值更高、更潔凈，既可氣化生產合成氣，繼而生產化工產品，又可作為優質民用燃料和電廠燃料，從而實現煤的分質分級高效清潔利用。
3.5　煤焦油的精練與制備技術
通過低階煤熱解和煉焦得到的煤焦油，其精練的三大難題：高溫煤氣除塵、熱解廢水處理和焦油煉制技術都對綜合利用產生重大影響。由于高溫煤氣中的油/ 塵分離、高濃度（含焦油、酚、苯、氨氮、COD）熱解廢水的處理與資源化利用以及裝置大型化均成為制約粉煤或全煤熱解的三大難題，也是低階煤分質分級利用必須邁過的三道檻。如：低階粉煤回轉熱解制取無煙煤工藝技術將在用熱煙氣干燥粉煤的同時，吹出粒徑小于0.2 mm 的煤塵，大幅減少后序熱解過程煤焦油中的煤塵量，運用高速離心分離技術，將含有少量煤塵的焦油進行高效分離，較好地解決了粉煤熱解過程油塵難以分離的難題。中低溫煤焦油輕質化技術將煤焦油延遲焦化技術集成耦合，將焦油加氫制取石腦油、柴油餾分突破了塊煤熱解、荒煤氣制氫、中低溫煤焦油固定床加氫裝置大型化應用難題；中/ 低溫煤焦油全餾分加氫多產中間餾分油技術（FTH）成為全球首套煤焦油固定床全餾分加氫工業化示范裝置；CGPS 技術則將粒徑小于25 mm 的末煤經分級布料進入帶式爐，形成多層移動顆粒床層，利用不同顆粒煤層組成的移動過濾層，通過慣性碰撞、擴散沉積、重力沉積、直接攔截、靜電吸引等過濾原理，實現對熱解煤氣的高效自除塵技術（除塵率達96% 以上，焦油中含塵量降至0.32 g/m3 以下）。
3.6　大型潔凈煤低能耗煤氣化技術
現代煤氣化是煤化工裝置中的核心技術，如何選擇原料煤將會直接影響到現代煤化工項目的能效、環保、安全、投資和效益?，F代煤氣化發展的趨勢和方向應符合我國煤種多，成分復雜的特點。要始終追求那種煤轉化率高、氣化效率高、有效產率高，節能消耗低、成本造價低、綠色環保優的氣化升級工藝。對干煤粉/ 水煤漿/ 碎煤氣流床/ 移動床加壓氣化技術應進一步升級、集成、耦合及裝備大型化，如開發3 000 t/d 及以上多噴嘴對置式粉煤加壓氣流床技術，穩定生產，長周期運行、降低投資；開發3 000 t/d 及以上干粉煤加壓激冷氣流床技術，提高煤轉化率、氣化效率和有效產率高，穩定生產、降低造價；開發1 600 t/d 及以上碎煤加壓固定床技術、提高碎煤加壓氣化碳轉化率、利用率和裝備大型化，降低蒸汽消耗、減少廢水排放和處理量；開發3 000 t/d及以上濕法水煤漿氣化技術，實現低投資、穩定性、長周期、大型化、寬煤種、降低消耗。各類現代煤氣化技術應在廢水處理、廢渣循環利用、高濃鹽水減量等重大技術領域中有新的突破和發展。整體煤氣化要與煤化工、聯合循環發電以及大型超超臨界發電等進行耦合；焦化、低溫熱解及不同煤氣化技術之間的組合應用技術以及污染物控制技術方面的集成要有重大突破，主要有：高效除塵、硫回收、脫硝技術；酚氨回收、廢水制漿、活性炭吸附等污水處理技術；聯合循環發電與大型超臨界發電等耦合技術；焦化、低溫熱解及不同煤氣化技術之間的組合應用技術等污染物控制技術方面要有重大突破。在高效除塵、脫硫、脫硝，酚氨回收、廢水制漿、活性炭吸附等污水處理以及大型氣化爐、熱解爐、合成塔、廢熱鍋爐技術方面要形成具有自主知識產權的潔凈煤氣化升級核心技術。
3.7　大型合成氣凈化系列技術
在消化吸收國內外氣體凈化技術基礎上，集成創新形成具有自主知識產權的大型合成氣凈化技術。升級完善變換工藝內容如：（1）開發高含量一氧化碳變換大型化技術，提高耐硫、寬溫變換催化劑活性和使用壽命，優化集成以適應各種潔凈煤氣化合成氣的工藝參數，滿足各種產品對變換不同需求，提高一氧化碳變換率，降低蒸汽消耗和能耗，降低投資；（2）二氧化碳脫除技術，開發單系列凈化合成氣折醇100 萬t/a 以上的大型低溫甲醇洗工藝，形成能滿足大型二氧化碳脫除的低溫甲醇洗工藝以及配套的大型吸收塔器等設備。不同凈化工藝技術的耦合集成技術，二氧化碳綜合利用用于驅油、驅氣技術。70 000 m3/h 以上大型空分技術，以及大型國產化氣體壓縮機、循環氣壓縮機及大型動設備技術；（3）開發脫硫及硫回收以及一氧化碳及二氧化碳分離技術，通過吸附、PSA、膜分離、低溫精餾等工藝的組合滿足不同產品、不同規模、不同組分的氣體分離需求。
3.8　大型甲醇合成技術
以副產蒸汽等溫合成為特征的合成工藝是甲醇合成技術的發展主流。大型甲醇合成技術的開發重點應放在以下幾方面：（1）消化吸收多段絕熱、段間換熱的甲醇合成反應器工藝，掌握二塔串聯的工藝設計，在甲醇反應器大型化方面要有發展，突破最大規模的限制；（2）消化吸收段間激冷的甲醇合成反應器工藝，在超大型化的同時，降低甲醇合成能耗；（3）研究開發漿態床甲醇合成反應器工藝示范裝置，提高甲醇反應器換熱能力，延長催化劑壽命。
中國石油和化工網 2016/3/20