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如今不論是技術方面還是經(jīng)濟方面,都為煤轉化技術生產(chǎn)取代石油燃料和化工品提供了有利條件。隨著天然氣和石油能源供應的日趨緊張,煤化工能源將會發(fā)展成為化工原料的主流。褐煤發(fā)展煤化工的優(yōu)勢:第一,我國褐煤資源豐富,而且褐煤成本低下。在我國的很多褐煤地煤田,煤層都較淺,開采起來比較簡單,甚至有些地方還可以進行露天開采。因此褐煤的產(chǎn)出效率高,安全性高,成本較低。第二,有成熟的煤化工技術做后盾。相對來講,褐煤還屬于一種比較年輕的資源,不存在明顯的粘結性,而且化學性質(zhì)活波,非常有利于實現(xiàn)綜合加工和能源轉換。當前應用較廣泛的煤化工技術有以下幾種:1.熱解提質(zhì)技術;2.煤的氣化技術;3.煤的液化技術。第三,產(chǎn)區(qū)環(huán)境容量和水資源的有利條件。水是實現(xiàn)煤化工技術必不可少的條件,而出產(chǎn)褐煤的地方往往都是水資源豐富的邊遠地區(qū),環(huán)境地廣人稀,是進行大規(guī)模煤化工基地建設的最佳位置。因此,開發(fā)以褐煤為原料的煤化工工藝技術成為現(xiàn)代煤化工的一種新的趨勢。
2褐煤在煤化工技術中的應用
煤化工就是利用多種化學加工技術把各種原料煤轉化為液態(tài)燃料、氣態(tài)燃料、固態(tài)燃料或者是化學品的工藝技術。我國褐煤資源豐富,再加上褐煤自身的多種資源優(yōu)勢,將會在煤化工應用中得到廣泛應用。常用的褐煤煤化工技術包括褐煤的熱解提質(zhì)技術、氣化技術以及褐煤液化技術。
2.1褐煤的熱解提質(zhì)工藝技術
褐煤的熱解提質(zhì)又稱干餾提質(zhì),是指對褐煤在非氧化環(huán)境下或者隔絕空間的情況下進行加熱,最后得到煤氣、焦油和半焦(又稱藍炭)。褐煤經(jīng)過熱解后得到的煤氣可以作為燃料用氣,半焦具有固定碳高、低硫以及低灰的特點,在各種化工產(chǎn)業(yè)中的應用廣泛,如可作為進行活性炭生產(chǎn)的原料、化肥、鐵合金以及電石等行業(yè)的燃料等等。經(jīng)熱解后的褐煤失去了大部分水分,但仍百分之十的揮發(fā)分,其熱值得到很大提高,不再容易發(fā)生揮發(fā)和自燃,有利于進行長途運輸,此時可作為電煤使用。因為褐煤不存在粘結性,沒有膠質(zhì)層,經(jīng)熱解后得到的低溫煤焦油和重油的性質(zhì)及組成十分相近,具有很大的利用價值,如果經(jīng)過深加工可以獲取具有更高經(jīng)濟價值的酚類化學品。煤的熱解提質(zhì)工藝有很多種,在加熱方法、加熱速度、熱載體類型等方面的技術要求都不相同,當前的熱解提質(zhì)工藝技術主要有褐煤固體熱載體法快速熱解技術和褐煤低溫干餾改質(zhì)技術。其中延長石油集團正在開發(fā)的CCSI技術就是低溫干餾改質(zhì)技術的典型代表。
2.2褐煤的液化工藝技術
褐煤的液化技術主要可以分為兩種,直接液化工藝技術以及間接液化工藝技術。直接液化:在催化劑以及氫氣的作用下,把煤經(jīng)過加氫裂變反應后轉換成為液態(tài)燃料稱為直接液化。煤的直接液化工藝技術涉及到很多環(huán)節(jié)和流程,包括原料煤干燥過程、原料煤破碎過程、煤漿制備過程,到最后的態(tài)產(chǎn)物分餾以及精制加工過程。利用煤的直接液化技術可以生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的液態(tài)石油氣、汽油、柴油以及氨和硫磺,而且還可以進一步萃取出炭素、二甲苯等化工原料。褐煤的液化活性較高,因為其相對來講碳含量較低,氫和碳的比例較高,結構中的羧基、氧橋、羰基以及亞甲基比較多,所以褐煤非常適合進行直接液化的。直接液化技術的典型代表有懸浮床加氫裂化技術(VCC),該技術最早起源于1913年德國Bergius-Pier煤液化技術,是通過煤化工與煉化的有效結合實現(xiàn)的。經(jīng)過長期以來的不斷改進和完善,全球首套VCC裝置已于2015年初開車成功。VCC技術可以適用于塑料、低階褐煤、劣質(zhì)重油以及減壓渣油等多種原料或者混合物。間接液化:先把煤氣化成氫氣和一氧化碳等氣體,然后在一定壓力和溫度環(huán)境下利用煤基合成氣原料將其催化轉化為烴類燃料油的技術過程叫做間接液化。該技術方案主要基于煤氣化工藝的產(chǎn)物,在催化劑作用下將合成氣中的一氧化碳和氫氣轉化為石腦油,柴油等油品。目前F-T合成技術是間接液化的主流工藝技術。
2.3褐煤的氣化工藝技術
煤炭液化以及其他煤化工應用的基礎技術就是煤的氣化技術,煤氣化技術是進行煤化工生產(chǎn)和能源轉換的主要途徑之一。煤氣化工藝技術是指在一定的壓力和溫度環(huán)境下,通過對水蒸氣、氧氣、空氣等氣化劑的作用下加熱煤炭,煤炭經(jīng)過受熱發(fā)生分解,煤中含有的熾熱的碳轉化為游離碳,此時這些分解出來的游離碳和氣化劑中的游離的氧、氫和碳進行有機結合,最終成為氫氣、一氧化碳以及甲烷等可燃性氣體。采用的氣化劑不同的情況下就會形成不同熱值的煤氣。另外,煤的揮發(fā)分的差異也會給反應速度和產(chǎn)量造成直接影響。相比之下,褐煤的揮發(fā)分要低于具有較深變質(zhì)程度的煙煤以及無煙煤,所以褐煤在進行氣化的過程中反應活性特別強,反應速度快、無粘結性、氣體產(chǎn)量高,是具有較大使用價值的的氣化用煤。當前,褐煤氣化在我國的化工產(chǎn)業(yè)中得到了廣泛應用。煤的氣化不同于熱解,煤的熱解過程只是把煤自身不到百分之十轉化為可燃氣體混合物,而氣化過程則是把煤所包含的所有碳氣化成為氣態(tài)。相比直接燃燒褐煤進行氣化表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性,因為氣態(tài)燃料的燃燒相對比較穩(wěn)定,沒有環(huán)境污染,而且燃料的凈化和運輸都非常的方便,原料的配料控制簡單,很大程度上簡化了生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝。另外,氣態(tài)燃料能夠適用于非均相催化的化工合成過程,而且氣化過程中得到的灰渣也有多種用途,如可以用來制造肥料、水泥、磚瓦、土壤改良劑以及絕熱材料等等。西門子的GSP氣化技術:西門子的GSP氣化技術是目前一種比較成熟的氣化技術,至上世紀八十年代之間已有三十多年的研發(fā)經(jīng)驗,應用于煤化工也有二十多年的實際生產(chǎn)經(jīng)驗。西門子的GSP氣化技術屬于一項氣流床氣化技術,該技術過程包括的主要工藝流程有干粉進料、純氧氣化、液態(tài)排渣、粗合成氣激冷工藝流程等。西門子的GSP氣化技術的適應范圍特別廣,如褐煤、無煙煤、石油焦等等。該技術的氣化溫度通常在1350-1750攝氏度,而且碳轉化率高達百分之九十以上。利用西門子的GSP氣化技術可以把一些直接燃燒會造成較大污染以及一些比較廉價的煤、垃圾或者是石油焦轉化為具有高附加值的清潔的氫氣和一氧化碳。氫氣和一氧化碳是化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的基本原料,可以用于合成油、合成氨以及甲醇等化工產(chǎn)品的生產(chǎn),另外也可以直接應用于城市煤氣或者用于發(fā)電。
3結語
1(略)
2(略)
煤化工技術經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫既可為科技工作者提供有關技術研發(fā)方面的信息,也可為能源決策部門提供必要決策依據(jù),是進行煤化工項目前期的戰(zhàn)略規(guī)劃、可行性研究、決策分析不可缺少的工具。數(shù)據(jù)庫還能為廣泛采用的系統(tǒng)分析方法、線性規(guī)劃、投入產(chǎn)出模型、動態(tài)分析等提供充分的條件,把從事這方面工作的研究人員分散和重復的勞動,轉化為數(shù)據(jù)庫的一次性信息收集,達到信息共享[2]。這樣,既節(jié)省了人力物力,又提高了信息和數(shù)據(jù)的準確性和科學性,更有利于交流和利用[2]。
3構建煤化工技術經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容
為了便于檢索、使用、管理、維護以及后期的開發(fā)擴展,參照當前國家煤炭化學領域與行業(yè)分類標準,數(shù)據(jù)庫將煤化工技術分成10個專項技術數(shù)據(jù)集合,基礎框架見圖1。算公式和方法;也注意對煤化工項目的工程概算、工藝流程以及運營期間的各反應設備的運行與操作參數(shù)等相關技術經(jīng)濟數(shù)據(jù)進行整理與儲存;還及時跟蹤國內(nèi)外煤化工技術研究進展、相關政策、法規(guī)與標準。入庫資料均需經(jīng)過符合性、可靠性檢驗,注明出處、鏈接和參考文獻,使得入庫資料準確、科學、有依據(jù);當使用者希望對有關問題深入了解時,可方便地查閱相關文獻資料。數(shù)據(jù)庫內(nèi)容來源廣泛(見圖2)。入庫數(shù)據(jù)來源國內(nèi)外有關煤化工技術的專業(yè)網(wǎng)站專業(yè)文獻數(shù)據(jù)庫維普中文科技期刊數(shù)據(jù)庫中國學術期刊全文數(shù)據(jù)庫中國博碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫國內(nèi)外標準文獻庫協(xié)作企業(yè)提供的技術、經(jīng)濟資料專業(yè)化工報刊、雜志數(shù)據(jù)庫建設單位自有資源年鑒、行業(yè)統(tǒng)計年報國家統(tǒng)計機構的信息、年報
4煤化工技術經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫的功能及實現(xiàn)平臺
4.1基本功能為滿足用戶與管理者對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用、管理的要求,煤化工數(shù)據(jù)庫需具備以下基本功能。a)實現(xiàn)煤化工項目工程概況、工藝流程、物料消耗、污染物治理、技術經(jīng)濟指標、國家標準等多方面數(shù)據(jù)的輸入、修改、增刪等操作功能;b)實現(xiàn)以煤化工建設項目名稱、性質(zhì)、生產(chǎn)規(guī)模、建設地點、工藝流程、建設時間等為查詢條件,進行工程信息單條件或多條件的組合查詢;c)實現(xiàn)以煤化工技術名稱、工藝條件、原料、產(chǎn)品方案等為查詢條件,進行工藝信息單條件或多條件的組合查詢;d)在完成數(shù)據(jù)輸入或查詢出所需的記錄后,實現(xiàn)打印與下載功能;對查詢出的數(shù)據(jù)作一定的統(tǒng)計處理,繪制統(tǒng)計結果圖;通過查詢結果直接鏈接顯示工程物料、能量的平衡圖、工藝流程圖、污染物治理工藝流程圖等相關圖件;e)擁有完備的安全防護功能,保證系統(tǒng)正常運行,降低惡意攻擊、惡意修改或盜取資料的可能性;f)擁有強大有效的備份恢復功能,在系統(tǒng)受到惡意攻擊、感染病毒或發(fā)生重大、不可逆轉的錯誤時,通過及時導入備份文件,重新構建系統(tǒng),有效保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的安全與正常調(diào)用。4.2軟件平臺的選擇和功能煤化工技術經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可用多種數(shù)據(jù)庫語言編制,要有多種訪問方法,如,ODBC,RDO,DAO,ADO等[3]。數(shù)據(jù)庫建設單位目前的資金、人員、時間不充裕,數(shù)據(jù)資源量不豐富,且僅限于單位內(nèi)部共享的條件下,可使用CrossdayDiscuzBoard論壇軟件系統(tǒng)(以下簡稱Discuz)來搭建系統(tǒng)。Discuz是一套通用的社區(qū)論壇軟件系統(tǒng),用戶不需要任何編程的基礎上,通過簡單的設置和安裝,在單位內(nèi)部局域網(wǎng)上搭建具備完善功能、強負載能力和高度定制的信息與交互服務系統(tǒng)[4]。煤化工技術經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫使用Discuz軟件系統(tǒng)構建,不僅可以降低數(shù)據(jù)庫建設的資金投入和建設周期,還可充分利用Discuz本身強大的功能,達到事半功倍的效果。中國科學院煤炭化工研究所信息戰(zhàn)略與工程咨詢中心利用Discuz軟件系統(tǒng)構建了煤化工技術經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫(見圖3)。實踐證明,該系統(tǒng)充分滿足數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對軟件平臺的要求,可方便地進行數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除、查詢和備份。圖3中國科學院煤炭化工研究所開發(fā)的煤化工技術經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫首頁4.3數(shù)據(jù)庫功能的實現(xiàn)4.3.1數(shù)據(jù)的訪問數(shù)據(jù)庫管理者通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的訪問控制功能,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)資源使用的控制,利用注冊用戶名、IP地址、權限等技術手段,保障數(shù)據(jù)資源的安全訪問[5-6]。4.3.2數(shù)據(jù)的錄入修改與刪除數(shù)據(jù)資源使用發(fā)表新話題的方法錄入。當資源中有PDF或其他格式文件時,可利用系統(tǒng)的附件功能,將其上傳至數(shù)據(jù)庫鏈接顯示。使用者有多種選擇,可自行設定文件格式和大小。系統(tǒng)設有數(shù)據(jù)編輯選項,不同等級的管理者根據(jù)其權限,可對相應等級的數(shù)據(jù)資源進行修改與刪除操作。4.3.3數(shù)據(jù)的查詢與下載數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供了2種查詢方式。根據(jù)實際需要可選用標題、關鍵字與全文查詢。使用者利用系統(tǒng)的搜索引擎,輸入檢索條件或組合,即可完成數(shù)據(jù)的查詢操作。不同等級的使用者可下載相應等級的數(shù)據(jù)資源,同時,系統(tǒng)自動對其操作進行實時統(tǒng)計。4.3.4數(shù)據(jù)備份數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)安全性由系統(tǒng)的備份與恢復功能保障。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)備份文件還可及時導出,利于系統(tǒng)的進一步維護和轉換。
關鍵詞:現(xiàn)代煤化工;技術;路線;研究
一、我國現(xiàn)代煤化工的技術發(fā)展趨勢
從世界經(jīng)驗看,煤化工的興衰與石油和天然氣化工緊密相關。受能源結構等多種因素決定,世界大多數(shù)國家煤化工處于戰(zhàn)略技術儲備或前期研究階段,但先進煤化工技術的開發(fā)工作從未間斷,也取得了較好的成果,而中國成了這些技術的示范和工業(yè)化最好的場地之一。
豐富的煤炭資源是我國發(fā)展煤化工的良好基礎,但由于煤化工產(chǎn)業(yè)具有技術含量高、技術開發(fā)周期長、資金投入大等特點,我國煤化工在多數(shù)新技術領域方面的基礎研究仍落后于發(fā)達國家,而現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)規(guī)模在我國已進入快速擴張期,并呈現(xiàn)以下幾個特點和發(fā)展趨勢。
(1)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)品以補充石油和石化產(chǎn)品為主。以煤為原料替代補充多種清潔能源產(chǎn)品,在一定程度上將緩解我國石油和天然氣資源不足的壓力,也是未來一段時期促進我國煤化工發(fā)展的主要動力。
(2) 甲醇制烯烴 技術已走向成熟,促進了煤化工與傳統(tǒng)石油化工的結合。該技術在具備較好的經(jīng)濟效益的同時,也使得石化領域技術及軟資源優(yōu)勢得以向煤化工領域轉移。
(3)煤制天然氣得益于國內(nèi)天然氣市場的巨大需求和政策扶植,具有較好的產(chǎn)業(yè)前景。
伴隨著蘭炭產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,煤焦油制備清潔燃料和化學品、蘭炭末用于高爐噴吹等下游產(chǎn)業(yè)具備較好的經(jīng)濟前景和循環(huán)經(jīng)濟優(yōu)勢。
(4)合成氨、甲醇、焦炭產(chǎn)業(yè)技術快速升級,裝置建設以大型為主,高耗能和小型裝置逐漸被淘汰,甲醇下游產(chǎn)品發(fā)展空間較大。建設煤、電、油、化一體化大型循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)集群,保障資源供應,集中控制生產(chǎn)成本,將是未來煤化工發(fā)展的重要形式。
(5)現(xiàn)代煤化工發(fā)展的多項關鍵技術已基本得突破,技術障礙較小,經(jīng)濟、環(huán)境效益有待檢驗。
二、我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)SWOT分析
我國油、氣資源稀少而煤炭資源豐富,隨著近年來國際石油價格不斷上漲,具備了發(fā)展石油替代產(chǎn)品的市場動力,現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)得到了如火如荼的發(fā)展。現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)建設涉及到工藝設計、機械制造、新型環(huán)保技術等多方面,現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對促進我國整體工業(yè)水平的迅速提高發(fā)揮了重要作用。其中不少現(xiàn)代煤化工技術處于國際先進水平,甚至有的成套技術裝備出口到國外,達到我國建國以來工業(yè)技術水平的新高度。但一擁而上也帶來了較大的經(jīng)濟風險,在資源的合理利用、環(huán)境威脅等方面依然存在較大問題。
1. 煤炭資源儲備量大
我國石油可采資源量233億t,剩余可采儲量21億t,預測2020年我國原油消費量為6億t,而產(chǎn)量僅為2億t,4億t的石油缺口將使我國能源安全面臨巨大的威脅。同時我國煤炭資源保有儲量13 442億t,煤炭資源相對豐富,發(fā)展現(xiàn)代煤化工符合我國資源稟賦特點,發(fā)展煤制油是保障能源安全最為現(xiàn)實的途徑。
2. 能源轉換效率較高
目前各類現(xiàn)代煤化工的能源轉換效率分別為煤直接液化約59%、煤間接液化約42%、煤制甲醇約45%、煤制天然氣約60%,高于目前我國燃煤發(fā)電平均35%左右的能源轉換效率。盡管美歐國家以天然氣發(fā)電可使循環(huán)熱效率達到50%,但我國的資源稟賦特點決定了現(xiàn)代煤化工具有一定的能源轉換效率優(yōu)勢。
3.單位成本較低
隨著現(xiàn)代煤化工技術開發(fā)和引進的力度增加,規(guī)模化使得煤化工產(chǎn)品單位成本降低,同時由于上級企業(yè)多為煤炭生產(chǎn)企業(yè),能夠保證煤炭來源的穩(wěn)定,煤化工企業(yè)贏利空間和抗風險能力增加。
4. 企業(yè)經(jīng)濟實力強
伴隨著近年來國際油價的攀升,我國煤炭價格同期大幅上漲,國內(nèi)大型煤炭、石油和電力等行業(yè)龍頭企業(yè)較早獲得利潤回報,較早占領國內(nèi)其他地區(qū)的煤炭資源并發(fā)展現(xiàn)代煤化工。國有大型能源企業(yè)以其強大的資金實力、管理經(jīng)驗和物流平臺,下大力氣合作研發(fā)、網(wǎng)羅人才,現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)在“十一五”期間出現(xiàn)了波瀾壯闊的產(chǎn)業(yè)建設局面,并取得了一系列關鍵技術領域的突破。
三、我國現(xiàn)代煤化工發(fā)展對策
作為石油和石化產(chǎn)業(yè)的有效補充和替代產(chǎn)業(yè),現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)具備長期發(fā)展?jié)摿ΓF(xiàn)代煤化工項目普遍投資在百億元以上,工藝技術相對石油化工復雜,對設備的磨損、水耗普遍高于傳統(tǒng)石油化工,國外技術和設備也需經(jīng)過工程化考驗,應有控制地發(fā)展。同時需要構建成熟的信息通道和技術經(jīng)濟平臺,新上項目尤其須做好市場分析,避免盲目上項目帶來的產(chǎn)能過剩。在技術研發(fā)和示范運營方面,經(jīng)過近10年來的大規(guī)模建設,不少項目暴露出來一些難以解決的問題,應當重視局部技術的研發(fā)和推廣,尤其是關系到循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)能減排方面技術的升級,提高大型煤化工的整體經(jīng)濟社會效益。
在發(fā)展步驟上,應在示范成功的基礎上適度推廣,并經(jīng)過一定經(jīng)濟周期的檢驗。重點發(fā)展煤制化工原料的技術創(chuàng)新工作,通過技術發(fā)展提高產(chǎn)品附加值。做好熱能梯級利用、各類資源通過循環(huán)經(jīng)濟實現(xiàn)物盡其用。積累各種現(xiàn)代煤化工項目的物料平衡、熱量平衡和消耗定額數(shù)據(jù),重視煤質(zhì)變化對整套系統(tǒng)的影響。爭取到2015年現(xiàn)代煤化工部分產(chǎn)業(yè)進入成熟期,水耗大幅降低,產(chǎn)品與石化產(chǎn)品具備成本優(yōu)勢,具備大規(guī)模推廣的技術、經(jīng)濟、環(huán)境條件,到2020年成為石油化工的替代補充產(chǎn)業(yè)。
參考文獻:
[1]薛曉楠.煤化工技術的研究現(xiàn)狀與進展.《考試周刊》.2011,57.
關鍵詞:煤化工 技術 路線
中國的資源稟賦是油、氣短缺,煤炭相對豐富。中國煤炭工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù):2007年,全國煤炭產(chǎn)量25.23億t;2008年,產(chǎn)量為27.16億t,同比增加1.93億t,同比增長7.65%。2007年我國原油產(chǎn)量18 665.7萬t,2008年原油產(chǎn)量達1.89億t,海關總署統(tǒng)計數(shù)據(jù):2008年我國凈進口油品近2億t,其中原油進口17 472萬t,成品油進口2 182萬t,原油對外依存度已達48.5%,逼近50%的警戒線水平。2007年,我國天然氣產(chǎn)量693億m3,進口量39億m3,表觀消費量732億m3;2008年,天然氣產(chǎn)量達761億m3。據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會預計,2010年我國煤炭需求量將達30億t以上;另據(jù)有關資料介紹,2009年至2011年的3年內(nèi),我國原油目標產(chǎn)量分別是1.92億t、1.96億t和1.98億t;天然氣目標產(chǎn)量分別為860億m3、1 050億m3和1 200億m3。在我國這樣一個煤炭資源大國,其主要化工產(chǎn)品完全由石油作原料生產(chǎn)是不現(xiàn)實的。盡管我國煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目前面臨一系列問題,例如結構不合理,行業(yè)的中小企業(yè)較多而大型現(xiàn)代化高新技術企業(yè)較少;布點太多,造成產(chǎn)業(yè)結構雷同;產(chǎn)品附加值較低,有些后續(xù)應用技術沒有跟上等,但發(fā)展煤化工符合我國國情,且國家政策總體上持支持態(tài)度。
一、我國煤化工現(xiàn)狀及分類
(一)我國煤化工現(xiàn)狀
我國煤化工發(fā)展速度相對較慢,同世界先進水平相比,我國的煤焦油工業(yè)較落后,主要表現(xiàn)為設備加工能力小,工藝水平低,產(chǎn)品品種少,能耗高,環(huán)境污染嚴重等。造成這種現(xiàn)象的主要原因是煤焦油分散加工,形不成規(guī)模。目前上海正著手籌建國內(nèi)一流的煤焦油蒸餾裝置,必將大大提高技術水平和生產(chǎn)能力。代表煤化工技術水平的煤氣化技術也落后于一些發(fā)達國家。我國是一個農(nóng)業(yè)大國,合成氨產(chǎn)量居世界第一,無煙煤或焦碳合成氨的生產(chǎn)能力約占全國合成氨生產(chǎn)能力的65%左右,但生產(chǎn)工藝落后,能耗高,污染嚴重。我國甲醇的現(xiàn)有生產(chǎn)能力為300萬t/a,其中規(guī)模最大的裝置有上海太平洋集團公司以煤為原料的生產(chǎn)裝置,年產(chǎn)20萬t甲醇;齊魯石化公司第二化肥廠引進的10萬t/a生產(chǎn)裝置。其余的裝置年生產(chǎn)能力為幾千噸到幾萬噸不等,且技術落后、規(guī)模小、能耗高。另外,以煤為原料合成碳酸二甲酯、甲酸甲酯等可望實現(xiàn)工業(yè)化。
(二)分類
1. 傳統(tǒng)產(chǎn)品領域
要對與石油化工路線相比具有比較優(yōu)勢的煤化工的產(chǎn)品領域大力進行技術改造,并促使企業(yè)改制、改組,設法做強做大,增強國際競爭力。加大產(chǎn)品結構的調(diào)整力度:對與石油化工路線相比具有劣勢的產(chǎn)品領域宜加速淘汰、關閉或轉產(chǎn);降低高能耗煤化工產(chǎn)品在行業(yè)的比重,收緊、縮減高能耗產(chǎn)品的出口;限制和淘汰一批能耗高,污染重的企業(yè)。
2. 能源替代品
這一部分是煤化工的潛在市場,市場前景廣闊是發(fā)展的重點。以煤制油(直接液化、間接液化)。甲醇的主要潛在市場是作燃料:燃料甲醇(摻燒或全燒);甲醇轉化為二甲醚(替代液化石油氣和柴油)中型燃氣輪機發(fā)電的燃料;燃料電池;甲醇制烯烴(MTO);甲醇制丙烯(MTP)。
二、現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展的方向
傳統(tǒng)的煤化工技術包括焦油化工、煤合成氣化工及電石乙炔化工等等。煤的氣化技術在煤化工的發(fā)展中占有重要的地位,先進的催化合成技術、分離技術、生物化工技術、節(jié)能減排技術、環(huán)保技術與大型工業(yè)裝備制造技術是現(xiàn)代煤化工的發(fā)展基礎,新型煤化工技術就是以煤氣化為龍頭組合應用現(xiàn)代先進的化工生產(chǎn)技術,生產(chǎn)可替代石油的潔凈能源和各類化工產(chǎn)品為成品油、甲醇、二甲醚、乙烯、丙烯等,進而發(fā)展為煤氣化技術為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。已經(jīng)形成煤炭——能源——化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。
世界上目前擁有的新型煤化工技術主要有——煤氣化技術,以煤為原料生產(chǎn)甲醇的技術,煤路線合成烴類的技術。最令人關注的是煤制油合成氣生產(chǎn)烯烴的技術,IGCC技術在國外也是煤氣化技術發(fā)展的一個熱點。我國從上世紀80年代起開始引進國外煤氣化技術,但國產(chǎn)化的煤氣化技術與國外相比還有較大差距,可以預見以生產(chǎn)可替代石油的潔凈能源和化工產(chǎn)品為主的現(xiàn)代煤——能源——化工一體化產(chǎn)業(yè),即將在我國興起并得到可持續(xù)發(fā)展。
現(xiàn)代煤化工是屬于技術密集型和投資密集型的產(chǎn)業(yè),應采取最有利于提高經(jīng)濟效益的建設及運行方式。現(xiàn)代煤化工的發(fā)展要堅持一體化、基地化、大型化、現(xiàn)代化和集約化,真正轉變經(jīng)濟增長方式。
堅持一體化。就是把大型煤化工裝置和煤礦結合起來(當然亦可以采取煤—電—化一體化聯(lián)產(chǎn)模式)。把煤氣化裝置建在礦上(或臨近礦區(qū)),力求減少煤炭運耗及費用,實施資源優(yōu)化配置,合理使用煤炭資源(按煤質(zhì)資源優(yōu)質(zhì)優(yōu)用,劣質(zhì)劣用,各得其所)。只有形成煤化工與煤礦一體化的利益機制,才能減少日后的價格、運輸和布局的風險。
堅持基地化。化學工業(yè)內(nèi)在的固有特性適宜于綜合利用和深加工。基地是企業(yè)群體的集稱。基地內(nèi)集中布置相關企業(yè),可以充分、高效、合理利用各種資源,提高資源配置效率和效益,發(fā)揮企業(yè)的集聚效應。總之,煤化工發(fā)展實施基地化布局最重要的目的是實施以市場為基礎的高度資源優(yōu)化配置,謀求集約化經(jīng)營。
堅持大型化、現(xiàn)代化。只有采用一流的技術、一流的設備、一流的管理,建設大型規(guī)模效益的裝置才能形成一流的煤化工基地,謀求跨越式發(fā)展,具備國際競爭力。煤化工如不具備國際競爭力,則無法忍受國際油價波動,和經(jīng)濟全球化帶來高度的市場競爭的沖擊。
由于煤本身的固有的特性(碳多氫少,礦物雜質(zhì)多,固態(tài)且難以溶化、溶解等),要把從不清潔的能源轉為清潔的化工原料,所經(jīng)過的流程長、環(huán)節(jié)多、技術要求高、難度大,因而必然導致投資大。煤化工的投資高亦是發(fā)展的制約因素之一。為此,一方面應積極采用先進技術,發(fā)展規(guī)模裝置,謀求減少單位投資成本,另一方面依靠優(yōu)質(zhì)低價煤的穩(wěn)定供應以及先進的節(jié)能降耗技術,謀求降低生產(chǎn)原料成本。經(jīng)濟效益是考核煤化工能否發(fā)展的最基本因素之一。
三、新型煤化工
新型煤化工是以煤炭為基本原料(燃料),C1化工技術為基礎,以國家經(jīng)濟發(fā)展和市場急需的產(chǎn)品為方向,采用高技術,優(yōu)化工藝路線,充分注重環(huán)境友好,有良好經(jīng)濟效益的新型產(chǎn)業(yè)。它包括了煤炭液化(直接和間接),煤炭氣化、煤焦、煤制合成氨、煤制甲醇、煤制烯烴等技術,以及集煤轉化、發(fā)電、冶金、建材等工藝為一體的煤化聯(lián)產(chǎn)和潔凈煤技術。其中煤炭焦化、煤氣化-合成氨-化肥已經(jīng)是我國主要的煤化工產(chǎn)業(yè),隨著科學技術的快速發(fā)展和市場的巨大需求,煤炭焦化、煤氣化-甲醇、煤制油、烯烴及下游化工產(chǎn)品也得到了快速發(fā)展。新型煤化工實際上是建立在傳統(tǒng)煤化工基礎上的,與傳統(tǒng)煤化工密不可分。其特點如下。
(一)以清潔能源為主要產(chǎn)品。新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工產(chǎn)品為主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)、電力、熱力等以及煤化工獨具優(yōu)勢的特有化工產(chǎn)品,如芳香烴類產(chǎn)品。
(二)煤炭-能源化工一體化。新型煤化工是未來中國能源技術發(fā)展的戰(zhàn)略方向,緊密依托于煤炭資源的開發(fā),并與其它能源、化工技術結合,形成煤炭-能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。
(三)高新技術及優(yōu)化集成。新型煤化工根據(jù)煤種、煤質(zhì)特點及目標產(chǎn)品不同,采用不同煤轉化高新技術,并在能源梯級利用、產(chǎn)品結構方面對工藝優(yōu)化集成,提高整體經(jīng)濟效益,如煤焦化-煤直接液化聯(lián)產(chǎn)、煤焦化-煤氣化合成聯(lián)產(chǎn)、煤氣化合成-電力聯(lián)產(chǎn)、煤層氣開發(fā)與化工利用、煤化工與礦物加工聯(lián)產(chǎn)等。同時,新型煤化工可以通過信息技術的廣泛利用,推動現(xiàn)代煤化工技術在高起點上迅速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化建設。
(四)建設大型企業(yè)和產(chǎn)業(yè)基地。新型煤化工發(fā)展將以建設大型企業(yè)為主,包括采用大型反應器和建設大型現(xiàn)代化單元工廠,如百萬噸級以上的煤直接液化、煤間接液化工廠以及大型聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等。在建設大型企業(yè)的基礎上,形成新型煤化工產(chǎn)業(yè)基地及基地群。每個產(chǎn)業(yè)基地包括若干不同的大型工廠,相近的幾個基地組成基地群,成為國內(nèi)新的重要能源產(chǎn)業(yè)。
(五)有效利用煤炭資源。新型煤化工注重煤的潔凈、高效利用,如高硫煤或高活性低變質(zhì)煤作化工原料煤,在一個工廠用不同的技術加工不同煤種并使各種技術得到集成和互補,使各種煤炭達到物盡其用,充分發(fā)揮煤種、煤質(zhì)特點,實現(xiàn)不同質(zhì)量煤炭資源的合理、有效利用。新型煤化工強化對副產(chǎn)煤氣、合成尾氣、煤氣化及燃燒灰渣等廢物和余能的利用。
(六)經(jīng)濟效益最大化。通過建設大型工廠,應用高新技術,發(fā)揮資源與價格優(yōu)勢,資源優(yōu)化配置,技術優(yōu)化集成,資源、能源的高效合理利用等措施,減少工程建設的資金投入,降低生產(chǎn)成本,提高綜合經(jīng)濟效益。
四、對發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)關鍵技術的建議
(一)煤炭液化技術
無論是引進技術還是自主開發(fā),建設煤直接液化或間接液化工廠都需要國內(nèi)有大量技術配套方面的研究和工程。另外,一次性投資較大也是其共有的特點。因此,現(xiàn)階段國家部署在少數(shù)條件適合的企業(yè)和地區(qū)進行工程化和商業(yè)化示范項目,可以在技術開發(fā)、工程化推進以及商業(yè)化運作等方面積累豐富的經(jīng)驗,為今后大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定扎實的基礎。同時,開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的煤液化技術也是當前和未來幾十年產(chǎn)業(yè)化持續(xù)發(fā)展的客觀需求。目前,國內(nèi)擬建的煤液化項目多采取跨行業(yè)、多元化聯(lián)合投資和多渠道融資的方式解決資金籌措問題,這是今后煤液化項目建設的發(fā)展方向。
(二)甲醇和二甲醚合成技術
目前,國內(nèi)已經(jīng)建設或擬建設的甲醇生產(chǎn)項目很多,據(jù)不完全統(tǒng)計,新上項目的總生產(chǎn)能力不低于1000萬t/a。國外的研究認為,甲醇和二甲醚作為代用發(fā)動機燃料(不是少量摻燒),到達用戶的全成本大于煤基合成油(煤間接液化),同時二甲醚代替柴油也有相關技術問題需要進一步研究。因此,今后新建甲醇、二甲醚工程項目應充分重視市場需求和供求變化。
(三)煤炭焦化
新建煤炭焦化工程項目應立足煤炭企業(yè)原料煤特點,采用大型焦爐和能夠提高焦炭質(zhì)量的先進技術以及必要的環(huán)保技術,以應對未來優(yōu)質(zhì)煉焦煤不足、焦炭市場變化和日益嚴格的環(huán)保政策帶來的更加激烈的競爭。
(四)煤化工多聯(lián)產(chǎn)
煤液化、煤基甲醇、二甲醚、煤炭焦化等煤化工技術在單元工藝(如煤氣化和氣體凈化)、中間產(chǎn)物(如合成氣、氫氣)、目標產(chǎn)品等方面具有很大的互補性。研究表明,將不同的工藝(包括產(chǎn)品再加工,如甲醇制取醋酸等)進行優(yōu)化組合實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn),并與尾氣發(fā)電、廢渣利用等形成綜合聯(lián)產(chǎn),有利于降低工程項目的建設投資及目標產(chǎn)品的平均生產(chǎn)成本,提高整體項目的經(jīng)濟性和抗風險能力。因此,多聯(lián)產(chǎn)是煤炭企業(yè)今后發(fā)展大型煤化工和能源綜合產(chǎn)業(yè)的技術方向。
總之,我國發(fā)展新型的煤化工產(chǎn)業(yè)要因地制宜,學習世界的先進經(jīng)驗和技術,形成多元化的產(chǎn)品鏈條,增強自身發(fā)展能力和發(fā)展后勁。在發(fā)展重點上,要適應市場需求,創(chuàng)造名牌產(chǎn)品,增強市場競爭能力,確立煤化工在世界化工行業(yè)中的地位和作用。
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關鍵詞:煤化工;企業(yè)廢水;處理技術;研究進展
中圖分類號:X784 文獻標識碼:A 文章編號:1008-021X(2016)11-0155-02
煤炭資源是我國重要的能源之一,而且我國煤炭資源的儲量居世界前列。隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展,煤資源的消費結構和方式也發(fā)生了較大的變化,但是還存在煤炭利用效率不高的現(xiàn)象,加劇了環(huán)境污染的現(xiàn)象。煤化工技術是指以原煤為原料,采用化學等方法等技術措施,使煤炭轉化為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的產(chǎn)品的過程[1]。煤化工所涉及的產(chǎn)品眾多,提升了煤炭的利用效率,是推動煤炭能源高效利用的重要途徑。但是,煤化工企業(yè)的發(fā)展,卻帶來了水污染的問題,煤化工企業(yè)用水量大,產(chǎn)生的廢水成分復雜,而且毒性大,若不進行有效的處理,對周圍環(huán)境將造成嚴重的損害,此外,還會造成水資源的浪費,在一些缺水地區(qū),既不經(jīng)濟也不合理。因此,研究和開發(fā)科學高效的煤化工廢水處理技術,不僅能夠促進煤化工行業(yè)的發(fā)展,減少環(huán)境的污染,而且能夠最大限度的利用水資源。
1煤化工企業(yè)廢水的特點
煤化工企業(yè)產(chǎn)生的廢水水量大、成分復雜,按來源可分為焦化廢水、氣化廢水和液化廢水。焦化廢水是在煤焦化的過程中產(chǎn)生的廢水,主要產(chǎn)生于煉焦用水、煤氣凈化、產(chǎn)物提煉等過程中[2]。該類廢水的特點是,水量大、COD和氨氮濃度高,而且廢水中含有長鏈、雜環(huán)化合物,此外還有苯、酮、萘等一些多環(huán)化合物,該類物質(zhì)難以生物降解,而且具有致畸、致癌特性。氣化廢水是煤氣化過程中獲得天然氣或者煤氣過程中產(chǎn)生的廢水,主要含有洗滌污水、冷凝廢水和蒸餾廢水等。該類廢水的主要特點是COD、氨氮、酚類、油類等污染物濃度高,此外,廢水中的一些物質(zhì)對微生物的生長具有毒害和抑制作用。液化廢水時在煤進行液化生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水,該類廢水的特點是污染物含量高,無機鹽含量低。
2煤化工企業(yè)廢水的處理技術
2.1預處理技術
煤化工產(chǎn)生的廢水中酚和氨的含量較高,此外還有油類物質(zhì),經(jīng)過預處理,這些物質(zhì)可被回收利用,而且還能降低對后續(xù)處理工藝的污染負荷,使污水處理系統(tǒng)更為穩(wěn)定。2.1.1脫酚煤化工廢水中所含有的酚,可利用具有高比表面積的吸附材料進行脫酚處理,當吸附材料吸附飽和后,在利用有機溶劑或蒸汽對吸附劑進行解脫再生[3]。常用的吸附材料有改性的膨潤土、活性炭以及大孔的吸附樹脂。天然的膨潤土在其表面具有親水性的硅氧結構,對水中有機物的吸附性差。因此,在利用膨潤土作為吸附劑時通常對其進行改性在加以利用。有研究者對天然的膨潤土和經(jīng)過改性的有機膨潤土的脫酚性能進行了研究,結果表明改性后的膨潤土吸附活化能更大,達到平衡的時間較小,吸附酚的量更大。活性炭也是常用的吸附劑之一,活性炭的具有高比表面積、表面的孔結構發(fā)達,而且價格相對低廉。因此,在煤化工廢水脫酚處理中常用活性炭為吸附劑。有研究者利用活性炭吸附濃度為60mg/L的苯酚,在溫度為30℃,pH值為6.0的條件下,苯酚去除率為86%。還有研究者采用活性炭纖維來作為煤化工廢水脫酚的吸附材料,該材料具有吸附和解吸速度快,再生條件好的優(yōu)點。隨著高分子材料技術的發(fā)展,新型的吸附材料展現(xiàn)出了更為優(yōu)越的吸附性能,例如大孔吸附樹脂的應用,大孔吸附樹脂與吸附物質(zhì)之間靠范德華力來吸附,其表面還有巨大的比表面積,相比活性炭等吸附材料,它具有空分布窄,容易解脫等優(yōu)點。2.1.2除油煤化工企業(yè)產(chǎn)生的廢水中含有一定的油類,油類物質(zhì)將會黏附在菌膠團的表面,進而阻礙了可溶性有機物進入到微生物的細胞壁,從而影響了生物處理工藝的效果,因此在進入生化處理單元前應對煤化工廢水進行出油,以提高后續(xù)的處理效果。通常情況下,生化處理廢水要求進水中含油量需小于50mg/L。在煤化工廢水的油類物質(zhì)通常采用隔油池和氣浮法來進行控制[4]。2.1.3蒸氨煤化工廢水氨氮的濃度很高,主要來源于煤制氣反應中高溫裂解和煤制氣反應剩余的氨水。高濃度的氨氮,在進行生化處理過程中會抑制硝化細菌的活性,進而導致生活處理工藝處理效果不佳,不能保證出水氨氮達標。目前脫氨的過程主要采用水蒸氣汽提法,將煤化工產(chǎn)生的廢水中通入大量的高溫蒸汽,使其充分的接觸,以此將廢水中的氨氮進行吹脫,這樣可以有效的降低廢水中氨氮濃度。吹脫出的氨氮在經(jīng)過分離、蒸餾等步驟進行回收再利用。
2.2深度處理技術
煤化工廢水中污染物濃度極高,成分復雜,而且難以降解。煤化工廢水經(jīng)過預處理后COD、氨氮等污染物的濃度得到了一定程度的降解,而難降解有機物在生化處理過程中幾乎沒有被降解,因此經(jīng)過生化出后還需對其進行深度處理,進而滿足出水的排放標準。目前在煤化工廢水處理中應用最多的深度處理技術是高級氧化技術,主要有臭氧氧化技術、非均相催化臭氧氧化技術、超臨界水氧化技術、光催化氧化技術等[5]。2.2.1臭氧氧化技術臭氧是一種強化劑,其氧化過程有兩種途徑,一種是直接通過分子臭氧氧化,另一種是間接的通過臭氧分解并生成羥基自由基來進行氧化[6]。臭氧氧化技術可以降低煤化工廢水中的COD,同時還能夠降低水中的色度和濁度,同時在該過程中不產(chǎn)生二次污染。有研究表明,在內(nèi)循環(huán)的反應器中,利用臭氧對煤化工廢水進行深度處理,COD的去除率可到40%~50%,其中對酚類和雜環(huán)類有機物效果最好。隨著對臭氧氧化技術的深入研究發(fā)現(xiàn),臭氧在單獨使用過程中,有機物和臭氧反應后通常會生成醛和羧酸,而這兩種物質(zhì)不能再和臭氧繼續(xù)反應,進而限制了臭氧的礦化作用,降低了臭氧的處理效果。因此,研究者采取了其他的措施以提高臭氧的氧化作用,有研究者采用UV與臭氧聯(lián)用來進行廢水的處理,結果表明臭氧的氧化能力比單獨使用時提高了10倍以上,極大地改善了臭氧的氧化能力。2.2.2非均相催化臭氧氧化技術非均相催化臭氧氧化技術是建立在臭氧氧化的基礎之上的一類新型的高級氧化技術,是臭氧在特定的催化劑作用下產(chǎn)生高效的羥基自由基對有機物進行氧化分解,主要使用的催化劑有金屬氧化物、金屬改性的沸石、活性炭等[7]。目前研究最多的是金屬氧化物,例如Al2O3、TiO2等。此外,影響其氧化效果的因素還有pH值和溫度。pH值主要是影響OH的產(chǎn)生,pH值升高有助于提高OH的產(chǎn)生,進而提高氧化能力。在催化氧化過程中,催化劑不僅起到催化的作用,而且還具有吸附作用,pH值的變化將影響金屬氧化表面的電荷的轉移,進而影響了對有機物的吸附能力。2.2.3超臨界水氧化技術超臨界水氧化技術是利用水在超臨界狀態(tài)下,具有非極性有機溶劑的性質(zhì),進而對有機物進行氧化分解的技術。該技術具有反應效率高,處理徹底。反應器結構簡單等優(yōu)勢,但是由于超臨界狀態(tài)的水具有嚴重的腐蝕性,無機鹽在反應過程中會結晶析出,進而導致設備和管道堵塞等問題,最終提高了超臨界廢水的處理成本,影響了工業(yè)化應用的進程。2.2.4光催化氧化技術光催化氧化技術是利用半導體材料,在紫外光照射下將吸附于材料表面的氧化劑進行激發(fā),進而產(chǎn)生具有強化性能的羥基自由基,然后利用羥基自由基對有機物進行氧化分解。TiO2是應用最多的光催化劑,有研究者利用光催化技術處理模擬的苯酚廢水,結果表明,TiO2的投加量為2g/L、pH值為3,光照2.5h的條件下,苯酚的去除效果最佳,可達到96%。TiO2光催化技術對難降解有機物的處理效果十分顯著,但是現(xiàn)階段還未能應用于煤化工廢水的處理中,原因在于該催化劑不能充分的利用太陽能,反應器設計難以符合實際的應用。相信隨著技術的發(fā)展,這些問題終將會被解決,給煤化工廢水處理技術帶來新的突破。
3結語
煤化工技術給煤炭資源的利用帶來了新的發(fā)展方向,提高了煤炭的利用效率。但是煤化工企業(yè)產(chǎn)生的廢水又給我們提出了一個新的難題,由于其水量大,污染物濃度高,而且成分復雜,毒性大,單一的處理技術根本不能滿足要求。建議企業(yè)和研究機構在結合實際工程的前提下,加大對煤化工廢水處理技術的研究,努力及早實現(xiàn)處理效率高、環(huán)境友好的廢水處理技術,以帶動煤化工行業(yè)向著更高的方向發(fā)展。
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關鍵詞 煤化工行業(yè) 好含鹽廢水 系統(tǒng)優(yōu)化
中圖分類號:X703 文獻標識碼:A
我國煤化工行業(yè)的起步較晚,近年來雖然取得了一定的成績,但是在煤化工相關附屬活動中表現(xiàn)的并不盡如人意。我們知道,煤化工是一個復雜的過程,其中伴隨著系統(tǒng)的化學反應,這些反應一方面促使了煤化工產(chǎn)品的最終實現(xiàn),但是,不可避免的一些廢水借此生成,如何對這些廢水尤其是高含鹽廢水進行處理和優(yōu)化,達到“零排放”或者節(jié)能減排的標準,就顯得尤為重要。尤其在當前環(huán)境下,我國的煤化工技術處于起步階段,面臨著來自于技術、經(jīng)濟、環(huán)境和規(guī)劃管理方面的諸多問題。但是,就在當下,國際上和國家層面上的對環(huán)境治理的要求越來越高、越來越緊迫。在這種情況下,煤化工企業(yè)處于一個極為困難的境地,一方面要對社會的要求作出正確的積極的反應,另一方面,還要在現(xiàn)有的技術水平上進行全方面的創(chuàng)新。但是,也只有如此,才能實現(xiàn)煤化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
一、化工廢水與煤化工廢水的分類與處理技術
(一)化工廢水的種類和處理技術概述。
對化工企業(yè)生成的廢水而言,一般將其分為“工藝有機廢水”和“含鹽廢水”兩大類。前者主要以工藝廢水和生活污水為主,污染物主要為COD,并且該類廢水中的含鹽量相對較低,對其進行處理的過程相對較易,有機廢水的處理過程首先要對水質(zhì)特點進行分析,然后經(jīng)過預處理和生化處理等相關措施后,將其在回用到生產(chǎn)工藝過程之中;后者,即含鹽廢水的來源較為廣泛,在循環(huán)水系統(tǒng)排水中會出現(xiàn)含鹽廢水,在除鹽水系統(tǒng)排水和鍋爐排水中也會出現(xiàn)含鹽廢水,甚至在回用水的處理系統(tǒng)濃水中也會生成。因此,含鹽廢水的處理一般較為復雜,通常的處理方法是通過“膜濃縮”技術,即通過超濾與反滲透相結合的技術,對該類廢水進行處理,也可以通過熱濃縮技術使廢水中的雜質(zhì)得到一定程度的濃縮,其中生成的清水可在此用于循環(huán)水系統(tǒng)之中,剩余的濃高鹽廢水(高含鹽廢水)將視情況對其進行再處理。
(二)煤化工廢水的分類和處理技術概述。
在現(xiàn)代煤化工企業(yè)中,廢水的分類同樣是按照含鹽量進行的,分類的結果同樣是有機廢水和含鹽廢水兩大類。但是,與其他化工企業(yè)所產(chǎn)生的廢水不同的是,煤化工過程中產(chǎn)生的有機廢水的成分存在著顯著的差別,這種差別與煤氣化工藝有著明顯的關系。截止到目前,國內(nèi)、外有近二十種煤氣化技術,這些技術的引進是利用主要與煤質(zhì)的特點與投資成本有關。另一方面,在煤化工行業(yè)中,含鹽廢水中“鹽”的來源是極為特殊的,它的生成機制與補充新鮮水和循環(huán)冷卻水密切相關,同時,在除鹽水生產(chǎn)過程也會產(chǎn)生新的高含鹽廢水,并在在有機廢水的處理過程中,往往要添加相應的藥劑,而這也會產(chǎn)生相應的高含鹽廢水。比如,在國內(nèi)某大型煤炭企業(yè)中,煤制天然氣項目要以新鮮水進行補充,而在這一過程中帶入進去的鹽量就已經(jīng)超過了系統(tǒng)鹽量的一半以上,即便是在生產(chǎn)過程與水系統(tǒng)添加化學藥劑的過程中,也會產(chǎn)生近30%的鹽量。雖然能夠對循環(huán)冷卻系統(tǒng)的循環(huán)倍數(shù)進行系統(tǒng)優(yōu)化和選擇,但是廢水含鹽量卻難以實現(xiàn)真正的降低。一般而言,煤化工行業(yè)含鹽廢水的TDS往往保持在5000mg/L左右,處于較高的水平。
二、煤化工行業(yè)高含鹽廢水的排放、處理技術與障礙
(一)煤化工行業(yè)高含鹽廢水的排放處理方法。
對煤化工行業(yè)而言,對高含鹽廢水的處理方法主要有兩類,一類是直接排放,一類是處理后排放。但是無論是哪一種排放方法,都應在最終(理論上)實現(xiàn)“零排放”的要求。一般而言,實現(xiàn)高含鹽廢水的零排放還存在兩類不同的方式,其中一種面向區(qū)域范圍的零排放,另一種的排放范圍更小,往往屬于廠區(qū)內(nèi)的排放。對于前者而言,要求在項目的周邊區(qū)域內(nèi)存在能夠消納高含鹽廢水的場所或者企業(yè),這些場所或者企業(yè)在生產(chǎn)過程或者生產(chǎn)工藝上能夠與煤化工企業(yè)形成一定的“互補關系”,這種互補關系能夠促進水資源的“梯級利用”。而這些場所或者企業(yè)對水質(zhì)的要求一般較低,比如煉鐵高爐、洗煤廠等,或者一些用于鍋爐沖渣、煤場或者渣場噴灑的場所。當然,將高含鹽廢水進行區(qū)域性的排放存在著一定的限制,周圍企業(yè)的用水量、灰渣場及煤場面積以及儲存量和開放性等往往是有限的,使得它們對高含鹽廢水的吸收量處于特定的范圍之內(nèi);對于后者,即廠區(qū)內(nèi)高含鹽廢水的排放而言,處理的難度是更大一些的,這是因為,廠區(qū)內(nèi)對高含鹽廢水綜合利用的方式十分有限,不能像前者那樣“直接”進行排放,因此需要特定的化學工藝對其進行處理,降低廢水濃度。
(二)煤化工行業(yè)高含鹽廢水的處理技術。
在煤化工企業(yè)總,高含鹽廢水的處理技術和方法主要集中于以下幾個方面:(1)深井灌注法。這種方法首先應用于美國和墨西哥等國家,但是推廣起來有較高的難度,這是因為,該方法對自然、地質(zhì)等條件的要求較高,難以得到相關法律、法規(guī)的支持,并且至今也未獲得相關的技術標準;(2)自然蒸發(fā)池法。這是一種傳統(tǒng)的降低廢水鹽度的方法,處理過程中需要建設面積較大的水池,在水池中貯存高含鹽廢水,通過對太陽能的利用,使其中的水分自然蒸發(fā),鹽分得到保留,在對其進行定期清理之后在注入相應的高含鹽廢水,如此反復。該方法可重復使用的頻率較高,對工藝上不存在較大的難度,只需在池內(nèi)增加相應的防滲措施即可。當然,這種方法也存在著一定的弊端,如果煤化工企業(yè)隨處的區(qū)域降雨量較大、蒸發(fā)量較小,或者處于地面擁擠、人口稠密的地區(qū),將使其面臨較大的束縛,可利用性也將大打折扣;(3)蒸發(fā)結晶法。該方法是通過特殊的手段使高含鹽廢水中的鹽分以結晶的方式析出,從這一點看,與自然蒸發(fā)池法的工作原理類似。所不同的是,該方法中蒸發(fā)結晶主要通過“多效蒸發(fā)處理技術”和“機械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)技術”為主。其中,經(jīng)“多效蒸發(fā)”處理后回收的淡水會達到90%左右,而“機械壓縮結晶技術的熱效率相對更高,其淡水的回收率能夠達到98%左右,基本實現(xiàn)了淡水的全部回收;(4)“NACE”法。該方法是將“反滲透技術”與“蒸餾技術”結合在一體的新工藝,該工藝的核心部分一種商業(yè)納米結構的聚合物材料——“納米結構高核電電解質(zhì)”。這種材料的工作特點是對分子進行過濾,水分子可以從中通過,而其他離子(離子)將被隔離在外。 “NACE”工藝工藝中產(chǎn)生的高含鹽廢水再進入到“炭化焚燒爐”中進行處理,其中的有機物被碳化掉,以此來實現(xiàn)節(jié)能減排的目的。
(三)煤化工行業(yè)高含鹽廢水處理過程中遇到的障礙。
雖然在前文給出了幾種常見的煤化工行業(yè)高含鹽廢水處理方法,但是在實際應用中卻存在一定的障礙。比如,在煤化工行業(yè)中,煤化工藝裝置中難以獲得大量的低壓蒸汽,這就限制了高含鹽廢水濃縮結晶的程度。此外,熱濃縮設備腐蝕也是十分嚴重的問題之一,這是因為,水中的高鹽分會對設備產(chǎn)生一定的腐蝕作用,這將降低熱濃縮的處理率,也會威脅到設備的使用壽命和安全運行,并且正是因為這些因素的存在,使得高含鹽廢水的處理成本一直處于較高的水平。鑒于此,同時來自于技術與處理成本的限制,我國國內(nèi)煤化工項目中難以找到長期正常運行的案例。此外,即便是對于對設施設備要求較低的“自然蒸發(fā)池”也存在較高的限制,比如,該方法要求占地面積較大,對該地區(qū)的氣候等條件也要求“苛刻”等,使得該方法只能在特定的區(qū)域內(nèi)得到應用;而NACE法的設備運行成本雖然較低,但是尚未發(fā)現(xiàn)建成后完整運行的案例,工業(yè)化的水平一直處于較低的層面;而焚燒法在處理高含鹽廢水時能耗較高、對防腐蝕性的要求也較高,要想獲得穩(wěn)定的運行也是相對困難的。
三、煤化工行業(yè)高含鹽廢水處理的系統(tǒng)優(yōu)化
(一)從更高的層面重視對煤化工高含鹽廢水回收與處理。
為了實現(xiàn)煤化工行業(yè)高含鹽廢水的處理高效率,需要從更高的層面重視對煤化工高含鹽廢水回收與處理。只有這樣,才能做到目標的分解和逐層實現(xiàn)。為此,需要做到以下幾點:完善煤化工企業(yè)制度,建立和企業(yè)治理結構,引進先進的煤化工高含鹽廢水的處理技術和管理經(jīng)驗,在政策和決策層面向高含鹽廢水處理方面傾斜,相應國家和社會的號召;不斷提高煤化工企業(yè)的風險管控水平,將現(xiàn)有的技術、設備、設施進行轉化開發(fā)和再利用,積極的尋找條件和政策方面的支持,建立和健全煤化工企業(yè)和行業(yè)的高含鹽廢水處理綜合體系,實現(xiàn)資源的共享和風險公擔機制。
(二)改進和優(yōu)化煤化工高含鹽廢水的處理工藝和處理技術。
在煤化工行業(yè)的實際生產(chǎn)過程中,要想實現(xiàn)高含鹽廢水“零排放”這一理想狀態(tài)是有較大困難的。這是因為,在煤制氣的過程中,要產(chǎn)生大量的廢棄物,并且成分復雜,其中除了含有氨、氰等無機污染成分,還含有一定的酚、萘、蒽等化合物,這就導致了很多煤化工高含鹽廢水的水質(zhì)處于理論指標的上位,在這種情況下,高含鹽廢水的排放工作就變得更加艱巨。為此,需要改進和優(yōu)化煤化工高含鹽廢水的處理工藝和處理技術,曾倩高含鹽廢水的前期預處理水平,有針對性的對煤化工的副產(chǎn)品進行分離,以此為后續(xù)的廢水回收處理工作提供支持。比如,在副產(chǎn)品的分離方面,需要做到和做好除油、脫酸和脫氨等工作,提高預處理的效率降低,提高高含鹽廢水水質(zhì)的處理水平。
四、結束語
煤炭是我國主要的能源,而在現(xiàn)代化的進程中,煤化工行業(yè)雖然為社會的發(fā)展和進步帶來了一定的貢獻,但是,由此產(chǎn)生的一些與環(huán)境和生態(tài)有關的問題也在逐漸地影響正常的生產(chǎn)和生活,煤化工過程中產(chǎn)生的高含鹽廢水就是其中的一個主要品類。為了實現(xiàn)對此類污染物的處理和再利用,有關企業(yè)和部門應加強合作,開發(fā)技術,引進管理理念,共同促進現(xiàn)代煤化工企業(yè)和行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
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一、推行和實施素質(zhì)教育,注重學生的全面發(fā)展。通過規(guī)范的教學活動和豐富的教研活動,提高專業(yè)素質(zhì)和教學水平,提高學生的知識水平,培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)美、欣賞美和創(chuàng)造美的能力。
二、加強學習,提高自身業(yè)務能力,努力提高理論水平與實踐能力。并且積極參加市、區(qū)組織的備課和聽課等活動,取他人所長,補己之短,在比較中學習,在實踐中提高。
三、學期教學目標:
1、認真完成美術教學工作,做到按表上課,不落一節(jié)課。注重課堂中學生的自主學習,培養(yǎng)學生的學習能力,調(diào)動學習的積極性。爭取把每節(jié)課的導課設計新穎、獨特。
2、以聽評課等教研活動為基礎,備好、上好每一節(jié)課,積極提高教學藝術水平。
3 、組織美術研討和交流活動,與全組美術教師互相學習、取長補短,共同提高專業(yè)素質(zhì)。
4、通過各種美術競賽活動的開展,激發(fā)學生學習美術的興趣,從而使他們能從中學到知識,陶冶情操,提高品位,營造濃厚的文化藝術氛圍。a、本學期,學校各項活動較多,美術活動以班級為單位,以課堂為載體,搭建展示平臺。如班級藝術園等。b、在本人任課班級展開人人爭當小老師活動,期初鼓勵學生選課選內(nèi)容,提前報名,然后安排講課,鍛煉學生的綜合能力。
5、通過課內(nèi)教學活動和組織的課外興趣小組活動,培養(yǎng)一批美術特長生,以點帶面帶動全體學生學好美術,從而全面提高美術素養(yǎng)與美術技能。
二、主要工作
(一)更新教學理念,指導教學實踐。
1、進一步認真學習《基礎教育課程改革綱要》,更新教學理念,明確課改方向。在改革的實踐中進行理論探索,在實踐積累中進行理論創(chuàng)新,在教改實踐中反思。通過學習和培訓、實踐和反思、改革和創(chuàng)新,全方位地轉變教育教學觀念和提高教育教學認識。開放教育觀念、開放教學過程、開放教學空間、使自己成為學生的促進者、教育研究者、課程的建設者。
2、認真學習和研究基礎教育階段課程標準,搞好課改年級課教材的集體備課,并結合課堂教學組織觀摩研究課。
3、學習有關教學策略和教學評價的理論和經(jīng)驗,推進校本課程的研究和開發(fā)。
4、應用現(xiàn)代教學理論開發(fā)多媒體教學輔助課件。認真組織學習教育理論刊物、提高搜集信息、處理信息和交流信息的能力,充分利用一切學習資源不斷提高理論素養(yǎng)和知識水平。
(二)改進教研方式,做好教學工作。
1、組織學科新教材的培訓,組織教材分析和教學研究,領會新教材的結構體系和單元教學要求。
2、組織教師學習《常州市美術學科教學建議》。
3、注重課程與學生生活經(jīng)驗緊密關聯(lián),使學生在積極的情感體驗中提高想象力和創(chuàng)造力。
三、日程安排
九月份
1、召開全體美術學科教師會議,布置新學期教研工作。
2、一年級蘇少版課標本教材以及四年級教材的培訓工作。
3、美術學科協(xié)進組活動
十月份
1、小學美術新課程教學研究課、教材教法研討座談。
2、學科常規(guī)調(diào)研。
3、美術一年級集體備課。
4、小學美術學科協(xié)進組活動
十一月份
1、新教材課堂教學研討活動。
2、課題研究工作。
3、小學美術學科協(xié)進組活動
十二月份
1、組織參加常州市中小學美術教師多媒體課件評比活動。
2、小學美術學科協(xié)進組活動
3、課題研究工作。
一月份
1、課程改革經(jīng)驗交流座談會。
2、參加市區(qū)美術學科專業(yè)委員會理事會議,商討下學期工作。
本年級學生對美術課興趣濃厚,并具有較好的繪畫基礎和對各種材料綜合運用能力,其中對繪畫材料的運用能力較強。大部分學生能較好地表現(xiàn)平面形象、立體造型,并能大膽地發(fā)揮想象,作品內(nèi)容豐富,富有生活情趣;有較高的創(chuàng)新意識和較好的心理品質(zhì)。但也有一部分學生空間感較弱,對一些廢舊材料的綜合運用能力較差,有待進一步地提高。
二、教學目的要求
(一)總目標
學生以個人或集體合作的方式參與各種美術活動,嘗試各種工具、材料和制作過程,學習美術欣賞和評述的方法,豐富視覺、觸覺和審美經(jīng)驗,體驗美術活動的樂趣,獲得對美術學習的持久興趣;了解基本美術語言和表達方式和方法,表達自己的情感和思想,美化環(huán)境與生活。在美術學習過程中,激發(fā)創(chuàng)造精神,發(fā)展美術實踐能力,形成基本的美術素養(yǎng),陶冶高尚的審美情操,完善人格。
(二)各學習領域目標
1.造型表現(xiàn)學習領域
初步認識形、色與肌理等美術語言,學習使用各種工具,體驗不同媒體的效果,通過看看、畫畫、做做等方法表現(xiàn)所見所聞,激發(fā)豐富的想象力與創(chuàng)造愿望。
2.設計應用學習領域
學習對比與和諧、對稱與均衡等組合原理,了解一些簡易的創(chuàng)作意圖和手工制作的方法,進行簡單的設計和裝飾,感受設計制作與其它美術活動的區(qū)別。
3.欣賞評述學習領域
觀賞自然和各種美術作品的形、色與質(zhì)感,能用口頭或書南語言對欣賞對象進行描述,說出其特色,表達自己的感受。
4.綜合探索學習領域
造型游戲的方式,結合語文、音樂等課程內(nèi)容,進行美術創(chuàng)作表演和展示,并發(fā)表自己的創(chuàng)作意圖。
三、教材分析
(一)教學重點
1.學習色彩的明度漸變和純度漸變等色彩知識,體驗色彩的表現(xiàn)力,并能有目的地加以運用。
2.能用日記畫的形式表現(xiàn)生活中的有趣情境、有意義的事和自己喜歡的人物,表達自己的情感。
用各種瓶子及其它塑造材料,大膽想象并設計制作簡單的立體或半立體造型。
(二)教學難點
1.利用多種媒體,如蛋殼、廢包裝、稻草等材料制作作品。
2.欣賞情節(jié)性比較強的中外作品,認識該美術作品的藝術特點。
3.用水粉、水彩顏料表現(xiàn)周圍的事物,表達自己的興趣與愿望。
4.運用對比與和諧、對稱與均衡等組合原理,通過植物籽粒,纖維線材、織物等材料的平面拼貼進行造型設計。
5.能運用紫沙泥等材料進行立體造型,并用水粉顏料加工、裝飾。
四、教學措施
1.應將學習內(nèi)容與生活經(jīng)驗緊密聯(lián)系起來,強調(diào)知識和技能在幫助學生美術生活方面的作用,使學生在實際生活中領悟美術的獨特價值。
2.多種形式,組織學生認識人的情感、態(tài)度、價值觀的差異性,人類社會的豐富性,并在一種廣泛的文化情境中,認識美術的特征、美術表現(xiàn)的多樣性以及美術對社會生活的獨特貢獻。同時,培養(yǎng)學生對祖國優(yōu)秀文化的熱愛,對世界多元文化教育的寬容和尊重。