煤化工高水耗問題難解
作者： 2015年01月16日 來源： 瀏覽量：
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煤化工受到水耗制約，可以從兩個方面來理解。
一方面，我國的產煤區通常處于缺水地區，或即使有水源也缺乏納污能力。我國昆侖山—秦嶺—大別山一線以北地區的煤炭資源占全國的90.13%，以南地區只占9.7%;
煤化工受到水耗制約，可以從兩個方面來理解。
一方面，我國的產煤區通常處于缺水地區，或即使有水源也缺乏納污能力。我國昆侖山—秦嶺—大別山一線以北地區的煤炭資源占全國的90.13%，以南地區只占9.7%;而我國水資源分布也以昆侖山—秦嶺—大別山一線為界，以南水資源豐富，占78.6%，以北水資源短缺，只占21.4%。而一個30億立方米/年煤制天然氣企業需要耗新鮮水1500萬立方米/年;一個60萬噸/年煤制烯烴企業每年也需要至少1320萬立方米新鮮水，這對于缺水地區而言，是要擠占其他方面用水的。
另一方面，如果制取同樣的化工產品，用石油化工工藝路線，會比煤化工的水耗低得多。以烯烴為例，石油化工用石腦油制乙烯，噸乙烯耗水量為6～7立方米/噸，而煤制乙烯則噸乙烯耗水量高達60立方米/噸(煤化工習慣按噸烯烴耗水算，為30立方米/噸烯烴，但其中乙烯和丙烯各占一半，故折算成乙烯要加倍)。
當然，有人會說，這兩種工藝沒有可比性。因為煤化工以煤為原料，首先要將煤氣化，然后再合成不同的化工產品，當然能耗、水耗均會高一些。這一點我們應當承認，但是如果有數量級上的差異(煤化工路線比石油化工路線高10倍)，那就不僅是工藝路線本身的問題了。
高水耗為何難以降下來?
煤化工之所以戴上“高水耗”的帽子，一直取不下來，原因是多方面的，下面舉出幾個重要的原因。
原因之一：示范項目為保工藝過關，犧牲了能耗和水耗的優化要求。由于現代煤化工第一批大型工業化項目開發階段，最核心的要求是打通流程，順利拿到產品，而非節能節水，所以在公用工程配置上，只是盡量滿足工藝要求，談不上優化。例如，某煤制烯烴廠設計時為了保證自主研發的核心MTO技術放大成功投產，各個配套技術均采用國外引進的成熟技術：煤氣化用的GE水煤氣加壓氣化技術，凈化用林德公司的低壓甲醇洗技術，甲醇合成用戴維的甲醇合成技術，MTO是中科院大連化物所的專利技術，聚乙烯/聚丙烯是陶氏化學公司的UNIPOL技術。在這種拼盤的條件下，總體設計公司設計的公用工程系統處于被動滿足各方面要求的境地，談不上優化。
原因之二：經濟上煤化工由于原料便宜，盈利空間大，掩蓋了高能耗、高水耗的問題。以煤制烯烴為例，根據亞化咨詢發布的《煤制烯烴真實成本與盈利能力分析》報告，當PE/PP市場現貨平均價格在11500元/噸以上時，對比用新疆準東和淮南的煤制聚烯烴項目可以發現，由于準東地處偏遠，運輸不便，因此其原料和能量成本最低，相應的其增值稅額和運費也最高，但準東仍然憑借極低的煤價擁有最高的利潤空間——噸烯烴營業利潤達4536元/噸;淮南雖然煤價最高，但在煤炭產能過剩的大背景下，也有2665元/噸的利潤空間。也就是說，銷售價中的利潤率高達23%～39%。試想，如果每噸化工產品的利潤都如此豐厚，多消耗點能源和水的成本可以輕易消化，企業還有什么積極性來節能節水呢?
原因之三：技術原因——設計院不掌握過程系統工程的水網絡系統集成優化技術。我國設計院中確定新鮮水耗的這部分工作，是由工藝專業加上給排水專業來決定設計方案的。工藝人員首先想到的是：盡量使用空冷器，給排水人員提供的技術是“零排放”，而缺乏整體系統優化的系統工程室。但從過程系統工程的觀點看，這是一個水網絡系統的優化問題，需要全面分析構成整個系統的各個子系統存在的潛力和優化程度。
我們都知道，我國的一項新技術從發明到工業實用要經歷文獻發表—將文獻方法制作成計算機軟件—國外設計公司采用于設計—我國設計院開始采用等幾個步驟。這個步驟從頭到尾往往需要20年時間，也就是說在節能節水系統優化技術方面，我國設計院采用的技術比學術界落后了20年;我們現在實際應用的技術，還停留在上世紀八九十年代學術界的水平上，即熱夾點技術。水夾點技術是上世紀末才發展起來的，我們發現從2005年以來國際上掀起水網絡研究的熱潮，每年都有幾十篇論文發表。這些成果往往先被較小型的咨詢公司所采用，設計公司則比較保守，采用得更晚一些。
原因之四：煤化工行業與石油化工行業不同，十分分散，缺乏垂直領導的節能節水監督考核壓力。節能節水總體來說不是企業的經濟行為，只靠經濟利益驅動是不足以推動的，政府及行政垂直推動是必不可少的動力。
當前，石油化工行業在節能節水上取得的成績，主要是靠中石化、中石油等大型國企領導，努力貫徹國務院節能節水的要求，對所屬企業大力提倡、嚴格考核的結果。在這里，全國大型煉油廠每月均需要上報噸油耗能耗水的運行指標，每年都按指標好壞進行排隊。中石化近年推行能效倍增計劃，中石油也在推行煉化能量系統優化重大科技專項，每年均有數億元節能節水專款資金投入。此外，石化企業還在信息化建設中實施能量管理系統EMS，使得總部可以對全國煉油化工企業的能耗水耗進行實時監測。
相較之下，我國煤化工企業高度分散，構成復雜，有大型國營央企，如神華集團、大唐能源化工等;有地方國營企業，如陜西延長集團、內蒙古伊泰集團、山東兗礦集團等;有民營公司，如中國慶華集團等。對于這些企業，誰來監督考核?缺乏統一的行業組織領導。如果煤化工節能節水完全由市場自由競爭來推動，那就只能憑各企業領導的自覺了。
煤化工并不必然高水耗
惠生工程（中國）有限公司技術總監李延生認為，通過改良工藝技術，如應用煤制甲醇工藝成套節能降耗技術，可以有效降低煤制甲醇項目的水耗。他說，該技術的核心是甲醇熱泵精餾技術。熱泵精餾工藝不設加壓塔，直接壓縮精餾塔（常壓）塔頂精甲醇氣體，提高塔頂精甲醇氣體的壓力和冷凝溫度，作為精餾塔塔釜再沸器或中間再沸器的熱源，從而極大節省了塔釜熱公用工程和塔頂冷公用工程消耗。以年產45萬噸甲醇的煤制甲醇裝置為例，與典型的甲醇雙效精餾、水冷余熱發電工藝相比，采用煤制甲醇工藝成套節能降耗技術，噸甲醇的水耗能降低30%，每年可以節水167萬噸。
據了解，我國煤炭資源與水資源呈逆向分布，主要蘊藏在水資源短缺地區。其中，只有新疆、云南、貴州地區的人均水資源可以達到全國平均水平，其余主要煤產業區人均水資源只有全國平均的1/4~1/2。然而，大部分煤化工項目都屬于高耗水項目。有數據顯示，煤制甲醇的噸產品耗水量為6~17噸，煤制烯烴的噸產品耗水量為22~32噸，煤制油噸產品耗水量通常都在15~20噸。一個年產300萬噸的煤制油項目年用水量約為6000萬噸，相當于十幾萬人口的水資源占有量。不少業內專家表示，規劃的“十二五”煤化工項目能否實現預期，不在于資金、煤資源和企業的投資熱情，而在于水，這些項目每年需要上億噸的水。
一方面，我國的產煤區通常處于缺水地區，或即使有水源也缺乏納污能力。我國昆侖山—秦嶺—大別山一線以北地區的煤炭資源占全國的90.13%，以南地區只占9.7%;而我國水資源分布也以昆侖山—秦嶺—大別山一線為界，以南水資源豐富，占78.6%，以北水資源短缺，只占21.4%。而一個30億立方米/年煤制天然氣企業需要耗新鮮水1500萬立方米/年;一個60萬噸/年煤制烯烴企業每年也需要至少1320萬立方米新鮮水，這對于缺水地區而言，是要擠占其他方面用水的。
另一方面，如果制取同樣的化工產品，用石油化工工藝路線，會比煤化工的水耗低得多。以烯烴為例，石油化工用石腦油制乙烯，噸乙烯耗水量為6～7立方米/噸，而煤制乙烯則噸乙烯耗水量高達60立方米/噸(煤化工習慣按噸烯烴耗水算，為30立方米/噸烯烴，但其中乙烯和丙烯各占一半，故折算成乙烯要加倍)。
當然，有人會說，這兩種工藝沒有可比性。因為煤化工以煤為原料，首先要將煤氣化，然后再合成不同的化工產品，當然能耗、水耗均會高一些。這一點我們應當承認，但是如果有數量級上的差異(煤化工路線比石油化工路線高10倍)，那就不僅是工藝路線本身的問題了。
高水耗為何難以降下來?
煤化工之所以戴上“高水耗”的帽子，一直取不下來，原因是多方面的，下面舉出幾個重要的原因。
原因之一：示范項目為保工藝過關，犧牲了能耗和水耗的優化要求。由于現代煤化工第一批大型工業化項目開發階段，最核心的要求是打通流程，順利拿到產品，而非節能節水，所以在公用工程配置上，只是盡量滿足工藝要求，談不上優化。例如，某煤制烯烴廠設計時為了保證自主研發的核心MTO技術放大成功投產，各個配套技術均采用國外引進的成熟技術：煤氣化用的GE水煤氣加壓氣化技術，凈化用林德公司的低壓甲醇洗技術，甲醇合成用戴維的甲醇合成技術，MTO是中科院大連化物所的專利技術，聚乙烯/聚丙烯是陶氏化學公司的UNIPOL技術。在這種拼盤的條件下，總體設計公司設計的公用工程系統處于被動滿足各方面要求的境地，談不上優化。
原因之二：經濟上煤化工由于原料便宜，盈利空間大，掩蓋了高能耗、高水耗的問題。以煤制烯烴為例，根據亞化咨詢發布的《煤制烯烴真實成本與盈利能力分析》報告，當PE/PP市場現貨平均價格在11500元/噸以上時，對比用新疆準東和淮南的煤制聚烯烴項目可以發現，由于準東地處偏遠，運輸不便，因此其原料和能量成本最低，相應的其增值稅額和運費也最高，但準東仍然憑借極低的煤價擁有最高的利潤空間——噸烯烴營業利潤達4536元/噸;淮南雖然煤價最高，但在煤炭產能過剩的大背景下，也有2665元/噸的利潤空間。也就是說，銷售價中的利潤率高達23%～39%。試想，如果每噸化工產品的利潤都如此豐厚，多消耗點能源和水的成本可以輕易消化，企業還有什么積極性來節能節水呢?
原因之三：技術原因——設計院不掌握過程系統工程的水網絡系統集成優化技術。我國設計院中確定新鮮水耗的這部分工作，是由工藝專業加上給排水專業來決定設計方案的。工藝人員首先想到的是：盡量使用空冷器，給排水人員提供的技術是“零排放”，而缺乏整體系統優化的系統工程室。但從過程系統工程的觀點看，這是一個水網絡系統的優化問題，需要全面分析構成整個系統的各個子系統存在的潛力和優化程度。
我們都知道，我國的一項新技術從發明到工業實用要經歷文獻發表—將文獻方法制作成計算機軟件—國外設計公司采用于設計—我國設計院開始采用等幾個步驟。這個步驟從頭到尾往往需要20年時間，也就是說在節能節水系統優化技術方面，我國設計院采用的技術比學術界落后了20年;我們現在實際應用的技術，還停留在上世紀八九十年代學術界的水平上，即熱夾點技術。水夾點技術是上世紀末才發展起來的，我們發現從2005年以來國際上掀起水網絡研究的熱潮，每年都有幾十篇論文發表。這些成果往往先被較小型的咨詢公司所采用，設計公司則比較保守，采用得更晚一些。
原因之四：煤化工行業與石油化工行業不同，十分分散，缺乏垂直領導的節能節水監督考核壓力。節能節水總體來說不是企業的經濟行為，只靠經濟利益驅動是不足以推動的，政府及行政垂直推動是必不可少的動力。
當前，石油化工行業在節能節水上取得的成績，主要是靠中石化、中石油等大型國企領導，努力貫徹國務院節能節水的要求，對所屬企業大力提倡、嚴格考核的結果。在這里，全國大型煉油廠每月均需要上報噸油耗能耗水的運行指標，每年都按指標好壞進行排隊。中石化近年推行能效倍增計劃，中石油也在推行煉化能量系統優化重大科技專項，每年均有數億元節能節水專款資金投入。此外，石化企業還在信息化建設中實施能量管理系統EMS，使得總部可以對全國煉油化工企業的能耗水耗進行實時監測。
相較之下，我國煤化工企業高度分散，構成復雜，有大型國營央企，如神華集團、大唐能源化工等;有地方國營企業，如陜西延長集團、內蒙古伊泰集團、山東兗礦集團等;有民營公司，如中國慶華集團等。對于這些企業，誰來監督考核?缺乏統一的行業組織領導。如果煤化工節能節水完全由市場自由競爭來推動，那就只能憑各企業領導的自覺了。
煤化工并不必然高水耗
惠生工程（中國）有限公司技術總監李延生認為，通過改良工藝技術，如應用煤制甲醇工藝成套節能降耗技術，可以有效降低煤制甲醇項目的水耗。他說，該技術的核心是甲醇熱泵精餾技術。熱泵精餾工藝不設加壓塔，直接壓縮精餾塔（常壓）塔頂精甲醇氣體，提高塔頂精甲醇氣體的壓力和冷凝溫度，作為精餾塔塔釜再沸器或中間再沸器的熱源，從而極大節省了塔釜熱公用工程和塔頂冷公用工程消耗。以年產45萬噸甲醇的煤制甲醇裝置為例，與典型的甲醇雙效精餾、水冷余熱發電工藝相比，采用煤制甲醇工藝成套節能降耗技術，噸甲醇的水耗能降低30%，每年可以節水167萬噸。
據了解，我國煤炭資源與水資源呈逆向分布，主要蘊藏在水資源短缺地區。其中，只有新疆、云南、貴州地區的人均水資源可以達到全國平均水平，其余主要煤產業區人均水資源只有全國平均的1/4~1/2。然而，大部分煤化工項目都屬于高耗水項目。有數據顯示，煤制甲醇的噸產品耗水量為6~17噸，煤制烯烴的噸產品耗水量為22~32噸，煤制油噸產品耗水量通常都在15~20噸。一個年產300萬噸的煤制油項目年用水量約為6000萬噸，相當于十幾萬人口的水資源占有量。不少業內專家表示，規劃的“十二五”煤化工項目能否實現預期，不在于資金、煤資源和企業的投資熱情，而在于水，這些項目每年需要上億噸的水。
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