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摘 要： 煤化工是指以煤為原料，經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。主要包括煤的氣化、液化、干餾，以及焦油加工和電石乙炔化工等。我國很多大學也都開設了煤化工專業，本文是一篇 河南理工大學學報投稿 的論文范文，主要論述了煤化工發展
煤化工是指以煤為原料，經化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。主要包括煤的氣化、液化、干餾，以及焦油加工和電石乙炔化工等。我國很多大學也都開設了煤化工專業，本文是一篇河南理工大學學報投稿的論文范文，主要論述了煤化工發展水環境約束。
【摘 要】作為煤炭清潔高效利用的重要部分，煤化工發展前景值得期待。現階段困擾煤化工發展的主要因素為以廢水污染物排放和水資源緊缺為特征的水環境約束。本文應用統計學、計量經濟學相關理論，對當前我國煤化工發展較快7省份的水環境約束進行分析，得出：相對而言，山西、河南、青海等省環境納污能力和工業用水較豐富，是我國煤化工項目布設的優勢地區。而新疆、內蒙水環境約束趨緊不利于煤化工示范項目的順利實施。最后，為推進煤化工的進一步發展提出政策建議。
【關鍵詞】煤化工,COD排放,氨氮排放,工業用水約束
【Abstract】As an important part of clean and efficient utilization of coal， the development of coal chemical industry was worth looking forward to. At present， the water environment constraint restricted the development of coal chemical industry. Using the statistical and econometric theory， the water environmental constraints of seven provinces， in which the coal chemical industry was developed rapidly， were analyzed in this paper. And it was concluded that comparing to Xinjiang and Neimeng， Shanxi， Henan and Qinghai were the appropriate areas for developing coal chemical industry. Finally in order to promote further development of coal chemical industry， the recommendations were put forward.
【Keywords】Coal chemical industry; COD Emission; Ammonia Nitrogen Emission; Constraint of industrial water
1 前言
多年來，作為戰略儲備，煤化工工藝技術得到長足發展。當前，焦化、化肥等傳統煤化工正逐步實現高效化、清潔化發展，煤制燃料(油品、天然氣等)、煤制化學品(甲醇、烯烴、芳烴、乙二醇、二甲醚等)等現代煤化工也已經發展到工業化示范階段[1]。未來，隨著煤炭利用模式的逐步升級，當煤炭產品作為原料被利用成為主流之時，現代煤化工將迎來產業化發展。目前，我國煤化工發展較快的省份包括山西、內蒙、陜西、河南、寧夏、青海、新疆7省。
現階段，伴隨著化工產品的產出，煤化工項目對生態環境產生一定影響，具體為：1)大氣污染物排放，主要包括三方面：①煤中的S、N最終可能以SO2、H2S、NOx、NH3等形式混入煙氣而排入大氣中;②過程中的各種工藝廢氣，如焦化過程的焦爐煤氣等;③CO2。2)水污染物排放，煤化工廢水污染物成分復雜，包括氨氮、酚類、多換芳香族化合物以及含N、O、S的雜環化合物等石油類化合物。3)固體廢物排放，包括煤氣化過程產生的各種爐渣、廢催化劑及污水處理工程中的污泥。其中，各類爐渣屬于一般固體廢物，廢催化劑和污泥屬于危險廢物[2]。另據資料調研[3]，與直接燃煤相比，煤化工的SO2排放可下降99.8%，粉塵排放可下降99.9%，和燃煤發電(帶脫硫脫銷，脫硫效率約90%)相比，SO2排放可進一步降低80%，NOx可降低75%。另外，與傳統煤化工相比，源于工藝，現代煤化工可以將煤炭中的硫以及其他重金屬分離出來使其能容易去除，使煤炭中的氮以氨氮的形式存在于廢水中，其排放的CO2也可以收集起來，集中處理，減少CO2排放[4]。同時隨著科學技術的不斷進步，現代煤化工目前能源轉化效率逐步提高，煤制天然氣升級示范項目的能源轉化效率達到56%～60%，高于燃煤發電40%～46%的水平，煤制油、煤制烯烴的能源轉化效率都達到40%以上。提高能效也是CO2減排的有效途徑。另據相關研究，煤制天然氣用于民用和工業燃氣、車用燃料等與發展煤電的能源轉化效率相當，在一些應用領域由于煤電，不會造成全社會CO2排放量的增加[3]。相比較，煤化工廢水成分復雜，廢水中COD一般在2000～4000mg/L，氨氮為200～500mg/L，總酚質量濃度為300～1000mg/L，揮發酚質量濃度為50～300mg/L，同時還含有氰化物、硫氰化物、多環芳香族化合物及雜環化合物等有毒有害物質，是當前難處理的工業廢水之一[5]。此外，煤化工廢水處理還存在污染物處理技術滯后于生產技術的可能[2]。因此，煤化工對大氣污染較小，其生態環境影響主要源于化工廢水以及相應污染物的排放。
此外，煤化工屬于高耗水行業。據資料調研，目前依生產工藝及產品種類不同，我國煤化工生產單產品水耗為4.5～14噸/噸-產品，合成氨、煤制二甲醚、間接煤制油、煤制烯烴、煤制氣、直接煤制油等現代煤化工工藝水耗相對較高，其單產品用水約為10噸或以上[6]。
在我國建設生態文明、推行節能減排、實行最嚴格水資源管理制度的當下，煤化工發展的主要約束以化工廢水排放和水資源短缺為特征的水環境約束。本文通過對我國山西等7省發展煤化工COD、氨氮排放空間和用水空間的研究，分析各省煤化工發展水環境約束，并基于此，對各省煤化工發展提出合理化建議，為各省煤化工規劃的編制提供基礎依據。
2 研究方法
本文研究的假設： (1)“十三五”期間我國COD、氨氮排放總量控制力度不減，即2020年比2015年COD、氨氮排放總量增加或減少比例與“十二五”相同。
(2)假設未來山西等7省COD和氨氮排放空間、新增工業用水全部用于新上馬的煤化工項目。
課題組基于上述假設，通過調研、數據整理、匯總，充分運用計量經濟學、統計學原理，對山西、內蒙、陜西、河南、寧夏、青海、新疆“十三五”COD、氨氮排放總量、工業用水總量進行預測。將各預測值分別與“十三五”各省的COD、氨氮排放、用水總量控制目標比較，得出各省的COD、氨氮排放空間、新增工業用水量。
本報告定義煤化工發展COD排放最大限值為COD排放空間，煤化工發展氨氮排放最大限值為氨氮排放空間，煤化工發展用水最大限值為新增工業用水量。
3 煤化工發展水環境約束分析
3.1 水污染物排放約束分析
由表1，在當前節能減排政策環境和科學技術水平下，按照當前的經濟發展模式及速度，山西、內蒙、河南、寧夏、青海至2020年均有COD和氨氮排放空間。陜西省COD排放空間較大，卻沒有氨氮排放空間。新疆則沒有COD和氨氮的排放空間。在當前假設下，按照目前的發展和污染物減排模式，氨氮排放將構成陜西省煤化工發展的約束;對于新疆而言，COD和氨氮均為其煤化工發展的污染物排放約束。因此，在煤炭資源有保障的前提下，我國布局煤化工項目宜優先選擇河南、內蒙、山西、寧夏、青海等納污能力較強的省份。而若在陜西、新疆建設煤化工項目需強化污染物減排，提高準入條件，如必須選擇廢水零排放流程，同時加強監管，確保污染物不外排;或者改革節能減排機制，創新節能減排技術，強化節能減排力度為發展贏取空間。
3.2 水資源約束分析
由表2，按照當前的經濟發展水平和水資源利用模式，至2015年、2020年、2030年，山西、陜西、河南、青海均有一定的煤化工發展用水空間;而寧夏、新疆兩省至2020年煤化工發展用水空間不足，內蒙至2015年煤化工發展用水空間不足。但是隨著節水技術的進步，用水效率的提高，至2030年，用水將不再成為煤化工發展的約束。分析各省當前的用水結構(見圖1)，新疆、寧夏、內蒙農業用水占比較大，達到本省用水的77%～93%，是主要用水方面。因而，對于寧夏、新疆、內蒙，創新優化用水結構，創新用水模式是解決其用水短缺的必要選擇。據調研所知，內蒙正在進行工農業水權置換探索，期望達到水資源節約和優化配置的目的。因此，從水資源約束的角度考慮，2020年前，在煤炭資源有保障的前提下，國家布局煤化工項目應該優先考慮山西、陜西、河南、青海等工業用水較豐富地區。而在寧夏、內蒙、新疆應限制發展煤化工。同時，提高煤化工項目準入門檻，在工藝上，選擇節水工藝、提高水的再生和回用的工藝、空冷技術等[7-8]。
4 結論及建議
隨著煤炭產業的轉型升級和科學技術的進步，作為煤炭清潔高效利用的重要方面，作為石化產業的有益補充和合理替代，煤化工的發展前景值得期待。然而，現階段由于受到廢水處理困難和水資源短缺等的影響，煤化工還處于工業化示范階段。本文基于研究，認為在煤炭資源保障充分的前提下，綜合考慮地區納污能力和工業用水供給，我國煤化工項目應優先在山西、河南、青海等省有序建設，而在新疆、內蒙等省，則不適宜大規模布設煤化工項目。然而，新疆，內蒙等地煤炭資源豐富且煤種多不適宜長距離輸送應就地轉化。因此，為推進煤化工的進一步發展，建議：
(1)現階段將煤化工作為戰略儲備，加大技術研發投入，重點在煤化工工藝流程的低成本、高效、穩定、連續運轉、節能節水、“三廢”處理及綜合利用技術等方面取得突破性進展，在自然資源、生態環境可承載范圍內實現煤化工的產業化發展。
(2)強化用水管理，試行水權置換。第一，因地制宜建立與經濟社會良性發展高度協調的水資源管理體制。水是生命之源，是人們正常生產生活的基本物質保障。用水管理是對水活動的管理，通過有效控制用水，實現合理用水，使有限的水資源發揮最大效益[9]。準確把握地區經濟發展、社會進步以及人們生產生活需求等現狀，加強宏觀調控，積極推進用水管理改革，逐步建立起分級管理，權責明確，運轉協調、行為規范的用水管理體系。完善用水管理相關制度，包括用水總量控制制度、用水定額管理制度、有償使用制度、用水節水管理制度等[10]。第二，改革水價，明晰水權，建立市場機制。充分發揮市場在資源配置中的作用，運用市場經濟相關理論，在公平合理和效率優先的原則下做好水權的初始配置，明晰水的所有權、使用權、收益權，建立合理的用水定價機制，建立與發展以市場為手段和政府宏觀調控相結合的水市場，實現水資源的合理配置[11]。第三，建立用水效率管理體系。具體為：研究并建立用水效率管理指標，建立用水定額動態監管體系，完善用水監測計量和信息統計制度[11]，強化計量和考核管理，建立并嚴格執行項目水資源論證報告制度，嚴格限制高耗水、重污染工業項目建設，建立水資源預警管理制度等[12]。第四，試行水權置換。基于研究，明確水權置換的范圍、層次、規模，摸索水權置換程旭，制定水權置換的監督管理辦法[12]。
(3)在新疆、內蒙等地應選擇資源優勢明顯，環境納污能力較強，工業用水較豐富地區，如準東、蒙東、鄂爾多斯地區，建設煤化工基地。
(4)提高行業準入條件，在新疆、內蒙等省上馬煤化工項目，需選擇節能、節水、環保工藝。首先，提高節水意識，基于對煤化工工藝用水系統的全面分析，改進工藝技術(如采用夾點技術[13]、空冷技術等)，逐步優化水網。其次，盡可能實現工業廢水的循環利用、循序再用，提高水的重復利用率[14]。再次，依據煤化工廢水特點，制定合理的廢水處理工藝(如預處理+生化處理+三級處理+污泥處理+廢氣處理+污水回用處理+濃鹽水達標處理或濃縮處理+蒸發結晶的聯合處理工藝[15])，實現廢水“零排放”。
參考文獻：
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相關期刊簡介：《河南理工大學學報（自然科學版）》（雙月刊）創刊于1981年，為河南省教育廳主管、河南理工大學主辦的以礦業工程為特色的綜合性學術刊物，雙月刊,逢單月出版,面向國內外公開發行，為國內外多家數據庫和文摘刊物的重要收錄源刊，是河南省優秀科技期刊，在國內礦業工程領域具有較高的影響。
