煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等。我国很多大学也都开设了煤化工专业，本文是一篇河南理工大学学报投稿的论文范文，主要论述了煤化工发展水环境约束。
【摘 要】作为煤炭清洁高效利用的重要部分，煤化工发展前景值得期待。现阶段困扰煤化工发展的主要因素为以废水污染物排放和水资源紧缺为特征的水环境约束。本文应用统计学、计量经济学相关理论，对当前我国煤化工发展较快7省份的水环境约束进行分析，得出：相对而言，山西、河南、青海等省环境纳污能力和工业用水较丰富，是我国煤化工项目布设的优势地区。而新疆、内蒙水环境约束趋紧不利于煤化工示范项目的顺利实施。最后，为推进煤化工的进一步发展提出政策建议。
【关键词】煤化工,COD排放,氨氮排放,工业用水约束
【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
多年来，作为战略储备，煤化工工艺技术得到长足发展。当前，焦化、化肥等传统煤化工正逐步实现高效化、清洁化发展，煤制燃料(油品、天然气等)、煤制化学品(甲醇、烯烃、芳烃、乙二醇、二甲醚等)等现代煤化工也已经发展到工业化示范阶段[1]。未来，随着煤炭利用模式的逐步升级，当煤炭产品作为原料被利用成为主流之时，现代煤化工将迎来产业化发展。目前，我国煤化工发展较快的省份包括山西、内蒙、陕西、河南、宁夏、青海、新疆7省。
现阶段，伴随着化工产品的产出，煤化工项目对生态环境产生一定影响，具体为：1)大气污染物排放，主要包括三方面：①煤中的S、N最终可能以SO2、H2S、NOx、NH3等形式混入烟气而排入大气中;②过程中的各种工艺废气，如焦化过程的焦炉煤气等;③CO2。2)水污染物排放，煤化工废水污染物成分复杂，包括氨氮、酚类、多换芳香族化合物以及含N、O、S的杂环化合物等石油类化合物。3)固体废物排放，包括煤气化过程产生的各种炉渣、废催化剂及污水处理工程中的污泥。其中，各类炉渣属于一般固体废物，废催化剂和污泥属于危险废物[2]。另据资料调研[3]，与直接燃煤相比，煤化工的SO2排放可下降99.8%，粉尘排放可下降99.9%，和燃煤发电(带脱硫脱销，脱硫效率约90%)相比，SO2排放可进一步降低80%，NOx可降低75%。另外，与传统煤化工相比，源于工艺，现代煤化工可以将煤炭中的硫以及其他重金属分离出来使其能容易去除，使煤炭中的氮以氨氮的形式存在于废水中，其排放的CO2也可以收集起来，集中处理，减少CO2排放[4]。同时随着科学技术的不断进步，现代煤化工目前能源转化效率逐步提高，煤制天然气升级示范项目的能源转化效率达到56%～60%，高于燃煤发电40%～46%的水平，煤制油、煤制烯烃的能源转化效率都达到40%以上。提高能效也是CO2减排的有效途径。另据相关研究，煤制天然气用于民用和工业燃气、车用燃料等与发展煤电的能源转化效率相当，在一些应用领域由于煤电，不会造成全社会CO2排放量的增加[3]。相比较，煤化工废水成分复杂，废水中COD一般在2000～4000mg/L，氨氮为200～500mg/L，总酚质量浓度为300～1000mg/L，挥发酚质量浓度为50～300mg/L，同时还含有氰化物、硫氰化物、多环芳香族化合物及杂环化合物等有毒有害物质，是当前难处理的工业废水之一[5]。此外，煤化工废水处理还存在污染物处理技术滞后于生产技术的可能[2]。因此，煤化工对大气污染较小，其生态环境影响主要源于化工废水以及相应污染物的排放。
此外，煤化工属于高耗水行业。据资料调研，目前依生产工艺及产品种类不同，我国煤化工生产单产品水耗为4.5～14吨/吨-产品，合成氨、煤制二甲醚、间接煤制油、煤制烯烃、煤制气、直接煤制油等现代煤化工工艺水耗相对较高，其单产品用水约为10吨或以上[6]。
在我国建设生态文明、推行节能减排、实行最严格水资源管理制度的当下，煤化工发展的主要约束以化工废水排放和水资源短缺为特征的水环境约束。本文通过对我国山西等7省发展煤化工COD、氨氮排放空间和用水空间的研究，分析各省煤化工发展水环境约束，并基于此，对各省煤化工发展提出合理化建议，为各省煤化工规划的编制提供基础依据。
2 研究方法
本文研究的假设： (1)“十三五”期间我国COD、氨氮排放总量控制力度不减，即2020年比2015年COD、氨氮排放总量增加或减少比例与“十二五”相同。
(2)假设未来山西等7省COD和氨氮排放空间、新增工业用水全部用于新上马的煤化工项目。
课题组基于上述假设，通过调研、数据整理、汇总，充分运用计量经济学、统计学原理，对山西、内蒙、陕西、河南、宁夏、青海、新疆“十三五”COD、氨氮排放总量、工业用水总量进行预测。将各预测值分别与“十三五”各省的COD、氨氮排放、用水总量控制目标比较，得出各省的COD、氨氮排放空间、新增工业用水量。
本报告定义煤化工发展COD排放最大限值为COD排放空间，煤化工发展氨氮排放最大限值为氨氮排放空间，煤化工发展用水最大限值为新增工业用水量。
3 煤化工发展水环境约束分析
3.1 水污染物排放约束分析
由表1，在当前节能减排政策环境和科学技术水平下，按照当前的经济发展模式及速度，山西、内蒙、河南、宁夏、青海至2020年均有COD和氨氮排放空间。陕西省COD排放空间较大，却没有氨氮排放空间。新疆则没有COD和氨氮的排放空间。在当前假设下，按照目前的发展和污染物减排模式，氨氮排放将构成陕西省煤化工发展的约束;对于新疆而言，COD和氨氮均为其煤化工发展的污染物排放约束。因此，在煤炭资源有保障的前提下，我国布局煤化工项目宜优先选择河南、内蒙、山西、宁夏、青海等纳污能力较强的省份。而若在陕西、新疆建设煤化工项目需强化污染物减排，提高准入条件，如必须选择废水零排放流程，同时加强监管，确保污染物不外排;或者改革节能减排机制，创新节能减排技术，强化节能减排力度为发展赢取空间。
3.2 水资源约束分析
由表2，按照当前的经济发展水平和水资源利用模式，至2015年、2020年、2030年，山西、陕西、河南、青海均有一定的煤化工发展用水空间;而宁夏、新疆两省至2020年煤化工发展用水空间不足，内蒙至2015年煤化工发展用水空间不足。但是随着节水技术的进步，用水效率的提高，至2030年，用水将不再成为煤化工发展的约束。分析各省当前的用水结构(见图1)，新疆、宁夏、内蒙农业用水占比较大，达到本省用水的77%～93%，是主要用水方面。因而，对于宁夏、新疆、内蒙，创新优化用水结构，创新用水模式是解决其用水短缺的必要选择。据调研所知，内蒙正在进行工农业水权置换探索，期望达到水资源节约和优化配置的目的。因此，从水资源约束的角度考虑，2020年前，在煤炭资源有保障的前提下，国家布局煤化工项目应该优先考虑山西、陕西、河南、青海等工业用水较丰富地区。而在宁夏、内蒙、新疆应限制发展煤化工。同时，提高煤化工项目准入门槛，在工艺上，选择节水工艺、提高水的再生和回用的工艺、空冷技术等[7-8]。
4 结论及建议
随着煤炭产业的转型升级和科学技术的进步，作为煤炭清洁高效利用的重要方面，作为石化产业的有益补充和合理替代，煤化工的发展前景值得期待。然而，现阶段由于受到废水处理困难和水资源短缺等的影响，煤化工还处于工业化示范阶段。本文基于研究，认为在煤炭资源保障充分的前提下，综合考虑地区纳污能力和工业用水供给，我国煤化工项目应优先在山西、河南、青海等省有序建设，而在新疆、内蒙等省，则不适宜大规模布设煤化工项目。然而，新疆，内蒙等地煤炭资源丰富且煤种多不适宜长距离输送应就地转化。因此，为推进煤化工的进一步发展，建议：
(1)现阶段将煤化工作为战略储备，加大技术研发投入，重点在煤化工工艺流程的低成本、高效、稳定、连续运转、节能节水、“三废”处理及综合利用技术等方面取得突破性进展，在自然资源、生态环境可承载范围内实现煤化工的产业化发展。
(2)强化用水管理，试行水权置换。第一，因地制宜建立与经济社会良性发展高度协调的水资源管理体制。水是生命之源，是人们正常生产生活的基本物质保障。用水管理是对水活动的管理，通过有效控制用水，实现合理用水，使有限的水资源发挥最大效益[9]。准确把握地区经济发展、社会进步以及人们生产生活需求等现状，加强宏观调控，积极推进用水管理改革，逐步建立起分级管理，权责明确，运转协调、行为规范的用水管理体系。完善用水管理相关制度，包括用水总量控制制度、用水定额管理制度、有偿使用制度、用水节水管理制度等[10]。第二，改革水价，明晰水权，建立市场机制。充分发挥市场在资源配置中的作用，运用市场经济相关理论，在公平合理和效率优先的原则下做好水权的初始配置，明晰水的所有权、使用权、收益权，建立合理的用水定价机制，建立与发展以市场为手段和政府宏观调控相结合的水市场，实现水资源的合理配置[11]。第三，建立用水效率管理体系。具体为：研究并建立用水效率管理指标，建立用水定额动态监管体系，完善用水监测计量和信息统计制度[11]，强化计量和考核管理，建立并严格执行项目水资源论证报告制度，严格限制高耗水、重污染工业项目建设，建立水资源预警管理制度等[12]。第四，试行水权置换。基于研究，明确水权置换的范围、层次、规模，摸索水权置换程旭，制定水权置换的监督管理办法[12]。
(3)在新疆、内蒙等地应选择资源优势明显，环境纳污能力较强，工业用水较丰富地区，如准东、蒙东、鄂尔多斯地区，建设煤化工基地。
(4)提高行业准入条件，在新疆、内蒙等省上马煤化工项目，需选择节能、节水、环保工艺。首先，提高节水意识，基于对煤化工工艺用水系统的全面分析，改进工艺技术(如采用夹点技术[13]、空冷技术等)，逐步优化水网。其次，尽可能实现工业废水的循环利用、循序再用，提高水的重复利用率[14]。再次，依据煤化工废水特点，制定合理的废水处理工艺(如预处理+生化处理+三级处理+污泥处理+废气处理+污水回用处理+浓盐水达标处理或浓缩处理+蒸发结晶的联合处理工艺[15])，实现废水“零排放”。
参考文献：
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相关期刊简介：《河南理工大学学报（自然科学版）》（双月刊）创刊于1981年，为河南省教育厅主管、河南理工大学主办的以矿业工程为特色的综合性学术刊物，双月刊,逢单月出版,面向国内外公开发行，为国内外多家数据库和文摘刊物的重要收录源刊，是河南省优秀科技期刊，在国内矿业工程领域具有较高的影响。
