现代煤化工气化能耗评价及节能潜力研究

随着全球对可持续发展和碳减排关注的日益增加,煤化工产业正积极寻求技术创新和发展路径的转变,以实现节能减排的目标。煤气化作为煤化工产业链中的关键环节,其气化效率直接影响煤化工产业的能源消耗和环境影响。以煤气化过程中的物料平衡为基础,通过研究碳、氢、氧元素平衡,热量平衡以及反应平衡常数,阐述了各元素在原料、中间产物、最终产物以及副产物之间的转移和分布,并且模拟计算了煤气化产物中一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO_(2))、氢气(H_(2))等产率;以此作为能耗评价基础,对气化主要能效指标,包括有效气成分、冷煤气效率、气化效率等进行了评价,分析了煤气化过程中的节能节煤潜力。以水煤浆气化为案例,分析了水煤浆气化过程中物料和能量的流动,并研究了水煤浆气化效率提升的可能性。通过煤制天然气、煤直接液化、煤间接液化和煤制烯烃工艺节能技术路径研究发现,不同煤化工工艺路径只要进行节能降耗优化,均具有节能潜力,同时在煤化工生产企业如果有效进行污染物处理与再利用也能够进一步降低煤耗和能耗、提高资源利用效率。

煤炭行业甲烷排放的影响因素与利用途径

甲烷排放对全球气候变化的影响显著,中国伴生的煤层气储量和开采量居世界前列,因而系统梳理我国煤炭行业甲烷排放现状及其影响因素与利用途径,可为煤炭行业绿色发展和甲烷排放管控提供科学依据与政策建议,对于实现我国碳达峰碳中和目标具有促进作用。概述我国煤层气分布特点,从煤层气资源分布、埋深划分等方面分析我国煤层气的资源特点,总结煤炭行业甲烷排放的微观与宏观影响因素,从微观角度剖析影响甲烷排放的因素,包括底板砂岩厚度、煤层气压力、顶板岩性、开采技术和开采深度等地质条件以及煤炭生产与煤炭品质因素对甲烷保存和排放的影响,并从宏观角度指出煤炭生产量的增加会导致甲烷排放量上升,而能源结构变化尤其新能源替代和严格产业政策实施均有助于降低甲烷排放。从煤层气的提取、净化和利用技术等方面深入探讨甲烷减排的技术途径和可行性,并梳理煤炭甲烷排放趋势,通过综合分析后提出一系列针对煤炭行业甲烷排放的综合管控策略,包括能源结构转型、煤炭消费控制、甲烷减排技术创新和政策推动等,应重视由于煤炭生产结构的变化所引起的甲烷排放变化,加强瓦斯梯级利用技术攻关,提高井下抽采瓦斯利用效率,实现资源的高效利用。应逐步加强对甲烷排放的监测和管理,利用政策约束落实煤炭企业的主体责任,通过实施监测甲烷排放数据,加强宏观视角下甲烷排放的趋势分析,从而为国家政策和法律法规的制定提供支撑依据。

我国绿色甲醇产业现状与发展展望

甲醇作为重要的基础化学品,其具有可作为原料及燃料使用的广泛用途,而基于传统化工制甲醇过程伴随着较高的碳排放量,因而发展绿色甲醇成为行业内的焦点和趋势。概述甲醇的产业发展现状并分析国内外的产业政策,研究不同路径的甲醇生产工艺特点,对煤制甲醇、天然气制甲醇、焦炉煤气制甲醇、煤层气制甲醇及绿色甲醇等对比分析,重点针对全球170个生产和规划的可再生甲醇项目进行深入分析,讨论不同国家的项目数量、规模及分布特征等,并基于对国内外产业政策分析的基础上,针对不同甲醇生产路径的碳排放、经济性及考虑未来纳入碳交易基础上的经济趋势进行情景分析,最后针对目前产业发展存在的问题,为促进我国绿色甲醇产业的健康发展提出建议。国际上欧盟率先发布全球首个绿色甲醇认证标准,各国的近零排放目标也提出发展绿色甲醇等替代燃料,国内对于绿色甲醇行业则通过政策引导等手段并发布一系列环保政策和支持清洁能源发展的措施,为绿色甲醇燃料行业提供政策支持和市场机遇;煤制甲醇产生碳排放2.6~3.8 t CO_(2)/t甲醇,天然气生产甲醇的碳排放为0.5 t CO_(2)/t甲醇;绿色甲醇由于原料来源不同分为生物质甲醇和绿氢制甲醇,目前最简单、最成熟的方法是利用可再生电力电解水制氢,再通过CO_(2)和绿氢通过一步催化过程获得绿色甲醇。应加强绿色甲醇生产技术的研发投入,特别在绿电制甲醇和生物质甲醇方面提升工艺效率及降低成本;加强与国际组织和其他国家的合作,共享绿色甲醇的最新研究成果和技术经验;开展重大项目试点,评估不同技术路径可行性和经济效益,为规模化生产提供基础;制定有利于绿色甲醇发展的政策及相关产品标准;促进上下游产业链的紧密合作,推动绿色甲醇与其他行业的融合发展;鼓励绿色甲醇作为清洁燃料和化工原料在交通、化工、能源等多领域应用,通过政策引导以拓宽其市场空间;构建完整的绿色甲醇产业链,共同推动绿色甲醇产业的可持续发展;建立和完善绿色甲醇的认证标准体系,对标欧盟及国际海事组织(IMO)等绿色甲醇相关准则和规范;建立和完善碳交易市场、碳配额管理制度以及温室气体自愿减排方法学,鼓励企业减少碳排放并通过绿色甲醇生产等方式实现减排目标。

煤化工废水萃取脱酚流程模拟

为提高煤化工高浓度含酚废水萃取脱酚的处理效果,减轻废水排放环境污染,采用Aspen Plus流程模拟软件对煤化工废水萃取脱酚流程进行了优化设计。模拟采用真实煤化工废水的组成设置物流数据,废水进料流量为100 t/h,温度为40℃,压力为0.1 MPa,并利用UNIQUAC和NRTL活度系数模型,分别对萃取脱酚塔、溶剂回收塔、溶剂汽提塔进行了参数调整。模拟结果表明,当萃取脱酚塔萃取级数n=6,萃取相比R=1∶4时;溶剂回收塔的理论塔板数N=10,进料位置为第5块塔板时;溶剂汽提塔的理论塔板数N=5,进料位置为第1块塔板时,废水总酚浓度从18 600 mg/L降至400mg/L以下,单元酚浓度从14 000 mg/L降低至50 mg/L以下,萃取剂回收利用率达到99%以上。

潜在环境成本制约的煤制天然气项目经济性评价

为了宏观评价煤制天然气项目的经济性,以费用效益分析方法为基础,建立适合于煤化工项目经济风险评价方法模型,并将风险划分为5个等级。采用模型对煤制天然气项目全过程存在的各类影响制约因素进行了费用效益分析,基于目前我国煤制天然气项目的情况选取典型参数,并将煤制天然气项目中潜在的、不确定的、暂未预见的环境风险纳入项目经济性风险评价。评价结果表明,煤制天然气项目经济性风险随各因素变化的敏感程度依次为:天然气价格、煤价、开工率、环境成本、技术成熟度、项目投资、碳排放。在考虑了项目对外部环境造成损害所产生的潜在费用时,煤制天然气项目费用效益比降低了16%,经济性风险处于约束性风险(Ⅱ级),因此项目对环境造成损害的外部潜在费用不可忽视,在项目前期预备时需要高度关注。

煤制烯烃项目环境经济损益评价

采用费用效益评价方法量化煤制烯烃项目运行中对环境所产生的碳排放、大气污染、水污染、固废污染,可定量分析环境经济损益对项目经济性风险的影响,以期为煤制烯烃企业预防环境风险提供支撑。结合我国碳交易市场和新环保税法等政策对典型规模的煤制烯烃项目进行环境经济损益评价,并预设情景对未来煤制烯烃项目的发展进行情景分析评价。结果表明,在综合考虑项目对外部环境造成的环境损失费用时,项目环境经济风险值增加13%,说明煤制烯烃项目对外部环境造成的影响显著,尤其目前环保政策日益趋紧,由此产生的环境经济性风险会更加突出;在不同预设情景分析下,煤制烯烃项目的效益费用比均大于1,说明煤制烯烃项目的经济性效益良好;在进行多因素经济性评价时,项目环境经济性对产品价格的敏感度较为突出。

固定床气化废水酚回收技术的现状及发展

基于固定床气化废水的3种物理萃取脱酚技术存在的问题,提出了新型萃取脱酚技术——络合萃取脱酚,研究了不同络合萃取剂的脱酚效果及溶剂回收效果,分析了2种萃取技术的脱酚效果及经济成本。研究结果表明:物理萃取剂对多元酚的萃取率普遍低于80%,而络合萃取剂对多元酚的萃取效果均大于85%,络合萃取剂在水中的损失率(<0.1%)普遍低于物理萃取剂(>0.87%),络合萃取剂的回收采用碱洗方式,同时络合萃取技术的经济成本(<20元/t)低于物理萃取的经济成本(30~40元/t)。

基于环境制约的现代煤化工项目效益评估方法研究

现代煤化工是煤炭清洁利用的重要方向,属于技术、资金、资源密集型产业,面临资源因素、技术成熟度、投资规模、产品市场、财税政策、环境制约等诸多问题和挑战。为了有针对性地对基于环境制约的现代煤化工项目进行整体效益评估,开展了效益影响因子的筛选识别研究,就环境制约下现代煤化工项目效益的影响类型、影响因子及影响程度进行展开,尤其针对潜在的水污染、大气污染、固废污染、碳排放等环境问题,量化分析了污染物和二氧化碳排放可能造成的土地、大气等环境损失。针对现代煤化工环境风险大、水资源消耗大等产业特点,采用费用效益分析理论,构建了基于环境制约的现代煤化工项目效益评估体系,确定了费用及效益类别,建立了基于环境制约的现代煤化工项目效益评价方法与模型。

基于磷酸三丁酯络合萃取法的脱酚机理研究

从微观层面的角度,对磷酸三丁酯(TBP)络合萃取脱酚过程的机理进行研究,首先采用红外光谱分析手段,分别测定TBP负载苯酚及邻苯二酚的红外光谱图,通过相应官能团的波数位移变化,得出TBP与酚类物质属氢键缔合;其次以TBP作为络合剂,煤油作为稀释剂,对苯酚的模拟水样进行萃取,研究络合萃取过程中的络合物结构,并建立络合萃取平衡模型,从而对络合萃取过程中分配系数进行预测。研究结果表明,磷酸三丁酯萃取苯酚的平衡分配系数模型对实验数据具有较好的拟合度。

气化废水络合萃取脱酚影响因素的研究

实验室选用磷酸三丁酯—煤油为络合萃取剂,研究了不同TBP浓度、温度、p H、相比等条件下体系的萃取性能;再针对TBP—煤油对多元酚萃取效率低的情况,研究了不同稀释剂条件下体系的萃取性能;实验结果表明,TBP—煤油溶液可以有效脱除废水中的单元酚,但对多元酚萃取效率还有待提高;极性稀释剂比非极性稀释剂对多元酚的萃取效果好,且萃取率顺序为MIBK>正辛醇>苯>煤油。

紫外-芬顿方法提高两段炉气化废水可生化性的研究

两段炉气化是一种比较成熟的煤炭气化工艺，多用于中小城镇煤气生产。两段炉气化废水水质成分复杂，废水中含有高浓度氨氮、酚类、氰化物、喹啉、吡啶、吲哚、呋喃、咪唑、萘、胺类和氯代物等难降解物质，是典型的一类高浓度难降解的有机物废水，其特点是含油高，难降解有机物浓度含量高，毒性很大，以及可生化性极差，通常B／C小于0．1。因此此类废水很难用传统的生化处理工艺进行降解。本文通过采用紫外-芬顿高级氧化方法对两段炉气化废水进行预处理试验研究，发现当氧化剂H202浓度为10％o～30‰时，可较明显地提高废水的可生化性B／C至0．5以上。