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煤化工工藝流程及概況范文1

關鍵詞：選煤廠；FGX-48A；干法選煤機

中圖分類號：TD94 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）03-0167-02

潞安新疆煤化工（集團）有限公司一礦，位于新疆維吾爾自治區哈密三道嶺礦區中部，行政區劃屬哈密市管轄，煤礦以北4 km有312國道通過，南18.5 km處有蘭新鐵路通過，交通方便。企業性質為國有獨資企業，潞安新疆煤化工（集團）有限公司隸屬于山西潞安集團，潞新一礦為潞新集團下設礦井。

1 礦井生產能力核定

綜合生產能力為180萬t。選煤廠設計規模：年處理原煤1.80 Mt/a，年工作330 d，每天工作16 h，兩班作業，一班檢修，日處理原煤5 454.56 t，每小時處理原煤340.91 t。

2 選煤工藝

根據礦井原煤特性，通過綜合比選，最終確定選煤方法為：80～13 mm級塊煤復合式干選工藝，

3 工藝流程的制定

經2010～2012年技術改造之后，地面建FGX-48A型復合式干選系統一套，用于處理13 ～80 mm中塊原煤，處理能力為480 t/h。原煤經地面聯絡皮帶入2YAH2448型圓振動篩分級處理，>80 mm大塊煤回選煤樓，40～80 mm中煤經煤場風干晾曬后，通過GLDB800/5.5/S型甲帶給料機，進入復合式干選系統，0～40 mm混煤入ZKD-3060直線振動篩分級，13～40 mm小塊煤經煤場風干晾曬后，進入復合式干選系統，選后精煤經2YK1545型圓振動篩和ZKS-2148型直線振動篩分級處理，分選出40～80 mm、25～40 mm、13～25 mm三種中小塊品種煤，矸石由汽車外運，中灰煤經大傾角皮帶入風選系統進行進一步精選。>80 mm大塊煤和

4 地面生產系統流程

一礦選煤廠平面布置如圖1所示，選煤廠工藝流程如圖2所示。

5 地面選煤樓煤倉概況

中塊方倉5個，容量400 t；大塊圓倉1個，容量

1 000 t；末煤圓倉2個，容量1 800 t。

3個圓煤倉下均鋪設有準軌鐵路，可實現鐵路裝車和汽車裝車。

5個方倉下裝有1部40T刮板輸送機，可實現汽車裝車。

6 2YAH2448型圓振動篩能力核算

處理量為310～1 300 t/h，選取篩選能力為A1=600 t/h，功率P=30 kW，因井下設有緩沖煤倉，可連續提升，故日篩選時間取18 h，不均勻系數取1.2。A3=330×18×A1/（1.2×104）=330×18×600/（1.2×104）=297.00（萬t/a）。

7 2YK1545型圓振動篩能力核算

處理量為22～150 m3/h，篩網層數為2層，篩分面積為13.5 m2，篩孔尺寸為5～50 mm，最大進料尺寸為

400 mm，振動功率為800～970 r/min，振幅為8 mm，篩面傾角為20°，篩面規格1 500×4 500 mm，總重量為

5 330 kg，功率P=15 kW，選取篩選能力為A=300t/h，日篩選時間取18 h，不均勻系數取1.2。A3=330×18×A1/（1.2×104）=330×18×300/（1.2×104）=148.5（萬t/a）

8 ZKS-2148型直線振動篩能力核算

處理量為150～200 t/h，篩網層數為1層，篩孔尺寸為13 mm，進料粒度為0～25 mm，雙振幅為6～9 mm，篩面傾角為15°，總重量為6 550 kg，電機型號為Y180L-6，功率P=2×15 kW，電壓V=660 V，選取篩選能力為A=150 t/h，日篩選時間取18 h，不均勻系數取1.2。A3=330×18×A1/（1.2×104）=330×18×150/（1.2×104）=74.25（萬t/a）

9 ZKD-3060型直線振動篩能力核算

處理量為250～300 t/h，篩網層數為1層，分級粒度為15 mm，入料粒度為0～40 mm，篩分面積為18 m2，雙振幅為9～11 mm，篩面傾角為25°，電機型號為Y250M-8，功率P=2×30 kw，電壓V=660 v，選取篩選能力為A=250 t/h，日篩選時間取18 h，不均勻系數取1.2。A3=330×18×A1/（1.2×104）=330×18×250/（1.2×104）=123.75（萬t/a）

10 地面系統提能說明

地面煤場容量，2007年礦進行技改地面儲煤量擴容，煤炭存儲量可由原來的5萬t增加到8萬t。因地面開闊平坦，在原來的基礎上向東擴展了50 m。推土機推煤堆積高度按20 m計算，按照擴展容量的70%計算，新增儲煤場能力實際可以達到4.5萬t。面積達250 m2，塊煤儲煤場地也相應增大，從擬定的礦井能力，地面儲煤倉及煤場能力，能夠滿足礦井（3～7）的生產儲煤能力。

綜上所述，本系統方案不僅選擇了成熟、可靠的軟/硬件，并充分考慮了系統的擴展性，符合控制管理一體化潮流，對今后控制功能和管理功能的擴充提供了很好的基礎。通過了系統的安全性和可靠性；電氣控制采用PLC與接觸器結合，解決了傳統的繼電器接觸器控制的諸多問題，提高了系統的抗干擾能力，降低了故障率，使運行安全可靠。本系統自投入運行以來，運行狀態良好，自動化水平達到國內同行業的領先水平，取得了良好的經濟效益和社會效益。

參考文獻：

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煤化工工藝流程及概況范文2

關鍵詞：費托合成 鈷基催化劑 油基礎油

中圖分類號：TQ529 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（b）-0088-04

我國是一個富煤、缺油、少氣的國家，資源稟賦的特點決定了煤炭在我國能源結構中的重要性，在我國一次能源的消費結構中，煤炭占有70%左右的份額，同時從長期來看，國際油價上升趨勢不可避免。在此情況下，出于國家能源安全與經濟利益的雙重考慮，尋找符合中國國情的石油補充和替代方案是我國的戰略選擇。

煤炭的間接液化（CTL）技術是當前煤化工的重要發展方向，主要包括煤炭氣化、合成氣變換/凈化、費托合成及合成產品提質等工藝過程，其中費托合成技術是最為關鍵的核心技術。典型的費托合成煤間接液化工藝流程見（圖1）[1，2]。

1 費托合成（Fischer-Tropsch Synthesis）技術

1.1 費托合成技術發展歷史

費托合成技術合成油品的歷史可追溯到20世紀20年代，1923年，德國科學家F·Fischer和H·Tropsch發明了利用合成氣（H2+CO）和鐵催化劑在15 MPa、400 ℃的反應條件下制取液態烴的技術，被稱為費托合成法[3]。1934年德國魯爾（Ruhrchemie）公司開始建造以煤為原料的費托合成油工廠，1936年投產。1936年至1945年期間，德國共建有9個費托合成油廠，總產量達到67萬噸/年，其中汽油占23%、油占3%、石蠟和化學品占28%。同期，法、日、中、美等國也建設了7套以煤為原料的費托合成油裝置，重生產能力達到69萬噸/年。之后，由于石油工業的興起和發展，致使大部分費托合成油裝置關閉停運[4]。

1.2 主要費托合成技術

（1）國外費托合成技術現狀。

南非Sasol公司，即南非煤油氣公司（South African Coal，Oil and Gas Corp，簡稱“Sasol”）于1950年成立。1955年建成第一座由煤間接液化生產燃料油的Sasol-I廠。70年代石油危機后，于1980年和1982年又相繼建成了Sasol-Ⅱ廠和Sasol-Ⅲ廠。目前三個廠年處理煤炭總計達4590萬t，是世界上規模最大的以煤為原料生產合成油及化工產品的化工廠。主要產品為汽油、柴油、蠟、氨、乙烯、丙烯、聚合物、醇、醛、酮等113種，總產量達760萬t/a，其中油品占60%左右[5]。

Sasol公司在F-T合成技術基礎上開發了先進的工藝和設備。Sasol-I廠建廠初期選擇了德國的Arge固定床和美國Kelloge公司的Synthol流化床F-T合成反應器。目前Sasol-I廠仍有6臺Arge固定床反應器[6]。Sasol公司另一種應用較多且較成熟的是循環流化床反應器，該反應器最初是由美國Kelloge公司設計的，后經多次技術改進及放大，現稱為“Sasol Synthol”反應器[7]。為進一步提高單臺費托合成反應器的產能，Sas

ol公司在原有循環流化床反應器（Synthol）的基礎上又開發了固定流化床反應器（SAS）。20世紀70年代中期，Sasol公司又開展了漿態床反應器的研究工作。1991年，完成100 bbl/d的三相漿態床費托合成中試裝置試驗工作。1993年5月，開工建設了生產能力2500 bbl/d的三相漿態床費托合成工業裝置，該裝置于1995年投入運行。與此同時，Sasol公司還開發成功了漿態床餾分油合成工藝（SSPD）[8，9]。

除南非Sasol公司外，長期以來，世界上其他國家的著名石油化工公司也對費托合成技術進行了大量研究開發工作。

殼牌（Shell）公司經多年開發，已擁有世界先進的工業化費托合成油技術，即中間餾分油合成技術（Shell Middle Distillate Synthesis，簡稱SMDS）。該工藝將傳統的費托合成技術與分子篩裂化或加氫裂化相結合生產高辛烷值汽油或優質柴油。該工藝采用多管式滴流床反應器、鈷基催化劑，單臺反應器產能可達8000 bbl/d[10]。殼牌（Shell）公司有關費托合成技術的專利大部分為催化劑及SMDS工藝流程改進，還有部分專利集中在漿態床工藝過程上[11]。

此外，Statoil公司[12]、Syntroleum公司[13]及Exxon公司也相繼開發出各自的費托合成技術。

（2）國內費托合成技術現狀。

根據國家科委在“六五”期間的分工，國內的間接液化研究主要由中國科學院山西煤炭化學研究所進行。他們在消化、吸收了國外的經驗后，提出了將傳統的F-T合成與沸石分子篩特殊形選作用相結合的兩段法合成（簡稱MFT）工藝。從80年代開始先后完成了實驗室小試、工業單管模試中間試驗（百噸級）和工業性試驗（2000 噸/年）。此外，山西煤化所還開發了漿態床—固定床兩段法工藝，簡稱SMFT合成。2000年中科院山西煤化所開始籌劃建設千噸級漿態床合成油中試裝置，2001年6月完成中試裝置設計，7月開始施工，2002年4月建成，到2004年6月累計運行3000 h，目前，各個技術環節已運轉暢通，實現了長周期穩定運轉，為工業裝置的建設提供工程數據和積累運行經驗。

兗礦集團下屬公司上海兗礦能源科技研發有限公司自2002年下半年起開始費-托合成煤間接液化的研究開發工作，目前已成功開發出具有自主知識產權的低溫費-托合成煤間接液化制油技術，并于2004年11月完成4500 t粗油品/a低溫F-T合成、100 t/a催化劑中試裝置試驗，裝置連續平穩運行4706 h，累計運行6068 h。與中石化石科院（RIPP）合作進行了中試產品的提質加氫開發工作，2005年8月“煤基漿態床低溫費-托合成產物加氫提質技術”通過了中國石油與化學工業協會組織的技術鑒定。

近些年脫穎而出的還有亞申科技研發中心（上海）有限公司的鈷基固定床費托合成工藝。與其他工藝不同的是，亞申費托合成是由一氧化碳和氫氣在低溫、低壓下通過適當的催化劑合成烴類產物的過程，基本反應如下：

烷烴 nCO+（2n+1）H2CnH2n+2+ nH2O

烯烴 nCO+2nH2CnH2n+nH2O

費托合成產物中90%～95%為直鏈烷烴，其余為帶分支的甲基烴。其中碳數在20以下的烷烴可細分為溶劑油、液蠟、合成柴油等產品，碳數在20以上的重質烷烴可細分為軟蠟、硬蠟、超硬蠟等產品，也可經異構生產高級油基礎油。

（3）費托合成技術應用進展。

南非Sasol公司是世界上規模最大的以煤為原料合成油及化工產品的公司，目前3個工廠年處理煤量可達4590萬t；殼牌石油公司在馬來西亞建有75萬噸/年固定床費托合成裝置，與卡塔爾石油工資在當地合資建設了珍珠（Pearl）項目，產能在14萬bbl/d（約500萬噸/年）。

我國費托合成技術開發已進入工業示范階段，近年來已取得重要進展[14，15]。其中：中科油費托合成技術已建成伊泰16萬噸/年、潞安16萬噸/年和神華18萬噸/年三大煤間接液化裝置，神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化裝置也在緊張施工中；兗礦榆林100萬噸/年煤間接液化商業化示范裝置目前處于建設階段，項目采用自主開發的大型費托合成漿態床反應器；亞申科技費托合成技術已建成中試裝置，并通過上海科委組織的專家鑒定，裝置采用鈷基固定床反應器，投資小、生成的產物以無硫無芳烴高純度正構烷烴為主，適合生產高端油基礎油和高品質合成蠟。

1.3 不同費托合成技術產物對比分析

按反應器類型的不同，費托合成可分為固定床費托合成、流化床費托合成、漿態床費托合成；按催化劑的不同，可分為鐵基催化劑費托合成、鈷基催化劑費托合成；按反應溫度的差異，可分為高溫費托合成、低溫費托合成。

高溫費托合成工藝的反應溫度為300℃～350 ℃，反應壓力為2.0～2.5 MPa，采用循環流化床反應器或固定流化床反應器。催化劑可采用熔融法鐵基催化劑或沉淀法鐵基催化劑，主要產品為汽油、柴油、含氧有機化學品和烯烴等。高溫費托合成工藝產品中的含氧有機物主要是乙醇、丙醇、正丁醇、C5以上高碳醇、丙酮和乙酸等[16]。低溫費托合成工藝的反應溫度為200℃～250 ℃，反應壓力為2.0～5.0 MPa，采用固定床管式反應器或漿態床反應器，可采用鐵基或鈷基催化劑，鈷基催化劑更適合于以天然氣為原料的低溫費托合成油技術[17]，傳統主要產品為柴油和石腦油，亦可根據市場需求生產高端油基礎油和高品質合成蠟。

一般，可根據目標產物的不同選擇不同的組合方式：若要制取柴油、汽油等合成燃料油，可選擇鐵基漿態床催化劑費托合成工藝；而鈷基固定床催化劑費托合成工藝更適合生產石蠟，進一步生產高端油基礎油。

綜上所述，通過費托合成工藝，可將合成氣（H2+CO）轉化為汽油、柴油等能源產品，但生產石蠟、微晶蠟、溶劑油、油基礎油等高附加值產品，具有更為良好的經濟效益。

2 費托合成制取高端油基礎油工藝簡介

油由基礎油和添加劑調和而成。典型的油一般由75%～85%的基礎油和15%～25%的添加劑組成。油一般指在各種發動機和機械設備上使用的液體劑，廣泛用于機械、汽車、冶金、電力、國防等行業。國外各大石油公司過去曾經根據原油的性質和加工工藝把基礎油分為石蠟基基礎油、中間基基礎油、環烷基基礎油等。美國石油協會（API）于1993年將基礎油分為五類（API 1509），并將其并入API發動機油發照認證系統（EOLCS）中。API基礎油具體分類情況和我國油基礎油系列標準見（表1）。

目前，中國的油基礎油主要依賴進口，進口依存度超過55%，市場需求量較大。由此可見，將傳統費托合成生產汽油、柴油轉變為生產高端油基礎油的前景十分樂觀，且具有明顯經濟效益（油基礎油噸產品價格平均高于汽油、柴油4000～5000元）。

以甲醇級合成氣（CO+H2）為原料，經過原料氣深度凈化、費托合成反應、異構脫蠟和加氫精制、產品分離四個單元，得到高端油基礎油（APIⅢ類基礎油），可聯產3號噴氣燃料。反應選擇鈷基催化劑固定床費托合成工藝，反應溫度：200 ℃～250 ℃，反應壓力：4.0 MPa，原料氣H2/CO比：1.9～2.1。主要流程如（圖2）所示。

費托合成制取高端油基礎油的主要產品為輕基礎油、光亮油，聯產3號噴氣燃料，其規格見（表2）。

所得3號噴氣燃料各指標均滿足GB 6537-2006的技術要求，尤其在下表所列性質具有較大優越性，油質十分適于用作無硫無芳烴的航空燃料（表3）。

3 結語

近年來，中國油消費量呈現持續上升的勢頭，今后幾年，仍將以4%左右的速度增長，是全球油消費的主要增長地區和油業務發展的亮點地區，也是各大油品牌競爭的焦點地區。同時，中國油的產品結構也正在向高檔化發展，產品質量不斷提升，經營模式也在向集約化、規模化方向發展。要在激烈的市場競爭中保持良好的發展態勢，必須在科學發展觀指導下，提高產品的科技含量，提升品牌價值。而提高油質量，必須依靠提高基礎油的質量，才能保證我國在高端油市場上具有競爭力。

從費托合成蠟轉化得到高端油基礎油主要是通過異構脫蠟以及加氫精制反應實現。隨著分子篩合成技術、加氫異構反應機理、催化劑制備技術等方面研究工作的不斷深入，加氫異構技術生產高端油基礎油（APIⅢ類基礎油）在化工領域得到了越來越廣泛的應用。就目前而言，異構脫蠟是油加工工藝中最先進的技術，代表了基礎油加工工藝的發展趨勢。通過費托合成制取高端油基礎油，適用于配制節能型多效內燃機油及高檔工業油，依靠其優異的產品質量指標，將會在油市場占得一席之地。

參考文獻

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煤化工工藝流程及概況范文3

一、撰寫格式

1、引言

主要包括項目名稱、目標和基本功能，用戶單位名稱，新項目開發單位，該項目與其他項目或機構的關系和聯系，在可行性報告中使用的專門述語及其定義，該報告中所引用的文件和技術資料;

2、可行性分析的準備

對可行性分析的要求和目標，進行可行性所具備的條件和限制,進行可行性分析所采用的方法;

3、對項目的分析

企業要實現的目標與完成的任務，組織機構和管理體制，可供利用的資源及制約條件，企業存在的主要問題及薄弱環節;

4、新項目方案

新項目的目標及要實現的功能，新項目的組成結構，新項目的實施計劃、安排，包括各階段對人力、資金、設備的需求，新項目實現后對組織結構、管理模式影響等;

5、可行性分析

項目的必要性、項目的經濟可行性和技術可行性、組織管理的可行性和社會的可行性;

6、可行性分析的結論

根據以上對項目的可行性分析，應該得出一個該項目是否可行的結論;

二、報告具體的基本格式

項目可行性研究報告的基本格式包括首頁、標題、前言、正文、結論、附件等幾部分。

首頁：主要注明項目名稱，項目主辦單位及負責人，可行性研究單位名稱，可行性研究的技術負責人，經濟負責人、參加研究人員名單及報告完成日期等;

標題：一般直接注明可行性研究項目的名稱和主要內容，如《XX集團申報煤化工項目可行性報告》;

前言：一般簡要介紹項目研究的背景，項目實施的相關因素和主要目的和意義，可行性研究的主要依據和主要范圍等內容、有些可行性報告還需要列出研究報告的相關摘要;

正文：該部分是報告的主體，要求列舉事實，運用系統分析方法，綜合考慮各方面的因素，對項目實施的可行性作出客觀、全面而準確的預測、不同類型的可行性報告在該部分通常具有不同的側重點;

結論：在對項目進行可行性分析和預測的基礎上，從整體角度作出科學評價，并與相關方案進行優劣比較，最終獲得明確的行動主張、有時還就原方案提出一些更新、更全面的建議;

附件：為了結論的需要，在可行性報告正文結束后補充的相關材料，主要包括試(實)驗數據、計算浮標、圖片表格、參考文獻等。[3]

三、撰寫提綱

簡述項目提出的背景、項目技術狀況、現有產業規模;項目的主要用途、性能;投資的必要性和預期經濟效益;本企業實施該項目的優勢，技術可行性分析。

1、項目技術性能水平與國外同類項目的比較;

2、項目承擔單位在實施本項目的優勢;

3、項目成熟程度;

4、市場需求情況和風險分析;

5、投資估算及資金籌措;

6、項目融資估算;

7、資金籌措方案;

8、投資使用計劃。

因此，編寫可行性分析報告時須仔細謹慎，既要注意與后面內容相照應，又要對總論內容客觀準確、重點突出。

四、準備資料

1、項目初步設想方案：總投資、產品及介紹、產量、預計銷售價格、直接成本及清單(含主要材料規格、來源及價格)。

2、技術及來源、設計專利標準、工藝描述、工藝流程圖，對生產環境有特殊要求的請說明(比如防塵、減震、有輻射、需要降噪、有污染等)。

3、項目廠區情況：廠區位置、建筑平米、廠區平面布置圖、購置價格、當地土地價格。

4、企業近三年設計報告(包含財務指標、賬款應收預付等周轉次數、在產品、產成品、原材料、動力、現金等的周轉次數)。

5、項目擬新增的人數規模，擬設置的部門和工資水平，估計項目工資總額(含福利費)。

6、提供公司近三年營業費用、管理費用等扣除工資后的大致數值及占收入的比例。

7、公司享受的增值稅、所得稅稅率，其他補貼及優惠事項。

8、項目產品價格及原料價格按照不含稅價格測算，如果均能明確含稅價格請逐項列明各種原料的進項稅率和各類產品的銷項稅率。

9、項目設備選型表(設備名稱及型號、來源、價格、進口的要注明，備案項目耗電指標等可不做單獨測算，工藝環節中需要外部協助的請標明)。

10、其他資料及信息根據可研研究工作需要隨時溝通。

五、報告模版

【目錄】

第一章XX募投項目總覽

一、項目名稱

二、項目承擔單位及負責人

三、可研報告編寫單位

四、可研報告編制依據

五、建設目標、規模、內容、周期

六、總投資及來源

七、經濟及社會效益

八、結論與建議

第二章XX募投項目背景及投資必要性

一、XX項目建設背景

二、XX行業項目建設必要性

三、XX項目建設可行性

第三章XX募投項目建設單位概述

一、XX募投項目企業概況

二、XX募投項目企業經營業績

三、XX募投項目企業機構職責

四、XX募投項目企業管理層介紹

第四章XX募投項目行業與產品分析

一、XX行業經濟運行

二、XX市場容量

三、競爭格局

四、XX行業成熟度

五、XX行業周期

六、XX行業與市場發展預測

第五章XX募投產品方案與生產規模

一、產品方案和建設規模

二、XX產品產量及銷售量

三、XX產品價格

四、市場推銷戰略

五、產品銷售收入預測

第六章XX募投項目生產技術工藝

一、生產技術

二、生產工藝流程

三、設備選型

第七章XX募投項目建設方案及實施計劃

一、土建工程

二、廠房及配套設施設計原則

三、總平面布置和運輸

四、項目實施各階段

五、項目實施進度表

第八章XX募投項目組織機構、勞動定員和人員培訓

一、企業組織形式

二、企業工作制度

三、勞動定員和人員培訓

第九章XX募投項目節能與合理利用方案

一、設計依據

二、項目能耗

三、總平面規劃節能措施

四、建筑圍護結構節能措施

五、空調專業節能措施

六、電專業節能措施

七、水暖專業節能措施

八、工藝節能措施

九、節能制度

第十章XX募投項目環境保護與勞動安全

一、建設地區的環境現狀

二、項目主要污染源和污染物

三、項目擬采用的環境保護標準

四、治理環境的方案

五、環境監測制度的建議

六、環境保護投資估算

七、環境影響評價結論

第十一章XX募投項目勞動保護與安全衛生

一、生產過程中職業危害因素的分析

二、職業安全衛生主要設施(職業安全衛生配套設施)

三、勞動安全與職業衛生機構

四、消防措施和設施方案建議

第十二章XX募投項目發展目標

一、XX募投項目企業發展戰略

二、擬定上述戰略所依據的假設條件

三、實施上述戰略所面臨的主要困難

四、發展戰略與募投項目關系

第十三章XX募投項目預計募集資金數額以及使用計劃

一、項目總投資估算

(一)固定資產總額

(二)流動資金估算

二、資金籌措

(一)資金來源

(二)項目籌資方案

三、投資使用計劃

(一)投資使用計劃

(二)借款償還計劃

第十四章XX募投項目財務效益、經濟和社會效益評價

一、生產成本和銷售收入估算

(一)生產總成本

(二)銷售收入估算

二、財務評價

三、國民經濟評價

四、不確定性分析

五、社會效益和經濟效益分析

(一)社會效益

(二)經濟效益

第十五章XX募投項目風險分析及規避措施

一、募投建設項目風險

二、募投建設項目風險規避措施

第十六章XX募投項目可行性研究結論與建議

一、結論與建議

煤化工工藝流程及概況范文4

關鍵詞：甲烷化技術 煤制天然氣 應用及進展

中圖分類號：F307 文獻標識碼： A

前言：

煤制合成天然氣流程是將煤經過氣化、變換、氣體凈化以及甲烷化四個工藝單元來制備天然氣。通過煤制天然氣技術可以使煤直接燃燒過程中產生的有害物質集中回收利用，也是高碳能源向低碳、富氫能源轉化的有效途徑。發展煤制天然氣不僅可以緩解我國天然氣供應不足的局面，彌補天然氣供需缺口，對于實現油氣資源的多元化、能源安全、節能減排等方面具有戰略性。

天然氣供需缺口激發了人們對從相對便宜且更豐富的煤炭資源制造替代性天然氣（SNG）的興趣。煤制天然氣是煤經過煤氣化、合成氣變換（即調整煤氣中H2/CO為3.2/1）、合成氣凈化和甲烷化等形成的。煤制天然氣技術是將高碳能源向低碳、富氫能源轉化的有效途徑，其中煤氣化和甲烷化是核心技術。到目前為止，煤氣化技術已比較成熟，高溫甲烷化反應是CO與氫氣在一定溫度、壓力和催化劑存在條件下，轉化為甲烷過程，甲烷化反應

均為強放熱反應，每1%CO轉化能引起60～70℃的溫升，而目前煤氣化生產出的合成氣含量較高，達到23%～60%，氣化產生如此高的合成氣含量對甲烷化技術提出更高要求。因此，目前甲烷化技術需要解決的關鍵技術是高溫甲烷化催化劑和高溫反應器。其中，高溫甲烷化催化劑的選擇至關重要，直接決定了反應能否順利進行。

高溫甲烷化催化劑一般有非耐硫（鎳系）和耐硫（鉬系）兩種。本文作者主要介紹了鎳系高溫甲烷化催化劑的國內外現狀，并對高溫甲烷化催化劑的組成、失活原因等進行了分析。

一、甲烷化工藝技術

甲烷化工藝技術應用廣泛，不僅應用于煤制天然氣和熱解氣、焦爐氣、生物質熱解氣及CO2 的甲烷化反應，同時也用于合成氨和燃料電池等工業，用于去除富H2 體系中少量的CO以防止催化劑中毒。煤制合成天然氣技術又叫蒸汽氧化氣化法，也稱“兩步法”。主要反應分為兩步：

圖1 煤制天然氣工藝流程

甲烷化反應是在催化劑作用下的強放熱反應。甲烷化的反應熱是甲醇合成反應熱的2倍。

在通常的氣體組分中，每1個百分點的CO甲烷化可產生74℃的絕熱溫升；每1個百分點的CO2甲烷化可產生60℃的絕熱溫升。由于傳統的甲烷化催化劑適用的操作溫區較窄（一般為300～ 400℃），起活溫度較高，因此對于高濃度CO和CO2 含量的氣體，其甲烷化合成工藝及催化劑有更高的要求 。從熱力學角度看，甲烷化反應為體積縮小的反應，因此一般在低溫高壓下進行，但為了保證一定的甲烷化速率，反應溫度又不能過低。

二、國內外甲烷化工藝技術概況

我國在20世紀80年代至90年代煤氣甲烷化增加熱值的研究開發工作的進展較為迅速。但到目前為止，國內還沒有成熟的工業化煤制合成天然氣技術，煤制合成天然氣的關鍵技術仍然主要依靠進口，主要專利商有英國戴維（DAVY）、丹麥托普索（TOPSΦE）和德國魯奇（Lurgi）的甲烷化技術。

1、甲烷化工藝技術特點

甲烷化反應屬于強放熱反應，固定床反應器一般采用列管式換熱器來移除反應放出的熱量，且必須采用多個固定床反應器，使得甲烷化反應在各個反應器中逐步完成，同時通過多步氣體循環逐級冷卻來控制溫度。

（1）托普索（TOPSΦE）甲烷化技術

TREMPTM 是托普索循環節能甲烷化工藝的簡稱。丹麥托普索公司一直從事該項技術開發，并可以同時提供催化劑及其甲烷化技術。該公司開發的甲烷化循環工藝（ TREMPTM ） 技術具有豐富的操作經驗和實質性工藝驗證。除了反應器技術，托普索公司也開發了高溫甲烷化催化劑MCR-2X ，其催化活性在250～700℃之間都很穩定。

TREMPTM 循環工藝技術具有豐富的操作經驗，該工藝已經在半商業規模的不同裝置中得到了證明。目前國內多家正在建設的煤制天然氣項目都是采用了托普索甲烷化技術，如新疆慶華煤制氣項目和匯能4億煤制天然氣項目等。

（2）英國DAVY公司甲烷化技術（CRG）

DAVY的CRG工藝與托普索甲烷化技術（TREMPTM ）工藝基本類似，其代表性的甲烷化催化劑為CEG-LH，催化劑使用溫度范圍很寬，在230～700℃范圍內都具有很高且穩定的活性，可以產出高壓過熱蒸汽（8.6～12.0MPa，485℃） ，用于驅動大型壓縮機，每生產1000m3天然氣副產約3t高壓過熱蒸汽，能量效率高。使用該催化劑能生產出高品質的合成天然氣，甲烷體積分數可達94%～96%，高位熱值達37260～38100kJ/m3，滿足國家天然氣標準以及管道輸送的要求。

（3）德國魯奇（Lurgi）的甲烷化技術

美國大平原煤氣化廠是世界上第一座由煤氣化經甲烷化合成天然氣的大型商業化工廠，商業運作20年，實現了長周期平穩運行，經濟效益良好。它在合成天然氣中發揮著先驅和示范作用。

該裝置采用18臺魯奇氣化爐，所得合成（CO和H2）經過水煤氣變換改變CO/H2 比后，進入低溫甲醇洗裝置，最后被送入兩段帶有內循環體系的絕熱固定床甲烷化反應器。該技術煤制備輸送簡單，在煤氣化過程中會產生大量甲烷，因此甲烷化反應器負荷較小，投資費用較低。

三、 甲烷化催化劑的組成

1、 活性組分

進行甲烷化反應的催化劑活性組分大都屬于元素周期表第Ⅷ族的金屬，具有工業意義的有：鎳、釕和鉬。其中鎳系催化劑由于相對便宜，又有非常好的活性，同時對甲烷有好的選擇性而占絕對優勢。

鎳催化劑的選擇性較好，并且消除了積碳和烴類生成的問題。大多數工業甲烷化催化劑都以微晶鎳為主要活性物質負載在載體上。

2、 載體

對于高溫甲烷化反應系統，穩定的載體是非常關鍵的。為了使催化劑在高溫下有一定的熱穩定性，鎳微晶必須負載在氧化鋁、氧化硅、高嶺土或鋁酸鈣水泥等惰性物質上。

載體以鎳負載在鋁載體上對于CO加氫生成甲烷來說是考慮最多的，鎳負載在γ-Al2O3上催化劑是非常有效的，氧化鋁可起穩定細晶和阻礙鎳晶相生長的作用，γ-Al2O3表面上Al3+和O2-離子，具有很強的剩余成鍵能力，與NiO中的Ni2+相互作用，形成強的表面離子鍵，有利于NiO在γ-Al2O3表面上分散，還原后生成很細的Ni晶粒；另外，Al2O3的穩定作用還可以阻止Ni晶粒聚集長大，提高Ni晶粒的穩定性。總之，一個性能良好的Ni/Al2O3催化劑必須兼顧載體上述兩個方面的作用，因此，應選擇合適的Al2O3結構形態、加入量以及制備方法，但如果γ-Al2O3轉化為α-Al2O3常常也是催化劑失活的一個原因。

3、 助劑

甲烷化催化劑的高活性和穩定性主要取決于還原后活性組分Ni晶粒的大小和增大速率。助劑在催化劑研究過程中起著非常重要的作用，合適助劑的加入能使催化劑具有很好的活性和熱穩定性。目前甲烷化催化劑所用的助劑為Re2O3（稀土氧化物）、MgO、CaO、Cr2O3等，有的單獨使用，有的搭配使用起交互作用，更能提高催化活性。

MgO是一種結構穩定劑，其與NiO都具有像NaCl結構一樣的立方晶格，離子半徑也相近，在晶格中具有互換性，易于形成任意比例的固熔體。這種固熔體比單獨的NiO難還原，卻能抑制Ni晶粒長大，還原后能生成很細的Ni晶粒。但是氧化鋁和氧化鎂加入后，由于會生成鎳鋁尖晶石等物質增加鎳的還原困難程度，所以在采用這些物質做載體時要選擇好合適的制備技術路線。許多學者在進行高溫催化劑研究時加入稀土金屬，例如La等，使用稀土或稀土與其它堿金屬作為耐高溫、抗結碳的甲烷化催化劑。稀土作為助催化劑和MgO一樣都是使催化劑在制備時增加鎳晶粒的分散度和抑制在熱作用下鎳晶粒長大，與

MgO在一起還有交互作用，可以加快CO脫附過程，從而提高了活性。

4、 燒結

在工業上，燒結現象是在合成甲烷化裝置運轉過程中遇到的主要工程問題之一，燒結的發生能導致催化劑表面積的損失，進而縮短催化劑的壽命。引起催化劑燒結的原因可能有：①由于甲烷化反應放熱強烈，產生劇烈溫升，而反應熱傳遞不出來導致催化劑內部飛溫，從而出現催化劑燒結失活；②由于催化劑的載體不是很穩定，一般金屬離子很難長大到比載體的孔徑還大的尺寸，這也意味著一個有穩定的微孔系統的載體能有效預防鎳晶粒燒結的發生；③燒結發生與反應工藝條件也有很大關系。因此，燒結的控制是高溫甲烷化工藝的關鍵。

Sehested提出了催化劑燒結的兩種機理；Kuo等研究了硅基鎳催化劑的燒結，燒結在氮氣和氫氣氣氛中500～800 ℃，時間為1～100 h，結果表明，在600 ℃以上，燒結過程在起始發生的很快進而就比較緩慢；在800 ℃時，晶粒增長非?？?；在700 ℃以下，燒結機理以粒子遷移機理為主，而在800 ℃以原子遷移機理為主。Doesburg等研究了用共沉淀法制備的鎳鋁催化劑的燒結，分別在450 ℃、600 ℃和900 ℃條件下對催化劑進行焙燒。結果表明，所制得的催化劑具有相對較高的燒結穩定性，燒結溫度達到900 ℃時對燒結催化劑的鎳晶粒尺寸的平衡沒有影響。

Erekson等在工業高溫甲烷化反應器內對鎳金屬和鎳雙金屬甲烷化催化劑活性進行了研究，所有的催化劑在450 ℃由于燒結和析炭的發生而活性明顯減小，所析出的炭堵塞了反應器而導致突發性故障導致停車。

四、高溫甲烷化催化劑的研究方向

煤制天然氣能源轉化效率較高，對于解決國內能源供應緊張局面的各種非常規石油和非常規天然氣技術路線進行綜合比較后判斷，煤氣化生產合成氣、合成氣進一步生產甲烷（代用天然氣）項目是一種技術上完全可行的項目，在目前國際和國內油價、天然氣價格居高不下的情況下，有著廣闊的發展前景和很好的生存能力，是生產石油替代產品的有效途徑。目前煤制天然氣項目如雨后春筍不斷涌起，可以充分利用國內的低熱值褐煤、禁采的高硫煤或地處偏遠運輸成本高的煤炭資源，就地建設煤制天然氣項目，天然氣的輸送可以依賴國內日趨完善的國家和地區天然氣管網系統進行分配銷售，使得天然氣產品的市場空間巨大。

煤制天然氣甲烷化反應為強放熱反應，不論使用什么反應器，催化劑應該在高或者低溫下都是具有活性和穩定性，這是一個在優化甲烷化過程中需要解決的關鍵問題。甲烷化反應過程中有大量水生成，因此高溫甲烷化催化劑除了耐高溫外，還要耐水熱穩定性，并且活性和選擇性要好。高溫甲烷化催化劑在國外研究已很成熟，但由于引進國外技術不但要耗費大量資金，而且技術和專利權封鎖比較嚴密，因此，開發具有自主知識產權的高溫甲烷化催化劑和工藝技術在我國具有較大的市場前景。目前我國在低溫常壓催化劑研究方面已比較成熟，可以在此基礎上對催化劑進行改進，進而研發出適合高溫的甲烷化催化劑，最終開發出具有自主知識產權的高溫甲烷化催化劑。

結 語：

天然氣作為一種清潔、環保能源，隨著中國經濟的高速發展，其用量尤其民用量會大幅度增加，而我國天然氣資源有限，不能滿足日益增長的需要，用煤制天然氣將有效緩解天然氣用量日益增長的壓力，煤制天然氣將是今后煤化工發展 的趨勢。

煤制天然氣甲烷化反應為強放熱反應，不論使用什么反應器，催化劑應該在高或者低溫下都是具有活性和穩定性，這是一個在優化甲烷化過程中需要解決的關鍵問題。高溫甲烷化催化劑在國外研究已很成熟，但由于引進國外技術不但要耗費大量資金，而且技術和專利權封鎖比較嚴密，因此，開發具有自主知識產權的高溫甲烷化催化劑和工藝技術在我國具有較大的市場前景。

參考文獻：

[1] 汪家銘. 化肥行業天然氣供需現狀與前景展望[J]. 化肥設計，2009，47（6） ：10-15

煤化工工藝流程及概況范文5

1.1 我國的供水狀況

1.1.1 水資源狀況

地球上總的水體積大約為14億km3，其中只有2.5%是淡水，大部分以永久性冰或雪的形式封存于南極洲和格陵蘭島，而可供人類利用的部分僅有20萬km3 [1]。中國多年平均水資源總量28100億m3，人均水資源量2200m3，排在世界第88位，人均水資源僅為世界人均的四分之一[2~3]。根據“國際人口行動”對我國水資源進行的總體評價，預計到21世紀中葉我國人口達到16億高峰時，人均水資源量將下降到1760m3，全國將接近用水緊張國家的邊緣[4]。而且，我國水資源的時空分布不均，南方多北方少，更加劇了局部水資源的短缺狀況。北方干旱半干旱地區全年的降水量主要集中在7、8、9三個月，使得這些地區可以利用的水資源尤其顯得不足。

1.1.2 供水現狀調查

從20世紀50年代中期到90年代末期，我國城市年總供水量從9.6億m3增加到470.5億m3，其中工業用水289.4億m3，占61.5%；城市生活用水181m3，占38.5%。目前城市年總供水量已達640億m3，2000年底日供水能力達21.8億m3，供水普及率達到96.7%，估計目前城市用水缺水率平均為10%[5]。其中，經濟發展比較迅速的沿海地區缺水嚴重的城市供水情況如表1所示。

分區

城市數(個)

1990年城區人口(萬人)

1990年供水量(億m3)

2000年城區人口(萬人)

2000年供水量(億m3)

沿海地區合計

48

7133.44

129.76

9565.50

153.54

北方片

環渤海區

25

4087.59

55.52

4760.30

60.13

蘇滬區

9

1575.52

48.59

2122.10

55.17

小計

34

5663.11

104.11

6882.30

115.3

南方片

浙閩區

5

488.20

8.72

868.20

10.74

兩廣區

7

908.60

16.0

1719.50

22.21

海南

2

73.33

0.93

95.50

5.29

小計

14

1470.13

25.65

2683.20

38.24

資源來源：根據水利部1993、2000年關于我國城市缺水情況的報告(整理)

1.1.3 各用水方向的用量及比例情況

城市工業用水由工業規模大小和工業行業結構確定。工業用水中火電是第一大部門，占工業用水量的1/4左右，其次是造紙、化工、冶金、食品4個行業。主要工業行業單位產品用水量見表2。（其中包括市政環境用水、商業、辦公、事業單位用水和居民生活用水等）近年來，隨著我國城市人口增加和生活水平提高，生活用水急劇增長，全國城市生活用水年平均增長速度為3～5%。我國不同城市規模城市生活用水量見表3。從表3可以看出：特大、大城市生活綜合用水量在177～260.8L/人d之間；中、小城市生活綜合用水量在136～208L/人d之間；北方城市用水量明顯低于南方城市；居民生活用水占綜合用水的50.5%～79.2%。2000年底全國城市平均生活用水量為220.2L/人d。

當前工業用水占城市供水總量的61.5%，到2030年將占68～73%，表明城市水資源利用結構總體來說是從生產、生活并重型向生產主導型轉換，因此，注重城市工業節水是減緩城市水資源供需矛盾的關鍵。

產品名稱

單位

用水量

產品名稱

單位

用水量

產品名稱

單位

用水量

棉紡織

m3/100m

2.5

紙漿造紙

m3/t

210

鋼

m3/t

4

毛紡織

m3/100m

31

紙

m3/t

50

軋鋼

m3/t

5.5

紡織

m3/100m

3.7

豬屠宰加工

m3/頭

0.55

醫藥

m3/萬元

130~250

麻織

m3/100m

760

牛屠宰加工

m3/頭

1.20

彩色顯像管

m3/只

0.6

粘膠

m3/100m

580

羊屠宰加工

m3/只

0.40

機械

m3/萬元

45

滌綸

m3/100m

47

皮革加工

m3/張

0.84

平板玻璃

m3/箱

0.82

印染

m3/100m

2

硫酸

m3/t

20~70

水泥

m3/t

0.8

味精

m3/100m

150

氯堿

m3/t

15~20

載重汽車

m3/輛

18~30

湎精

m3/t

42

染料

m3/t

40~50

轎車

m3/輛

10~20

啤酒

m3/t

42

三膠

m3/t

145

火力發電

m3/SGW

1

罐頭

m3/t

65

煉鐵

m3/t

8

北 方

南 方

城市

規模

綜合

水量

居住

用水量

比例

(%)

公共

用水量

比例

(%)

綜合

水量

居住

用水量

比例

(%)

公共

用水量

比例

(%)

特大

177

102.9

58.1

74.2

41.9

260.8

166.8

63.9

94.0

36.1

大

179

98.8

55.2

80.4

44.8

204

103.0

50.5

101.0

49.5

中

136

96.8

71.2

39.9

28.8

208

148.9

71.6

59.1

28.4

小

138

79.3

57.5

58.7

42.5

187.6

148.5

79.2

39.1

20.8

1.1.4 制水和輸水成本及供水價格

為了應對水資源供需日益尖銳的矛盾，傳統上人們通常采用開發地表水，開采地下水資源，以及跨流域調水作為傳統解決方案。在傳統方式之外，開發非傳統水源是解決水資源短缺問題的另一條行之有效的途徑，在非傳統水源中，污水再生利用具有廣闊的應用前景[7]。

首先，在未充分利用城市污水的水資源能力前，不應上長距離調水和海水淡化項目。目前城市污水處理（二級處理）投資大約在900～1400元/(m3d)，在此基礎上的再生處理約400～600元/(m3d)。加上管網配套總計600～1000元/(m3d)。到“十五”末期形成40億立方米水源的投資大約在100億元左右。而形成同樣規模的長距離引水，以大連引英入連為例[8]，則需600億元左右，海水淡化則需1000億元左右，可見污水回用在經濟上具有明顯的優勢。

其次，在適用的地方使用再生水可以使供需雙方獲利。國內外同類經驗與測算表明，對城市污水廠二級處理出水，采用混凝-沉淀-過濾-消毒技術處理，在管網長度適宜條件下，每日10 000 m3回用量以上工程的噸水投資都應在800元以下，處理成本0.7元以下，遠低于城市水價。按現在國內外通行慣例，中水價格一般為自來水價格的50%~70%。以長春市為例，長春市水價4.17元/m3，中水價格以自來水價格的中值60%計，應為2.5元，需水方噸水節省1.67元，供水方噸水獲利1.8元左右[9]。供水方兩年內可收回投資，供需雙方經濟效益都十分顯著。

1.2 國外的污水再生利用

20世紀上半葉在水和廢水處理的物理、化學和生物方面的技術進步，導致了“污水再生利用時代”的到來[10]。國際上，美國、日本、以色列、南非、澳大利亞、俄羅斯等國早已開展污水經處理后回用的工作[11]。

1.2.1 美國模式

美國的城市污水處理等級基本上都在二級以上，處理率達到100%。自1920年在亞利桑那州修建第一個分質供水系統用于澆灌綠地、沖廁、洗車、冷卻水和建筑等以來，美國的城市污水再生利用已經從試驗研究階段進入生產應用階段，再生水作為一種合法的替代水源，正在得到越來越廣泛的利用，成為城市水資源的重要組成部分，城市再生水利用設施的數量和規模隨之迅速增長。美國再生水利用的范圍涉及農業、工業、地下水回灌和娛樂等方面，其比例大致為62%用于各種灌溉和景觀，31.5%用于工業，5%用于地下回灌，1.5%用于娛樂、漁業等。

美國再生水利用模式的突出特點是集中處理回用、很少直接用于城市生活雜用。這大概與美國市政管網和污水處理廠普及、生活用水水質標準嚴格有關。再生水利用工程主要分布于水資源短缺，地下水嚴重超采的西南部和中南部的加利福尼亞、亞利桑那、德克薩斯和佛羅里達等州。

美國的回用水標準各州不一，并且針對不同的回用對象所制定的標準也不一樣，但標準都很嚴格。加州執行的是22號條例（Title22），克羅拉多州執行的是84號規范（Regulation＃84），這些文件都詳細地規定了不同回用對象的水質標準，如：用于農業灌溉、工業冷卻、市政景觀等[12]。而且，美國環保局會同有關方面于1992年提出水回用建議指導書，包括了廢水回用各個方面，回用處理工藝、水質要求、監測項目與頻率、安全距離和條文說明，它對那些尚無法則可遵循的地方提供了重要的指導信息[13]。

水的回用在美國經久不衰，值得我們借鑒。下面再從幾個實例加以詳細說明。

(1) 回用于電廠冷卻系統

美國電廠冷卻水是僅次于農業的主要用水者，生化后的城市污水是可靠的冷卻水水源，在西南地區的幾個主要發電廠，包括核發電廠，普遍使用處理后的城市污水作為冷卻水。在沙漠中興建的賭城拉斯維加斯，有充足的電力供應，該市二個電廠科拉拉電廠和森路士電廠的冷卻水使用拉斯維加斯市污水廠出水。污水廠1981年投產，規模24萬m3/d。二級處理出水BOD

(2) 鋼廠回用

位于馬里蘭州巴爾的摩?？诘牟怃搹S使用背河污水廠40萬m3/d再生水已有40年歷史。背河污水廠規模68萬m3/d，曝氣池停留時間6小時，濾池為移動罩濾池，濾后水濁度5以下。用城市污水廠再生水的處理流程為：

(3) 美國21世紀水廠

位于加州橘縣水管理區，命名為21世紀水廠。1965年開始研究將深度處理出水回灌地下，以阻止海水入侵，1972年興建有關工程，1976年投入運行，再生工藝如下。21世紀水廠再生水通過23座多套管井回注地下含水層出水TOC＜2mg/L，TN＜10mg/L，電導率100μm/cm，濁度0.1 NTU。出水中不得檢出大腸桿菌?；刈⑺偭繖z制在9.5萬m3/d。處理流程如下。

(4) 城市綠地澆灌

美國加州的農灌用再生水量很大，占回用水量的60%以此解除該地區干旱威脅。在城鎮，大片綠地、樹木、高爾夫球場、公園，也是靠再生水澆灌，這部分水占16%。到美國考察，在污水廠內，在市區街道旁，在居民庭院里，隨處可見一些管道上標有Reclaimed Water(回收水、再生水、中水)字樣，居民每天都要使用再生水澆灌住宅前后草地，污水廠經常進出標有再生水字樣的拉水車。污水的再生回用已被居民接受。加州規定的用于糧食作物灌溉的再生處理流程如下。

1.2.2日本模式

日本是個面積窄小的島國，河流急湍入海，沒有大江大湖可作跨流域調水之用，那么日本靠什么支撐了六十年代的經濟復興呢，靠的就是污水回用，他們叫下水處理水的再利用，在各大城市創建并保留使用至今的“工業用水道”，縱穿全市，形成和自來水管道并存的又一條城市動脈。1955年日本開始再生水利用，1978年左右受節能政策調整和城市水荒的影響，從中央到地方制定了中水利用指導計劃，從1980年開始以東京為首的中水利用設施建設迅速發展。到1983年3月底，全國有中水項目473個，總回用水量約6.6萬m3/d。近年來，平均每年建設130處。到1993年全國有1963套中水利用設施投入使用，其中東京都建設的中水利用設施數量約占全國的44%，福岡地區占19%。中水使用量為27.7萬m3/d，占全國生活用水量的0.7%。截止1993年，使用雨水作中水的設施全日本共有528處，水量為500萬m3/a。其中東京的雨水利用設施占全國65%，福岡占7%。至1996年，全國有中水設施2100套投入使用，用水量達32.4萬m3/d，占全國生活用水量的0.8%。再生水中41%被用于工業用水，32%被用于環境用水，8%用于農業灌溉。日本是工業國，主要用于工業，近幾年增加了環境用水，它用于農灌的比例遠小于美國。

在日本，城市污水集中處理回用和分散處理回用都大量存在，然而其最突出的特點有兩個：（1）分散處理并回用于城市生活雜用的再生水所占的比例很大，（2）獨特的工業水道，我們稱之為日本模式。對工業用水道的水質各個城市都有不同的標準，日本市政雜用水和景觀用水水質標準見表4。下面是日本再生水利用的幾個實例及其處理流程。

1. 日本東京都江東地區工業用水使用城市污水廠再生水的處理流程如下：

2. 日本江崎市工業用水使用城市污水廠再生水的處理流程如下。

3. 東京千代田區某樓使用再生水回用于生活雜用水的處理流程。

4. 東京港區某樓使用再生水回用于生活雜用水的處理流程。

5. 日本川崎市的“親水”再生利用于景觀水體的處理流程如下。

水質指標

日本下水道循環利用、市政雜用水標準

建設省景觀回用水標準

衛生間

景觀

游覽

景觀

游覽

大腸菌值（個/ml）

10

不檢出

不檢出

10

50/100ml

BOD5(mg/l)

10

10

3/100ml

pH

5.8~8.6

5.8~8.6

5.8~8.6

5.8~8.6

5.8~8.6

渾濁度（度）

10

10

5

臭

無不

無不

無不

無不

無不

色度（度）

余氯(mg/l)

2

0.4

外觀

無不

無不

無不

無不

無不

日本政府對供水設施建設和在水價上有較高的補貼，水價對于中水的建設影響并不是主要的；而且中水對國家總體上節水的貢獻并不大，不超過全國生活用水量的1%，微觀經濟效益也并不明顯。對于中水建設國家并無硬性的法律規定，公眾也未普遍接受。盡管如此，每年仍有上百套的中水建成。這是因為：水荒給社會留下了深刻的影響，從局部地區來講，人們希望提高供水的保障程度，擺脫水荒的影響。同時，有一些地區，地方政府明文規定要求建設中水。另有一些地區是面臨環境對其污水的外排標準比較高，必須進行三級處理，出水經過消毒即可回用。為了擴大規模降低中水的成本，目前中水正在以新建小區為重點，普及中水建設。而一些大城市如東京，則建設了全地區的城市中水系統[14]。

1.2.3 以色列模式

以色列再生水利用最突出的特點是它已經把再生水作為國家水量平衡的重要組成部分。以色列長期缺水，認為把城市污水作為非傳統的水資源加以開發利用是唯一的出路，也是容易實現的，早在20世紀60年代，就把回用所有污水列為一項國家政策，規定：廢水如果沒有用盡，不可采用海水淡化；城市的每一滴水至少應回用一次。污水再生成本大約是海水談化的1/3~1/5，這種經濟性使人們認識到必須優失利用污水。截至1987年，該國已建造了210個市政再生水利用工程，100%的生活污水和72%的市政污水已經回用，回用規模最大為20萬m3/d，最小為27m3/d，一般介于0.5~1萬m3/d之間。以色列42%的再生水直接回用于灌溉，30%回灌地下和排入河道供間接回用，其余的用于工業和城市雜用。回灌地下的再抽出至管網系統，輸送到南部地區，最南部地區甚至將它作為飲用水源。

在以色列，由于水資源異常短缺，因此污水回用量在總供水量中所占的比例很大，目前已超過了10%。具體回用量與供水量見表5。表6是以色列灌溉回用水水質標準。 年份

1985

1990/1991

2000

2010

全國總供水量

205000

145000

209000

224000

農業用水量

149000

77000

126000

125000

市政、生活用水量

44500

56000

68500

77000

廢水回收量

21500

26000

38000

52000

農業上污水回用量

11000

18800

35000

45000

污水回用量占總供水量的比例（％）

5.4

13.0

14.6

20.1

灌溉項目

BOD(mg/L)

SS(mg/L)

溶解氧(mg/L)

大腸菌值(個/100mL)

余氯(mg/L)

其它要求

干飼料、纖維、甜菜、谷物、森林

60

50

0.5

限制噴灌

青飼料、干果

45

40

0.5

果園、熟食蔬菜、高爾夫球場

35

30

0.5

100

0.15

其它農作物、公園、草地

15

15

0.5

12

0.5

需過濾處理

直接食用作物

即使是再生水也不能用于灌溉

其它部分國家的再生水利用實例見表7，此外阿根廷、巴西、智利、秘魯、科威特、塞浦路斯、突尼斯等國都開始利用再生水，用于農業灌溉的比例最大。

國家

城市

再生水利用規模（104m3/d）

回用對象

俄羅斯

莫斯科

55.5

工業

波蘭

費羅茨瓦夫

17

灌溉、地下水回灌

墨西哥

聯邦區

15.5

澆灌花園

沙特阿拉伯

利雅得

12

石油提煉、灌溉

印度

孟買

0.015~0.025

商業大樓雜用水

南非

約翰內斯堡

5

電廠冷卻水

納米比亞

溫得和克

0.045

飲用水

1.3　國內的污水再生水利用

1.3.1污水資源分析

經濟建設和城市化的快速發展，使城市污水排放量增長很快。目前，我國城市污水年排放量已達414億立方米，已建污水處理設施400余座，城市污水處理率達到30%，二級處理率達到15%。根據“十五”計劃綱要要求，到2005年中國城市污水處理規模將超過4 000萬m3/d，城市污水集中處理率將達到45%，這就給城市污水再生利用創造了基本條件。

1.3.2污水再生利用的適用性

經濟的發展和城市化進程的加快，以及水污染問題的日益嚴重，也導致我國的城市缺水問題十分突出。據統計，我國目前668座城市中有400多座城市存在不同程度缺水，其中136座城市嚴重缺水，日缺水量達1600萬立方米，年缺水量60億立方米，由于缺水每年影響工業產值2000多億元人民幣[4~5]。嚴重缺水城市主要集中在北方，占全國的2/3，占南方城市總數的30%；南方占全國的1/3，占南方城市總數的17.8%。北方缺水城市中主要是資源型缺水，即城市發展的需水量超過當地水資源承受能力；南方缺水城市中除沿海少數城市外，基本上屬于工程型或污染型缺水，即因工程設施不足或水質受污染造成。

一方面城市缺水十分嚴重，一方面大量的城市污水經治理后又白白流失，浪費了大量的可利用資源。和城市供水量幾乎相等的城市污水中，只有0.1%的污染物質，遠低于海水中3.5%的量值。水在自然界中是唯一不可替代的、也是唯一可重復利用的資源。城市污水就近可得，易于收集，再生處理比海水淡化成本低廉，基建投資比遠距離引水經濟[18~19]。城市污水可以作為可靠的第二水源，這已成為當今世界各國在解決缺水問題時的共識。但是，由于污水再生利用的復雜性，在我國開展污水再生利用必須注意以下幾個方面的工作：

第一，制定污水再生利用系統的總體規劃。由于再生水的需求者通常比較分散，用水量較小，因此鋪設再生水管道系統是推廣污水再生利用的關鍵。為了保證處理后的再生水能夠送到各個用戶，首先必須編制城市污水再生利用規劃，確定污水深度處理的規模、位置、再生水管道系統的布局，以指導再生水廠和再生水管道的建設和管理。由于以前的道路和市政管道建設時未能預留再生水管道的位置，或者即使可以安排再生水管道也需要破路才能施工，這便造成了推廣城市污水再生利用的一個主要困難。

第二，正確評價污水再生利用所具有的環境和公眾健康風險。若污水再生利用技術缺乏或不當，會造成嚴重后果。因此，在計劃污水再生利用工程以前，要對其環境和健康風險進行詳細、科學的不確定性分析和風險評價[20]。但是這一過程涉及的系列環境評價和經濟評價技術在我國都未盡完善，從而增加了發展污水再生利用的風險。

第三，建立國家專項節水基金，發行債券，也可借助民間和外資力量，多方面多渠道籌集資金，支持、鼓勵建設節水和污水再生回用設施。目前，污水再生利用的成本還比較高，尤其是規模較小的中水工程。按北京市統計，只有水量大于150m3/d的污水再生利用工程在經濟上才是可行的，而現有建筑中水的規模大多小于該值[21]。因此對于分散型污水再生利用設施而言，中水成本與自來水價格以及城市污水處理費相比并不低，在成本上往往不具有競爭優勢。此外，建筑中水系統還要涉及室內甚至整個城市上下水系統等的改造，給用戶和市政增加了額外的負擔[22]。

第四，對公眾進行適當的宣傳、引導。國內公眾仍未完全接受污水再生利用，主要是由于信息不充分，對健康的擔憂，心理的障礙以及出于成本上的考慮所造成的。由于缺乏相應的宣傳和公眾參與，公眾意識不到水資源管理面臨的嚴重問題，意識不到污水再生利用對于保護水資源的重要性，對污水再生利用產生了誤解和對健康不必要的擔憂，這些都會阻礙他們接受再生水[23]。

第五，制定城市節水和污水再生利用的技術指標體系；定期適用集成的技術措施；制訂適度超前的標準、規范，為技術發展留下空間。本著“優水優用，劣水劣用”的原則，依不同的回用對象和相應標準，確定不同的處理技術，可大大節省工程投資和運行成本。

第六，制定鼓勵污水再生利用的相關政策。首先是水價體系的不合理。長期來，我國的傳統水資源價格一直處于較低的水平，對于用戶而言使用再生水并不比使用自來水在成本上有多大的節約，因此我國的水價體系不能夠激勵用戶自動地采用再生水。其次是尚未建立起再生水的收費機制，在這種情況下，污水處理廠不愿意也沒有相應的財力進行污水深度處理和管網的投資。最后是污水缺乏污水再生利用產業的投資激勵政策，造成了投資來源的匱乏。

1.3.3污水再生利用現狀

我國的再生水利用理論研究和實踐經歷了“六五”期間的起步階段（1980～1985），“七五”到“九五”期間的技術儲備和示范工程引導階段（1986～2000）和目前的發展階段[8]，主要活動如表8所示。

階段

時期

研究課題

重大實踐項目

政策法規

標準、規范

起步階段

六五

建設部“六五”計劃再生水利用課題

北京市環保研究所中水試點工程；北京國際貿易中心中水工程

引導階段

七五

水污染防治及城市污水資源化技術

以北京市為首的一批建筑（小區）中水工程

北京市中水設施建設管理試行辦法（1987）

生活雜用水水質標準

（CJ 25.1－89）

八五

污水凈化與資源化技術

建設部“城市中水設施管理暫行辦法”（1995）

景觀娛樂用水水質標準

（GB 12941－91）；行業規范：建筑中水設計規范，污水回用設計規范

九五

污水處理與水工業關鍵技術研究

一些集中再生水利用工程

行業標準：再生水回用于景觀水體水質標準

發展階段

十五

污水資源化利用技術與示范

再生水利用被寫入“十五”綱要

國標：建筑中水設計規范，污水回用設計規范

目前，我國再生水的用途有以下方面：城市、工業、農業、環境娛樂和補充水源水等。根據具體的使用目的和水質要求不同，水源、污水再生利用的設施和技術也隨之不同。

再生水用于城市雜用的具體用途有：綠化用水、沖洗車輛用水、澆灑道路用水、廁所沖洗水、建筑施工和消防用水。市政雜用的再生水與人體接觸的可能性較大，因此需要進行嚴格的消毒。再生水用于農業可以采用直接灌溉和排至灌溉渠或自然水體進行間接回用兩種方式。農業用水需求量大，水質要求一般也不高，是污水再生利用產業的主要需求者之一。一般經二級處理的城市污水出水水質都能達到或超過農業灌溉用水標準。國外再生水利用的經驗告訴我們，用于農業的再生水量通常都占較大的比重。再生水用于工業包含兩方面：工業利用再生的城市污水和工業廢水的內部循環。工業對再生水的需求量很大，對水質的要求也多種多樣。再生水可用于量大面廣的冷卻水、洗滌沖洗用水及其它工藝低質用水，因此它最適合冶金、電力、石油化工、煤化工等工業部門的利用[17]。環境娛樂性用水主要為形成娛樂性或觀賞性湖泊等。娛樂用水又可以分為主要接觸和次要接觸兩大類。主要接觸是指人體同水的接觸是長時間的和直接的，并且有吸入的可能，比如游泳；次要接觸是指諸如劃船、釣魚和進行觀賞等活動，一般情況下并無浸水的可能。根據用水與人體接觸的方式不同，必須采用不同的處理程度[24]。污水再生利用的其它方式還包括地下水回灌和飲用型回用。地下水回灌用于防止地面沉降、海水及苦咸水入侵及補充地下水儲量。再生水用于生活飲用水源我國尚無先例，但在國外已有應用，如南非的溫得霍克市和美國堪薩斯州的查紐特等，而且由于處理得當都未發生衛生問題。但是大多數地區對此仍保持保守態度，如美國環保局認為，除非別無水源可用，盡可能不以再生水作為飲用水源[25]。表9為我國北方部分城市集中污水處理回用工程，表10是我國部分城市建筑（小區）中水系統建設情況，部分工程的處理工藝如下[26]。

1. 中國市政工程東北設計研究院與大連春柳河污水廠經過長期科技攻關與工程實踐提出的城市廢水回用于工業循環冷卻的再生水處理流程：

2. 清華大學與太原化工廠等單位合作，提出城市污水回用于化工循環冷卻水的再生處理流程：

3. 中國科學院生態環境研究中心與北京燕山石油化工公司提出石油化工廢水回用于冷卻的處理流程：

4. 中國市政工程華北設計研究院提出再生水回用于景觀水體的工藝流程：

5. 我國以石油污水為原水再生處理回注油田地下的處理流程：

城市

污水處理廠

回用規模

(萬m3/d)

回用對象

起始時間

北京

高碑店北小河

30

2

電廠冷卻水、道路、綠地綠化、市政、河道

2000年

1995年后

天津

東郊

紀莊子

6

10

工業用

造紙及其它工業

1995年

1995年

石家莊

橋西

景觀、河道

2000年前

保定

景觀、河道

2000年前

秦皇島

海港區

2

煤碼頭用水

1995年

邯鄲

邯鄲北

4

電廠冷卻水

1998年

青島

海泊河

延安西路

1

0.05

沖廁、澆灑、冷卻

洗滌用水

1998年

1990年

威海

0.5

電廠冷卻水和沖灰水

1993年

棗莊

景觀、河道

2000年前

泰安

2

綠化、河道補水、工業

1995年

大連

春柳

傅家莊

馬欄河

1

2.8

4

冷卻、工藝用水

澆灑道路、綠地

工業冷卻水

1991年

1992年

1995年后

鞍山

20

鞍鋼工業用水

1995年后

太原

北郊

南堰

楊家堡

1

5

5

太鋼高爐冷卻水

化工區工業用水

汾西工業區

1991年

1995年后1995年后

大同

東郊

1

電廠冷卻水

1995年后

西安

鄧家村

6

綠化、生活雜用、工業

2002年

銅川

0.7

電廠冷卻水

1995年后

城市

中水系統數量

運行數

最早開始運行時間

北京

120

60

1985

西安

1

1

1988

煙臺

20

不祥

1989

大同

1

1

1991

深圳

29

2

1992

大連

10

2

1996

新鄉

1

1

1996

*截止到1996年底，含在建項目

最近，為貫徹我國水污染防治和水資源開發利用的方針，提高城市污水利用效率，做好城市節約用水工作，合理利用水資源，實現城市污水資源化，減輕污水對環境的污染，促進城市建設和經濟建設可持續發展，城市污水再生利用國家標準化管理委員會批準并實施的三項國家標準：《城市污水再生利用 分類》（GB/T18919-2002）；《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）；《城市污水再生利用景觀環境用水水質》（GB/T18921-2002）。這三項城市污水再生利用國家標準的頒布實施填補了我國城市污水再生利用水質標準的空白，為實現污水資源化提供了技術依據。該系列標準還包括《城市污水再生利用補充水源水質》和《城市污水再生利用工業用水水質》。

再生水的價格是污水再生利用市場化的核心要素。一方面，在再生水的水質和水量能滿足安全性和穩定性的情況下，價格是決定需求的主要因素，合理的價格機制能夠對再生水的需求產生經濟激勵。另一方面，再生水的價格水平又決定了污水再生利用企業是否能夠得到足夠的收益以滿足其財務平衡的需求。因此為了培育再生水市場并為污水再生利用產業的良性運轉提供資金保證，應當建立起再生水的收費制度，以補償污水再生利用設施的投資、建設和運營的支出。

目前我國再生水的收費制度存在的主要問題是：再生水水價過低或甚至沒有價格，以及再生水的價格管制政策沿襲了傳統的收益率管制政策。在前一種情況下，由于沒有其它措施保證污水再生利用產業投資者的基本收益，使得該產業缺乏足夠的市場資金投入。而后者可能會造成污水再生利用企業的成本膨脹，而不利于提高產業效率。因此，必須建立我國再生水價格的合理體系，保障我國污水再生利用產業的良性運行。

污水再生利用產業在我國尚處于發展之初，它在未來是否能夠發展到一定的市場規模，成為緩減水資源短缺和水污染嚴重的重要手段，將不僅取決于其自身的經濟技術可行性，而且還與政府的產業政策密切相關。健全的污水再生利用產業政策可以發展污水再生利用產業，擴大再生水的需求，提高污水再生利用在解決水資源短缺的諸多解決方案中的重要性；可以規范污水再生利用產業，保障再生水安全性和經濟效率目標的實現；可以激勵污水再生利用企業提高運營效率、降低成本；可以優化政府職能，為污水再生利用產業的發展提供良好的體制環境。

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