寧東能源基地臨近黃河，通過水利工程建設投資，既滿足當地農業灌溉需求，同時支撐了煤化工產業的發展。圖為寧東神華寧煤25萬噸甲醇裝置。 （本報記者 張育 攝）

　　在能源日趨緊張的壓力下，大力發展煤化工產業成為中國能源和化工行業的現實選擇。然而，大自然卻和我們開了一個玩笑，我國的煤炭資源和水資源呈逆向分布，有煤的地方缺水，有水的地方沒煤，讓我國煤化工的發展處于兩難境地。如今，在西北地區煤炭資源大省轟轟烈烈上馬煤化工項目后，水私有制已經成為擺在煤化工產業發展面前最大的絆腳石之一。

　　如何化解煤化工的水資源危機？在8月14～16日安徽合肥召開的第五屆全國石油和化工行業節能節水減排技術交流會上，記者聽到這樣一句令人振奮的話：“煤化工的高水耗并非產業發展的必然結果，很大程度上是由于工程設計不成熟造成的。事實上，以過程系統工程的方法，通過‘三步法’的程序，把整個用水網絡系統進行整體優化，煤化工行業完全有可能將耗水量降下來。”持這一觀點的是全國化工節能（減排）中心專家委員會副主任委員、中國系統工程學會過程系統工程委員會副主任楊友麒教授。

　　有煤缺水制約產業發展

　　“眾所周知，水資源短缺是個全球性的問題，中國尤為嚴重。水資源在地域上分布不均更加加重了水資源危機。”記者注意到，在談到中國水資源短缺問題時，楊友麒使用了“危機”一詞。

　　在水資源問題上，使用“危機”一詞并不為過。正像楊友麒所說的，中國是個極度缺水的國家。資料顯示，我國人口占世界人口總量的22%，而水資源卻只有世界的8%，我國人均水資源占有量僅相當于世界人均水資源占有量的1/4，位列世界第121位，是聯合國認定的水資源緊缺國家。不僅如此，在全國范圍內水資源的分布嚴重不均，從東南向西北遞減，占全國面積1/3的長江以南地區擁有全國4/5的水量，而面積廣大的北方地區只擁有不足1/5的水量。2012年2月國務院頒發了《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，其中一個“最”字表明了我國水資源的緊缺程度，同時也表明了中央對于水資源管控的決心。

　　此前記者對楊友麒就煉油和石化行業的節能減排進行過一次專訪，就在采訪結束記者要離開時，楊友麒特意告訴記者：“現在大家更多的是關注能源問題，其實，我國的水資源短缺問題更為嚴重，應該引起全社會的重視。《中國化工報》應該對化工行業的節水問題多關注、多報道。”他的這番話給記者留下了深刻的印象。

 
　　據記者了解，我國不僅水資源嚴重短缺、分布不均，而且更為不利的是水資源與煤炭資源逆向分布，使得煤化工產業在發展過程中水的制約作用顯得尤為突出。我國中西部的大部分產煤區，人均水資源只有全國平均水平的1/4～1/2，只相當于世界平均水平的1/16～1/8。產煤區如此缺水的現狀和目前煤化工項目的高耗水狀況形成了鮮明的對比，要發展煤化工必須量水而行。

　　那么，煤化工項目耗水量到底有多高呢？楊友麒以煤制油為例展示了一組數據。在目前的生產條件下，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將達6000萬噸左右，這相當于十幾萬人口的水資源占有量或100多平方千米國土面積的水資源保有量。按照“十二五”期間能開工的煤化工項目的上限計算，允許用水指標達6.58億噸/年，而這些項目又集中在西北地區，水資源供給的瓶頸制約不言而喻，脆弱的生態環境能否支撐這樣龐大的水資源供給，恐怕要打上一個大大的問號。從某種意義上講，我國現代煤化工的發展能否可持續，最主要的因素不在于資金、煤資源和投資熱情，而在于供水和環保情況。除了技術、市場、成本等因素外，水資源的承載能力是影響煤化工產業發展中一個不容忽視的因素。

　　事實上，西部一些地區已經開始擰緊了“水龍頭”。2012年底，內蒙古自治區主席巴特爾在全區經濟工作會議上再次強調，嚴禁違規抽采地下水，高耗水產業要加快建設替代水源工程，限期轉換出所用地下水。據知情人士透露，在內蒙古境內的已經投產的煤化工項目中，有些就因為沒有充足的水資源供給，曾經幾度被迫停工。

　　天脊集團牢固樹立環保先行的理念，投資上億元建成廢水處理系統，將廢水經過生化處理、循環冷卻、反滲透深度處理后，再回用到生產中，節水效果明顯。圖為天脊煤化工園區廢水處理項目操作人員正在現場接取處理后的達標水。（王愛軍 攝）
 

　　高水耗緣于設計不成熟

　　“為什么煤化工項目會消耗如此大量的水資源？在我看來，主要的原因還在于現代煤化工項目大多處于示范階段，工程設計不成熟，節水措施不到位。”楊友麒這樣表示。

　　和石油化工相比，煤制烯烴、煤制甲醇等煤化工項目除了前端的原料不同外，后端的合成工藝幾乎沒有區別，從理論上講，煤化工路線和石油化工路線對于水的需求量應該差別不大。比如，天然氣制甲醇噸產品能耗為2900萬千焦/噸，煤制甲醇噸產品能耗為4200萬千焦/噸，能耗差別并不大，理論上講水耗也不會相差太多。但是事實卻是，煤制油、煤制烯烴等煤化工路線的噸產品的耗水量要比石油化工路線的噸產品耗水量高出幾倍甚至是十幾倍。再比如，以乙烯為例，煤化工路線的噸乙烯所消耗的加熱蒸汽為29.2m3/噸，而石油制乙烯僅為4.4～9m3/噸，煤制乙烯所消耗的加熱蒸汽為后者的3～5倍。這種差距已遠遠超出原料不同、工藝路線不同所引起的加熱量不同的差別，它反映的是工程設計特別是公用工程設計成熟程度和運行管理所帶來的差距。

　　對此，楊友麒這樣解釋：“經過上百年的發展，現今的石油化工路線已經相對成熟，公用工程系統經過多次優化改造，水資源和能源的消耗都在不斷降低。而我國煤化工產業才剛剛起步，項目大多屬于示范工程，正處于大型工業化開發階段。示范項目的核心要求是要打通流程，順利拿到產品，而非節能節水。而有些示范項目還是放在戰略高度來考慮的，所以在公用工程配置上，只是盡量滿足工藝要求，根本談不上對水網絡和能源系統的優化。能耗高、水耗高也就不足為奇。”

　　楊友麒進一步解釋說：比如，某個煤化工項目中，煤氣化用的是GE水煤氣加壓氣化技術，凈化用林德公司低壓甲醇洗技術，甲醇合成用戴維甲醇合成，MTO是中科院大連化物所專利技術，聚乙烯/聚丙烯是陶氏化學公司的UNIPOL技術……在這種各種技術“大拼盤”條件下，各吹各的號，各打各的鑼，總體設計公司設計的公用工程系統處于被動滿足各方要求的境地，根本無暇顧及系統的整體優化。

 
　　其實，大幅度降低煤化工項目的耗水量早有先例。從起步較早的煤制甲醇項目來看，隨著工藝過程的逐步成熟和水網絡系統的優化，水耗可以大幅度下降。煤制甲醇的噸耗水從最開始的25噸, 逐步下降到17噸，到5年前設計已經達到12噸，到180萬噸/年裝置投產時，煤制甲醇的噸耗水量已經降到了7噸左右。過去的十幾年間，煤制甲醇噸產品水耗下降了70%多。

　　據了解，在煤制氣過程中用水主要分成兩部分，一部分水作為原料被消耗掉，這只占一小部分；而另外大部分的水是用于冷卻水。目前煤化工項目中之所以噸產品的耗水量動輒就要幾噸，甚至十幾噸，主要還是在冷卻水的循環利用上沒有形成閉路循環，造成了大量浪費。由此可見，高水耗并非是煤化工項目天生的基因，也不是必然結果，只要加強節水意識，采用合理的網絡優化技術，煤化工摘掉高水耗的帽子并非不可能。

　　過程系統工程助力節水減排

　　談到節水的具體措施，不少工藝人員可能首先想到的是盡可能多地使用空氣冷凝來替代水冷。而作為過程系統工程專家，楊友麒告訴記者，以全局的觀點，對整個水網絡系統進行總體優化才是大幅度提高水資源的利用率、降低耗水量的根本出路。

　　據楊友麒介紹，過程系統工程（PSE）是一門正在迅速成長的現代交叉學科，以處理物料流—能量流—信息流—資金流的過程系統為研究對象，研究其設計、控制、運行和組織管理，目的是在總體上達到最優化。將其應用到煤化工項目水資源管理中，可以充分體現“效率為本，節約優先”的理念，最大限度地提高水資源的利用效率、減少水的消耗。

　　過程系統工程從上世紀80年代引入到中國，目前在化工、冶金、制藥、食品、造紙等流程加工的過程工業中得到了廣泛的應用。我國的煉油化工行業采用該系統在節水方面取得了顯著的成就，以中石化和中石油為代表的石化企業從2003年開始，陸續采用過程系統工程的方法進行節水減排的技術改造，近年來取得了長足的進步。我國煉油廠的噸原油煉制耗水量下降了50%以上，2012年我國煉油噸油新鮮水取水量為0.55噸，接近國際先進水平。

　　“這一技術在煤化工企業的應用才剛剛開始，我們有理由相信，如果煤化工企業也能像中石化和中石油那樣全面采用和推廣過程系統工程的方法來開展節水減排，大幅度降低煤化工的水耗是完全可以期待的。”楊友麒對此充滿信心。

　　楊友麒告訴記者，節水減排的過程系統工程具體是通過“三步法”策略來實施的。所謂“三步法”即水平衡測試、水網絡系統集成優化、外排污水深度處理回用。其中，第一步是基礎，通過加強管理、完善計量儀表，細致地進行全廠水平衡測試，得到詳細的水平衡圖表，摸清家底，弄清自己企業用水的水平及與先進水平的差距，將最容易挖掘的節水潛力挖到手，可以實現投資少、見效快、收益高的節水減排。第二步水網絡系統優化集成，是指利用 “水夾點”方法，將工藝系統排出的各種廢水不經處理或者經簡單處理即可直接應用于循環水系統或工藝裝置，也可以將這些相對污染較小的水集合起來，形成中水道，變成相對清潔的水源以供全廠利用，使新鮮水用量最小化，從而使排水量大幅度下降。這一步特點是投資主要用于管道建設及過濾設備，費用不太高，投資回收期短。第三步才是污水再生利用。經過前兩步處理后，污水排出量已大為減少，對不得不從末端排出的污水，通過一些水處理手段如反滲透離子交換、軟化等進行處理，使其達到回用標準，再返回系統中使用。這一步特點是設備投資大，投資回報周期長。

　　楊友麒強調，無論是對于煉油化工行業還是對于煤化工行業，各種節水措施要按過程系統工程原理,以合理科學的順序來安排，不能盲目地想起一個措施就上一個。“三步法”策略的順序一定不能顛倒，一定要合理安排工作流程，減少投資浪費，實現效益與指標的同步提升。只有將節水減排的潛力最大限度地挖掘出來，使污水排出量降到最低以后，再考慮污水的深度處理才是科學合理的。

　　楊友麒表示，現在一些企業在沒有進行水網絡優化的前提下，急于利用再生污水，降低新鮮水耗，而沒有充分進行中水回用，在大水耗的基礎上設計了污水深度處理回用裝置。之后在做水網絡優化后，新鮮水量大幅度下降，污水排放總量也大幅度下降，結果造成了污水深度處理回用裝置的浪費。所以，一定要在將水網絡優化、把減排后的污水量搞清楚后，再考慮上多大的深度處理回用裝置。

　　“總體上說，通過過程系統工程對煤化工用水網絡系統進行整體優化，煤化工產業節水的空間十分巨大。”楊友麒告訴記者。

　　8月14～16日在安徽合肥召開的第五屆全國石油和化工行業節能節水減排技術交流會上，中美日3國的技術專家在共同探討節能節水話題。  （李聞芝 攝）