时间：2023-03-20 16:14:14
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【关键词】煤化工，技术发展，路线
中图分类号： P618 文献标识码： A
一、前言
随着当今社会的不断发展，中对我国现代煤化工技术的要求也日益渐高。因此，积极采用科学的方法，不断完善煤化工技术管理就成为当前一项十分紧迫的问题。
二、我国煤化工产业发展现状
1、我国传统的煤化工产业优势项目主要是煤炭焦化和煤气化。
（一）、煤炭焦化项目
据中国炼焦行业协会初步统计，2011年，我国又新增80多家焦化企业，至此我国焦化企业达到330多家，焦炭的年产量可以达到3.77亿吨，2011年焦炭产量达到了4.28亿吨，比去年同期增长11.78%。全国大中型企业新增48座焦炉，预计焦炭产能2622万吨，其中炭化室高5.5米捣固、6米顶装及以上焦炉42座、焦炭产能2424万吨。各种设备、焦化技术也达到世界较高的水平，出产的焦炭质量也在逐年提高。
（二）、煤气化技术项目
煤气化技术是煤化工产业发展的标志性技术。在我国化工机械、冶金建材等行业广泛应用。在我国气化炉大多为固定床气化炉。而且逐步引进加压鲁奇炉、德士古水煤奖气化炉，用于氨的合成、生产甲醇和城市煤气。其中“九五”期间，兖矿集团与一些高校和科研机构进行合作，在先进气化技术上取得了突破性的成果，成功开发出了能每日处理22吨的多喷嘴水煤浆气化炉中试装置，在考核试验中，其性能优于德士古。标志着我国拥有了达到国际先进水平、与我国能源结构相适应的、具备自主知识产权的煤气化技术，填补了国内空白。
2、煤化工产业整体水平低
同世界发达国家的技术水平相比，我国煤化工产业规模小、整体水平落后，主要表现在设备技术水平低，导致能耗高、加工能力小、产品品种少、而且对环境污染过于严重。因此国家在上海等一些地方筹建高水平的煤化工产业装置，来提升煤化工产业的技术水平与生产能力。
三、我国现代煤化工发展对策
作为石油和石化产业的有效补充和替代产业，现代煤化工产业具备长期发展潜力，但现代煤化工项目普遍投资在百亿元以上，工艺技术相对石油化工复杂，对设备的磨损、水耗普遍高于传统石油化工，国外技术和设备也需经过工程化考验，应有控制地发展。同时需要构建成熟的信息通道和技术经济平台，新上项目尤其须做好市场分析，避免盲目上项目带来的产能过剩。在技术研发和示范运营方面，经过近10年来的大规模建设，不少项目暴露出来一些难以解决的问题，应当重视局部技术的研发和推广，尤其是关系到循环经济和节能减排方面技术的升级，提高大型煤化工的整体经济社会效益。
在发展步骤上，应在示范成功的基础上适度推广，并经过一定经济周期的检验。重点发展煤制化工原料的技术创新工作，通过技术发展提高产品附加值。做好热能梯级利用、各类资源通过循环经济实现物尽其用。积累各种现代煤化工项目的物料平衡、热量平衡和消耗定额数据，重视煤质变化对整套系统的影响。争取到2015年现代煤化工部分产业进入成熟期，水耗大幅降低，产品与石化产品具备成本优势，具备大规模推广的技术、经济、环境条件，到2020年成为石油化工的替代补充产业。
四、现代煤化工的主要技术路线
1、煤制油
煤制油主要指煤的间接液化与直接液化，液化产品包括汽油、柴油、航空油、石脑油及烯烃等。随着国际油价的不断攀升以及我国对石油进口依赖度的逐渐增大，发展煤制油具有重要意义。但由于工艺技术相对复杂，我国煤制油工业化生产还处于起步阶段。间接液化需要进一步解决费托和成浆态床反应器设计与制造、催化剂的研制、反应热回收利用及合成尾气甲烷转化利用等方面的问题；直接液化则面临煤质要求高、设备材质要求高以及催化剂一次性加氢液化活性提高等问题。此外，耗煤耗水量高、投资风险巨大也成为了制约煤制油技术发展的瓶颈，应持谨慎态度发展。
2、煤制天然气
天然气是高热值的清洁能源，又是重要的化工原料。目前，国内“少气”的局面主要依靠国外进口管输天然气和液化天然气解决，因此，发展煤制天然气是有利的缓解途径。煤制天然气的能量效率最高，是最有效的煤炭利用方式，同时，单位热值耗水量低，的排放量也比较低，能够实现大规模长距离管道运输。该技术在开发高效污水处理和回用技术，提高转化效率和工艺装置规模及与煤气化技术组合等方面还有很大的发展空间，随着未来天然气价格的持续走高，煤制天然气将成为现代煤化工技术中的一支潜力股。
3、煤制烯烃
煤制烯烃技术主要有两种，中间都经过甲醇：一种是MTO技术，指甲醇制乙烯、丙烯等低碳混合烯烃的技术。另一种是MTP技术，指甲醇制丙烯工艺。在煤炭资源丰富、烯烃供需缺口巨大、国家政策支持以及经济优势明显等有利形势下，中国已成为亚洲唯一一个发展MTO和MTP项目的国家，预计2012-2015年将有16个项目陆续投产，带来合计约10Mt/a的烯烃产能。虽然煤制烯烃还未实现工业化，但经过多年的努力，我国已拥有大连化学物理研究所甲醇制烯烃二代技术（DMTOⅡ）、中石化甲醇制烯烃技术（SMTO）和流化床甲醇制丙烯技术（FMTP）三项重要的自主研发技术。如能克服水资源消耗量大及运输等问题，煤制烯烃将成为煤清洁高效利用的重要发展方向。
4、煤制乙二醇
乙二醇是一种重要的有机化工原料，主要用于生产聚酯纤维、防冻液、不饱和聚酯、剂、增塑剂、表面活性剂、涂料等。目前，我国仅通辽金煤一项20万吨/年煤制乙二醇项目，产品自给率很低，进口依赖度很大，这使得煤制乙二醇具有广阔的市场发展前景。今后应从生产规模大型化、合成水处理与回用、副产气、尾气的综合利用等方面逐步提高技术水平和产品质量，从而提高与中东低成本乙二醇的竞争力。
5、煤制醇醚燃料
煤制醇醚燃料是指以煤为原料，生产甲醇和二甲醚。甲醇是一种重要的化工原料，含50%的氧，特性与汽油相似。与普通汽油相比，甲醇燃料不仅具有很高的辛烷值，而且对于降低PM2.5中含碳、含氮类有害物质的浓度也起到积极作用。二甲醚是替代柴油的清洁能源，其性质与液化天然气相似，与LPG掺混可作为民用燃料。虽然近些年醇醚燃料的研究受到大力发展并取得了一定的成绩，但不得不承认的是甲醇具有毒性，对金属有腐蚀，遇水容易分层。而二甲醚的沸点常压下仅为-23.7℃，对某些合成材料有很强的溶胀性。安全性与可靠性还有待进一步提高，这些都成为醇醚燃料进行市场推广的主要阻力。同时，为使车辆与燃料匹配，还必须重新开发新车或对现有车辆进行改造。而这部分费用势必最终由消费者承担。因此，醇醚燃料替带油品显然还有很长的路要走。
6、IGCC联合循环发电
IGCC联合循环发电是指煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。相较于传统的燃煤发电，IGCC联合循环发电高效、清洁，能将煤化工的“废气、低汽”完全利用，并大大减少冷却水的用量，这使得该技术受到煤化工行业与电力行业的广泛关注。但由于流程长，设备投资大，操作复杂，经济性较差等原因，阻碍了IGCC项目建设的步伐。不过，值得期待的是将大型煤化工装置与IGCC
五、结束语
煤化工技术管理作为工程项目施工管理的核心工作之一。对我国现代煤化工工程方面具有十分重要的作用。我们必须将科学技术和管理方法融合到建筑项目管理工作中。
参考文献
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[4]张殿奎.煤化工发展方向-煤制烯烃[J].化学工业.2012
【关键词】煤炭资源；煤制气；工艺技术；发展前景
1.我国煤制气发展前景
煤制气项目是以煤炭为主要原料生产化工和能源产品，传统煤化工主要包括合成氨、甲醇、焦炭和电石四种产品，现代煤制气是指替代石油或石油化工的产品，目前主要包括煤制油、煤制烯烃、二甲醚、煤制天然气等。煤制气是非石油路线生产替代石油产品的一个有效途径。从有关资料看，煤制气的能源转化效率较高，比用煤生产甲醇等其他产品高约13%，比直接液化高约8%，比间接液化项目高约18%。
煤制气前景看好，相对于传统煤化工已经日益明显的“夕阳”特征，而在材料和燃料两个新型煤化工发展方向上，煤质烯烃和煤质乙二醇等煤基材料的发展前景要好于煤制油等新型煤基清洁能源的煤基燃料方向。
2.煤制天然气概述
煤制天然气是以煤为原料，采用气化、净化和甲烷化技术制取的合成天然气。天然气（natural gas）又称油田气、石油气、石油伴生气。开采石油时，只有气体称为天然气；石油和石油气，这个石油气称为油田气或称石油伴生气。天然气的化学组成及其理化特性因地而异，主要成分是甲烷，还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。无硫化氢时为无色无臭易燃易爆气体，密度多在0.6～0.8g/cm3，比空气轻。通常将含甲烷高于90%的称为干气，含甲烷低于90%的称为湿气。天然气是一种优质、清洁能源，煤制天然气的耗水量在煤化工行业中是相对较少，而转化效率又相对较高，因此，与耗水量较大的煤制油相比具有明显的优势。此外，煤制天然气过程中利用的水中不存在有无污染物质，对环境的影响也较小。
3.煤制天然气工艺流程
煤制SNG可以高效清洁地利用我国较为丰富的煤炭资源，尤其是劣质煤炭；还可利用生物质资源，拓展生物质的利用形式，来生产国内能源短缺的天然气，然后并入现有的天然气长输管网；再利用已有的天然气管道和NGCC电厂，在冬天供暖期间，将生产的代用天然气供给工业和用作为燃料用于供暖；在夏天用电高峰时，部分代用天然气用于发电；在非高峰时期，可以转变为LNG以作战略储备；从而省去了新建燃煤电厂或改建IGCC电厂的投资和建立铁路等基础设施的费用，并保证了天然气供应的渠道和实现了CO2的减排。由此可见，煤制SNG是一举数得的有效措施，有望成为未来劣质煤炭资源和生物质资源等综合利用的发展方向。本文以某厂煤制SNG项目为例，首先对总工艺流程进行了简要描述，并对其中甲烷化技术进行了介绍。其次对流程进行了模拟计算，得出客观可靠数据。最后对煤制SNG在节能减排方面的优势进行了分析。
3.1工艺简介
煤制SNG技术是利用褐煤等劣质煤炭，通过煤气化、一氧化碳变换、酸性气体脱除、高甲烷化工艺来生产代用天然气。本文所研究项目的工艺流程如图1所示，其中气化采用BGL技术，并配有空分装置和硫回收装置。主要流程为：原煤经过备煤单元处理后，经煤锁送入气化炉。蒸汽和来自空分的氧气作为气化剂从气化炉下部喷入。在气化炉内煤和气化剂逆流接触，煤经过干燥、干馏和气化、氧化后，生成粗合成气。粗合成气的主要组成为氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、硫化氢、油和高级烃，粗合成气经急冷和洗涤后送入变换单元。
粗合成气经过部分变换和工艺废热回收后进入酸性气体脱除单元。粗合成气经酸性气体脱除单元脱除硫化氢和二氧化碳及其它杂质后送入甲烷化单元。在甲烷化单元内，原料气经预热后送入硫保护反应器，脱硫后依次进入后续甲烷化反应器进行甲烷化反应，得到合格的天然气产品，再经压缩干燥后送入天然气管网。
图1 煤制SNG总工艺流程示意图
3.2甲烷化技术
煤制SNG工艺流程中主要包括煤气化、变换、酸性气体脱除、甲烷化等工艺技术，其中高甲烷化技术为关键技术之一。
3.2.1托普索甲烷化技术
丹麦托普索公司开发甲烷化技术可以追溯至20世纪 70年代后期，该工艺已经在半商业规模的不同装置中得到证明，在真实工业状态下生产200m3/h～3000m3/h的SNG。在TREMPTM工艺中，反应在绝热条件下进行。反应产生的热量导致了很高的升，通过循环来控制第一甲烷化反应器的度。TREMPTM工艺一般有三个反应器，第二和第三绝热反应器可用一个沸水反应器（BWR）代替，虽投资较高，但能够解决空间有限问题。另外，在有些情况下，采用四个绝热反应器是一种优化选择，而在有些条件下，使用一个喷射器代替循环压缩机。除了核心技术外，因为生产甲烷的过程要放出大量的热量，如何利用和回收甲烷化热量是这项技术的关键。托普索工艺可以将这些热量再次利用，在生产天然气的同时，产出高压过热蒸汽。
3.2.2 Davy甲烷化技术
20世纪90年代末期，Davy工艺技术公司获得了将CRG技术对外转让许可的专有权，并进一步开发了 CRG技术和最新版催化剂。Davy甲烷化工艺技术除具有托普索TREMPTM工艺可产出高压过热蒸汽和高品质天然气特点外，还具有如下特点：催化剂具有变换功能，合成气不需要调节H/C比，转化率高。催化剂使用范围很宽，在230℃～700℃范围内都具有很高且稳定的活性。
3.2.3鲁奇甲烷化技术
鲁奇甲烷化技术首先由鲁奇公司、南非沙索公司在20世纪70年代开始在两个半工业化实验厂进行试验，证明了煤气进行甲烷化可制取合格的天然气，其中CO转化率可达100%，CO2转化率可达98%，产品甲烷含量可达95%，低热值达8500kcal/Nm3，完全满足生产天然气的需求。
4.总结
煤制气项目对工业快速发展具有一定的必要性；对于人们生活质量的提高也具有重要的意义。特别是煤制天然气项目，它具有广阔的发展空间和光明的发展前景。从技术上说：煤制气技术中，KBR制氨技术效率高而且环保，在煤制天然气技术上我国也有所突破。随着市场油价的增长，煤制天然气发展空间很大，同时国家政策又给予有利的鞭策及支持，这使煤制气更“健康而茁壮成长”例如：2010年6月，国家发改委《关于规范煤制天然气产业发展有关事项的通知》，进一步加强对煤制天然气产业的规范和引导，促进煤制天然气行业健康发展。所以发展煤化工的煤制气项目具有发展前景。
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一、主要工作完成情况
1、年初顺利完成一期硫回收技改工作，从原来设计的超级克劳斯三级处理工艺改造为工艺更先进、处理流程更短、运行更稳定的C-C两段法硫磺回收工艺，有效实现低温甲醇洗废酸性气体全部回收、确保环保达标排放，除了处理酸气气量增加近30%外，通过管理创新，采用EPC模式与公开招标相结合、甲方深度参与的方式，高效、安全完成了改造项目，节约建设投资1000余万元，取得了较好效果。
2、第二台气化炉技改顺利完成，比计划提前两个月。
煤化工醋酸项目乙二醇配套工程设计两台粉煤气化炉，拥有自主知识产权，是国内首套正式投入生产运行的新型粉煤气化工艺。经过对第一台气化炉试运行后技术工艺的吸收改造，运行基本稳定可靠，年初确定启动第二台气化炉技术改造工作。从启动伊始，就从现场布置、设计图纸催交、设备材料供应、现场施工管理、公用工程碰头预留、安全管控等方面积极采取措施快速推进，最终比计划提前两个半月完成。
3、两化融合工作顺利启动，目前按照计划进行稳步推进。“工业化、信息化”两化融合工作是工业企业新旧动能转换、结构转型升级、提升工业企业整体素质和竞争力的有效手段，近年来工信部正在全国范围内大力推进，我公司两化融合工作在**市、**集团率先开展，得到了市科技和工业信息化委员会的大力支持，他们真心为企业服务，积极联系上级政府人员对我公司工作给与指导，同时在政策上也给与很大支持，目前此项工作稳步推进。
4、锅炉超低排放工作快速进展。今年，国家环保政策一再收紧，我公司六台锅炉需要进行超低排放改造，否则，将要面临公司停产的严重局面。作为分管此项工作的负责人，我为此倾注了大量心血，除了组织讨论确定改造方案外，加强施工过程控制，建立了例会制度、日检查考核制度，通过微信群、现场督导、特事特办等方式，除了督促相关部门尽职尽责外，我自己也是深入现场解决问题，了解第一手资料，充分利用自己长期搞基建积累的经验强化工程管理，确保工程按照计划快速推进；目前一台锅炉超低排放改造已经完成投用，其他五台有望在年底完成。
5、初步建立了算账生产算账经营模式，建立了单产品综合成本分析模板，实现了化工园区各装置单产品日清日结、园区综合算账模式，并根据当日价格及时调整产品结构以实现经营效益最大化。
二、年度取得的主要成果
1、《以**为导向的精益生产管理模式在新煤化工企业的构建与实施》获全国石化行业管理创新二等奖；
2、《**企业干部甄别考评机制的构建与实施》、《大型煤化工公司品牌的培育与建设》获得全国石化行业管理创新三等奖；
3、《大型化工基建项目材料采购管理方式创新研究》获得煤炭行业现代化管理创新成果三等奖。
针对在超临界水环境下进行煤气化过程所使用的管壳式换热器，建立了在管程和壳程内同时存在物料流动和换热的三维管壳式换热器模型，利用CFX软件(计算流体力学分析软件)对管程和壳程中物料的换热和相变过程进行了模拟研究，成功应用IAPWSIF97(国际通用工业用水和水蒸气热力性质计算公式)数据库模拟了超临界水的物性状态，阐述了管程内物料从亚临界相到超临界相的转变过程。利用已有的实验结果对模型进行了验证。模拟结果表明，随着壳程内物料流量增大，壳程压降和传热系数随之增大;壳程出口温度增大的速率渐趋平缓;当换热器板间距从117mm增大到150mm时强化传热效果并不明显，同时大大增加了壳程的流动阻力;在压力为23MPa，温度达400－600℃的操作条件下，换热器中辐射传热影响较大，进行数值模拟时不应忽略这部分的影响。研究指出:换热器结构设计时需要综合考虑传热和煤颗粒沉积的影响。
关键词:
管壳式换热器;数值模拟;超临界水;煤气化
近些年来，在超临界水环境下进行低温催化煤气化反应过程，用来制造清洁能源(氢气和天然气)，引起了国内外大量学者的关注和研究［1－2］。其中换热器是超临界水煤气化过程中必不可少的热交换设备，通常用来作为加热反应器进口冷物料的预热器，同时也用作反应器出口热产物的冷却换热器。鉴于实验条件下不能直观地得到超临界相态的过程，利用CFD(计算流体力学方法)预测其内部流场和相变十分必要。国内外研究者利用计算流体力学对换热器进行了广泛的数值模拟研究，包括对其压降、传热、传热效率、传热系数、湍流混合以及停留时间分布的研究等［3－9］。对于换热器中相变的研究，一般只针对常压下液态水到气态水的相变［10］，对于从亚临界水到超临界水状态转变的过程研究较少，而这一过程却是超临界水煤气化反应前预热必经的过程，对超临界水煤气化工艺过程的研究起着至关重要的作用。本研究针对煤气化中的超临界水的相态转变过程，建立了在管程和壳程内同时存在物料流动和换热的三维管壳式换热器CFD模型，模拟了在不同超临界水流量条件下换热器壳程和管程的压力分布、温度场和传热系数，指出了超临界水相变的过程，以及辐射传热的影响。
1换热器几何模型
本研究对管壳式换热器进行模拟研究，其基本结构如图1所示，为一单壳程双管程换热器。总长1050mm，管程为16×2根管，管程出口入口如图1所示，管程管径15mm，管程容积为0．0082m3。壳程入口管直径50mm，壳程公称直径为150mm，容积为0．0122m3，壳程采用上进下出式，壁面绝热。
2数学模型与计算方法
网格划分使用Gambit软件(网格划分软件)，划分非结构化四面体网格，壳程网格数为118万，管程网格为102万，在管程和壳程传热壁面的两侧分别划分了边界层，保证了传热计算的准确性。超临界水独特的物性是最难把握的一点，只有准确定义超临界水的物性，才能更可信地模拟超临界态的煤气化反应。本研究采用IAPWSIF97数据库数据来模拟计算超临界水的状态［11］。应用ANSYSCFX13．0软件进行模拟，采用稳态计算，流体采用气液混合物模型，超临界水物性采用IAPWS物性数据库数据，传热模型采用thermalenergy模型(热能模型)，湍流封闭模型应用k－ε，辐射传热模型应用P1模型，当考虑颗粒相时曳力应用gidaspow模型，颗粒间应用颗粒碰撞模型。由于本研究的换热器仍处于设计阶段，研究中简化为物料中仅含超临界水，并对其换热和相变进行模拟研究。亚临界的液态水为平衡限制组份，超临界态水为平衡自由组份。壳程和管程分别为两个域，之间的管程管壁和壳程折流挡板为可传热的壁面，接触热阻为0．0002m2•K/W。壳程的外壁面为绝热。壳程为上进下出，进料温度570℃，压力23MPa，处于超临界状态，折流挡板8块，板间距117mm，出口相对压力为0Pa(参考压力为23MPa)。管程为下进上出，为减小网格数简化模型，未模拟管程左侧的管箱段。如图1所示，靠下部的16根管为管程入口，上部的16根管为管程出口，压力23MPa，温度370℃，处于亚临界状态。管路采用三角形排列。时间步长采用自由时间步长，收敛标准为10－4，观测点出口温度、两侧传热系数在迭代时间步300步左右达到稳定值，在迭代时间步600步时结束计算，单个算例所需时间18h。结果显示收敛性良好，RMS残差已达到收敛标准。
3结果分析与讨论
3．1模型验证由于换热器处于设计阶段，本研究采用实验中的盘管对模型进行验证。盘管全长20m，管径12mm，直管段3m，弯管段2m，共两圈，容积为0．00226m3，水平放置。水与物料混合后进入盘管，出口压力值24．1MPa，实验条件下的进出口压差值列于下表中，以实验温度500℃为例，水煤浆浓度为水煤质量比6．27，盘管进出口压差为0．139MPa，模拟同实验条件下的盘管压降为0．14MPa，相对误差小于1%，由此验证了CFD模型模拟的可靠性。
3．2相变及温度场/压力场超临界水管程走冷流体，即需要被加热的反应物料，入口温度370℃，处于亚临界状态，将被加热到超临界状态。壳程走热流体，即从反应器反应完成后循环回来的热流体，入口温度570℃，处于超临界状态。在壳程流量保持不变的条件下，比较管程流量不同的条件下流场和温度场的变化。在0．3kg/s和0．15kg/s的管程流量下管程超临界相水的质量分数分布如图2所示。入口均为亚临界状态下的液体，被加热后出口均变为超临界态。从模拟结果很好地给出了管程冷流体从亚临界到超临界状态的变化以及相变发生的位置。当管程流量从0．3kg/s减小一半时，由于管程流体流速降低，停留时间增大，相变的位置离入口更近。为减小误差，模拟设定参考压强为23MPa，则出口处相对压强为0Pa，如此得到相对压强的管程分布图3。结果可见，当管程流量从0．3kg/s减小到0．15kg/s时，管程压降明显降低。管程冷流体被逐步加热，流量较小的管程流体停留时间长，被加热到的温度较高。管程流量在0．3kg/h时，出口温度为650．76K，加热温升为7．6℃。管程的温度分布如图4所示。
3．3壳程不同热流体流量的影响壳程流量从0．075kg/s到1．0kg/s变化时，壳程内压降、出口温度和壳程传热系数的变化如图5所示。由图可见，在保持管程流量不变的情况下，将壳程流量从0．075kg/s逐步增大到1．0kg/s时，超临界水流速增大，整体压降显著增大;同时，流动强化了传热，壳侧的传热系数也随之增大。壳程出口温度开始迅速增加。继续加大流量，温度增加趋势逐渐平缓。说明过大的流量增量对传热温差的影响将变得不明显，因此，为了保证降低能耗同时保持强化传热，有必要对壳程流量进行优化。
3．4挡板间距的影响对于双管程单壳程的换热器，尝试采用更大的挡板间距，以此来减小在大流量操作条件下的壳程压降。模拟对比了壳程和管程流量都为0．15kg/h时，且在同样换热器长度下，具有8块折流挡板、挡板间距为117mm的换热器和具有6块折流挡板、板间距为150mm换热器的流动和传热结果。由图6压力云图可见，当降低折流挡板的数目时，压降从586Pa降到405Pa，壳程的压降显著降低。温度分布图7可见，板间距虽然有所改变，但壳程的出口温度都在790K左右，差别不大。可知，在此换热器操作条件下，增加折流板数，减小板间距，强化传热效果并不明显，同时却大大增加了壳程的流体流动阻力，使得壳程压降增大明显。因此在此操作条件下，仅出于传热考虑可以使用150mm的板间距，即6块折流挡板。与此同时，由速度矢量图8可以看出，在两种板间距的结构条件下，都会出现“流动死区”，这些区域不仅会因为流速很小导致局部结垢以及煤颗粒沉积，同时也会影响总体传热效果。因此，实际换热器结构设计时需要综合考虑传热和沉积的影响。
3．5辐射传热的影响对比同条件下加辐射传热模型和不加辐射传热模型的情况如表2所示。结果可见，在不考虑辐射传热的情况下，超临界态的换热器的壳程的出口温度同考虑辐射传热的结果相差较大，仅考虑对流传热的壳程温差明显较小，只有21K，仅为考虑辐射传热情况下的一半，也即辐射传热在超临界态水总传热中占有一定比例，由此可见辐射传热在此操作条件下不可忽略，模拟应考虑辐射传热的影响。
4结论
建立了超临界水环境下进行煤气化过程所使用的换热器模型，应用CFX并采用IAPWS物性数据库准确地计算了超临界水环境的物性，并成功地模拟了水从亚临界态到超临界态的转变，直观地阐述了管程内超临界水相变的过程，并得出以下结论:(1)壳程流量增大，壳程压降随之增大，同时传热系数也随之增大;壳程出口温度先增大后随之趋于平缓。因此，为了保证降低能耗同时保持强化传热，有必要对壳程流量进行优化。(2)增大挡板间距(此换热器板间距从117mm增大到150mm)对强化传热效果并不明显，也大大增加了壳程的流动阻力。出于传热效果的考虑此换热器选用150mm板间距即可。在实际设计中还应综合考虑传热和沉积的影响。(3)在压力为23MPa，温度为400－600℃的操作条件下换热器的辐射传热所占比例较大，模拟时应更多考虑辐射传热的影响。
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关键词： 碎煤加压炉废水； 水处理； 工艺污水
中图分类号： X703.1 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）09-0057-02
我公司煤制天然气项目受地理环境、环保要求和工艺选择等的限制，气化废水的处理面临着处理难度大、处理要求高的双重难题。为此，项目前期开展了大量工作，优化出了一条较为合理、完善、能够满足公司零排放目标的工艺路线。
一、碎煤加压炉废水处理工艺路线的选择
我公司煤制天然气项目气化单元采用国产碎煤加压气化技术，产生的气化废水经煤气水分离进入酚氨回收装置，经脱酸、脱氨回收气化废水中的酸性气体和氨，再利用二异丙基醚经过液萃取，脱除并回收废水中的酚，出水进入污水处理单元进行处理与回收，实现污水回用，同时产生的浓水进一步减量化多效蒸发后最终排入蒸发塘，达到零排放。污水主要为工艺污水、含盐污水。工艺污水主要为煤气化污水，生活污水、地面冲洗水以及初期雨水。这部分污水 CODcr 浓度高，属有机污水，含有氨、氮和酚，有一定的色度，特点为：污水中有机物浓度高，CODcr 为3500mg/L，B/C 值 0.33，可采用生化处理工艺；污水中含有难降解有机物，如单元酚、多元酚等含苯环和杂环类物质，有一定的生物毒性，在好氧环境下分解较困难，需要在厌氧/兼氧环境下开环和降解；污水中氨氮浓度为125mg/L，有机氮浓度为100mg/L，处理难度较大，需要选用硝化和反硝化能力均很强的处理工艺；污水中含有浮油、分散油、乳化油类和溶解油类物质，溶解油主要组分为苯酚类的芳香族化合物，乳化油需要采用气浮方式去除，溶解性苯酚类物质需要通过生化、吸附方法去除；含毒性抑制物质，毒性抑制物质，需通过驯化提高微生物抗毒能力，需选择合适的工艺提高系统抗冲击能力；污水色度较高。公司在对污水水质充分认识的基础上，经过深入的考察、交流与论证，结合我公司实际情况形成了如下的工艺路线：（1）工艺污水采用：匀质—隔油沉淀池—气浮池—酸化水解池—一级生化池—中淀池—二级生化池—二淀池—混凝气浮—臭氧氧化—曝气生物滤池—碳吸附为主体的生化处理工艺路线和技术。（2）工艺污水回用装置采用：软化—核桃壳过滤器—气水反冲滤池—超滤—反渗透为主的除盐工艺技术。（3）含盐污水回用装置采用：软化—气水反冲滤池—超滤—反渗透除盐工艺技术。（4）反渗透浓盐水采用：多效蒸发工艺技术。
二、工艺路线选择原则
（一）达到回用水质要求。此工艺路线对水质变化适应能力强、技术先进、运行可靠，确保各项出水指标达到规定的指标。尤其满足回用要求，鉴于项目整体水平衡设计需要，废水经过处理后要全部用于循环水的补充和动力除盐水系统。根据项目要求，我公司在此基础上提出了更为严格的控制指标。即：COD≤20mg/L，氨氮2mg/L，挥发酚≤5mg/L，TDS溶解性固体量尽量控制在300mg/L。
（二）操作灵活、稳定、满足长周期运行要求。该工艺运行灵活、易于操作、便于管理，确保各项出水指标达到规定的指标，兼顾高负荷和低负荷下运行的经济性，根据进水水质水量，能对工艺运行参数和操作进行适当调整。工艺单元采用多系列布置，确保检修时污水处理装置的连续运行。
（三）符合各项环保要求。工艺执行国家环境保护政策、法规，采用先进的清洁生产工艺，减少三废排放，外排“三废”达到国家和当地环保排放标准的要求。
三、碎煤加压炉废水处理工艺流程说明
（一）工艺污水处理工艺流程，如图1
来自工艺装置区酚回收的生产工艺污水进入污水匀质罐，污水在罐内进行隔油、水量水质调节，起到均匀水量水质的作用。待水质正常后，将调节池水用泵小流量打入污水匀质罐。来水不均匀时，污水匀质罐的水量可流入污水调节池。通过隔油沉淀池处理，可去除绝大部分油类、悬浮物质和少部分 CODcr、色度，减轻后续生化系统的处理负荷。隔油沉淀池的出水进入气浮池去除乳化油，与投加的絮凝剂和助凝剂在反应池内混合反应，通过气浮去除乳化油。气浮出水流入中间水池；厂区生活污水、其他工艺水也进入中间水池；曝气生物滤池反洗水、过滤吸附反洗水以及生化回用装置反洗水也分别通过泵提升至中间水池。上述几股污水在中间水池内通过水力搅拌混合。中间水池的混合污水经提升至酸化水解池。酸化水解工艺可改善污水生化性能，提高 BOD5/CODcr 比值。酸化水解池出水进入一级生化池（即一级 A/O 池），在 A/O 池内发生生物脱碳、脱氮反应。在 A/O 池内，充分利用缺氧生物和好氧生物的特点，使污水得到净化。污水经臭氧处理后进入曝气生物滤池；经臭氧改性后的污水，生化性能提高，经过 BAF 处理后，COD、NH3-N 会进一步降低。BAF 需要的氧由鼓风机供给，BAF 设气反冲、水反冲系统。反冲污水进入反冲污水池，用泵送至酸化水解池前端的中间水池。BAF 出水提升至一级过滤吸附池，过滤吸附池填装有具有吸附功能的吸附剂，污水中的有机物和色度得到进一步去除，吸附饱和的吸附剂通过水力提升至再生间进行再生。若一级吸附池的出水能达到进回用装置指标，则直接切换至工艺回用水装置，若一级吸附出的出水不能满足，则将一级过滤吸附池的出水流入二级过滤吸附池。二级过滤吸附池同样填装有吸附剂。
（二）生化污水回用工艺流程，如图2
经过生化处理后的出水中主要包括悬浮物、盐分、菌体、CODcr、油类等，故回用水单元在流程设置上充分考虑对这些污染物质的去除能力和适用性。通过降低水中的含盐量，使之达到回用要求。设置软化处理主要用于去除水中硬度。生化污水经生化装置处理后出水首先进入澄清池，向池中投加石灰，对水中的碳酸盐和重碳酸盐硬度进行软化去除。澄清池的上清液流入吸水池，经泵提升至核桃壳过滤器，去除水中可能含有少量的油，核桃壳过滤器设置定时反洗。核桃壳过滤器的出水自流进入气水反冲滤池，气水反冲滤池采用均质滤料，截留水中的颗粒、胶体等污染物，降低污染指数，使水质能满足进入超滤装置的要求，气水反冲滤池定时采用水、气反洗。出水流入滤池产水池，经超滤给水泵提升，首先经过自清洗过滤器，对水中可能残留的颗粒、悬浮物进行截留，起到保安作用，经自清洗过滤器后进入超滤装置，实现了去除废水中的生物污染物、颗粒物、胶体、细菌等，满足反渗透系统的进水水质，超滤装置的产水率为 90%，定时清水反洗和加药反洗，每隔 3～6 月对膜进行一次化学清洗，清除膜表面污堵。超滤装置的产水进入超滤产水池，经给水泵提升，水泵出口设置管道混合器，向其投加还原剂和阻垢剂，还原水中的氧化剂，避免其伤害反渗透膜，投加阻垢剂避免水中的盐在膜表面结垢；加药后的水经过高压泵和保安过滤器后进入一级反渗透膜堆，一级反渗透膜堆产水进入产品水池、浓水进入浓水池；反渗透水回收率为75%，脱盐率大于97%。产生的浓水经泵提升至多效蒸发间进行蒸发结晶处理。
（三）含盐废水回用工艺流程，如图3
循环水站、电厂以及脱盐水站排出的含盐污水首先进入界区内的匀质罐，与超滤、过滤等反洗水混合。匀质罐出水进入澄清池，向澄清池中投加石灰，对水中的碳酸盐和重碳酸盐硬度进行软化，去除水中的硬度。澄清后的上清液流入吸水池，经泵提升至滤池，截留水中的颗粒、悬浮物、胶体等污染物，降低污染指数，使水质能满足进入超滤装置的要求。超滤装置的产水进入超滤产水池 ，经给水泵提升，水经过保安过滤器后进入一级反渗透膜堆。产品水经除盐水泵提升送至界区外，最终送至循环水站。浓水反渗透产生的浓水经泵提升至多效蒸发间进行蒸发结晶处理。
（四）多效蒸发工艺流程，如图4
采用四效降膜顺流蒸发，蒸发终点溶液浓度为25%，蒸发器残液送至蒸发塘。
四、工艺路线论证
在与内外知名的水处理工程公司及研究机构进行多次深入的技术交流，并到一些类似废水处理的实际工程中，或调研整体工艺，或考察其中的部分工艺段，结果表明该工艺对于达到公司处理要求是较为完善、可行可靠的。公司多次组织专家论证会，邀请行业内专家，包括院士、高校教授、研究院、工程公司、设计院专家等针对气化废水工艺选择进行方案论证，经过历次专家论证，最终形成了最终的工艺路线。通过专家论证意见表明，我公司选择的“预处理（沉淀隔油+气浮工艺）+生化处理（水解酸化+一段采用A/O选用鼓风曝气式氧化沟工艺、二段选择常规的前置反硝化A/O工艺）+深度处理（絮凝气浮+臭氧氧化+曝气生物滤池BAF+过滤吸附）+除盐”工艺基本可以满足回用的要求。同时，此气化废水处理工艺不仅适于我公司煤制天然气项目污水处理回用，也将为煤化工行业类似废水的处理提供极具参考价值的借鉴。
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【Abstract】With the rapid development of the coking industry， the demand of coke is increasing in China， the coke oven gas chemical industry as a secondary use of energy， has a profound impact on the development of today's society. With the development of advanced science and technology， the technology of coke oven gas is becoming more and more mature. Under the EPC mode， the operation process is effectively controlled， the coke oven gas turbine cogeneration project can be successfully completed. This paper discusses on this， hope that the content and results of this study can be used to improve our energy efficiency.
【关键词】焦炉煤气；燃气轮机；热电联产；EPC项目管理
【Keywords】 coke oven gas； gas turbine； combined heat and power； EPC project management
【中图分类号】F426.4 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）03-0082-02
1 引言
随着社会节约资源和保护环境意识的提高，焦炉煤炭的应用越来越广泛。其中，焦炉煤气燃气轮机的发电功能被各大钢铁企业的热电联产中视为清洁能源，不仅可以加大发电效率，还解决了原料来源不同等问题。另外，在施工方面，EPC项目管理，可以有效控制工厂的加工时间与运行成本。论文将针对焦炉煤气的燃气轮机进行热电联产方面的项目研究，从EPC项目管理模式特征入手，结合焦炉煤气燃气利用途径，对煤气燃气轮机热电联产的相关概念及项目特点进行分析，提出焦炉煤气燃气轮机热电联产EPC项目实施建议，为我国的焦化工程发展提供参考。
2 EPC项目管理模式特征
EPC项目模式最早是被西方工程广泛应用，被称为建筑工程管理模式和设计的完美结合，具有缩短工期，降低投资成本的优势。另外，EPC的独特之处在于依靠高专业分包商使其程序得到规范性控制，为下一步的施工奠定良好基础。除此之外，EPC模式还具有系统性和有效性，依靠广泛的通用技术。EPC模式具有协调性，未预料到的问题由分包商逐步解决，双重协调反馈，保证工程设计和管理上的有效衔接，确认各个部门的流程规范与技术标准。根据合同内容抽调工作人员组成管理组，对整体施工实现领导、指导、监督、控制作用。
3 焦炉煤气利用途径
焦炉煤气是几种烟煤配置而成的，在炼焦炉中经过高温干馏后产出的可燃性气体，这种气体成分主要包含氢气和甲烷。该气体具有杂质少，毒性小的特点。对焦炉煤气的利用主要是对物理热和化学热的利用。另外，焦炉煤炭燃烧释放的可燃性气体也可用作燃料，产物乙醇还可以用作化工产品的原料，生产铁还原剂，制作高纯度氢气等。焦炉煤气的利用途径有很多，结合自身优势，以标准的流程和科学施工管理，面对有限的资源不仅要具有节约意识，从而研究出更多不同的利用途径。例如，焦炉煤炭用于化学上的合成甲醇、生产化肥等，在物理方面，焦炉煤气利用燃气轮机发电等，具有较高的经济性。
4 煤气燃气轮机热电联产概述
4.1燃气轮机热电联产基本概念
燃气轮机是靠不断的燃烧材料产生热能，利用热能进行旋转做功的热气发电机，其燃烧材料以可燃性气体为主，焦炉煤气燃烧可产生可燃气体，作为燃气轮机热电联产的发生条件[1]。其工作流程是压气机做轴流运动，增大表面压强，从外部吸收可燃气体，进行压缩处理后压去燃烧空间。与此同时，可燃物被喷出燃烧空间外与高温环境气体结合，受控方式下继续燃烧。生成烟雾颗粒进入动力涡轮内做功，产生动能推动叶片高速运转，接着部分能量驱动空气压缩机，另外一部分能量用来驱动机械设备，烟雾颗粒被排入大气通常被二次利用，如此循环工作。这同样是燃气轮机热电联产的工作原理。
4.2 焦炉煤气燃气轮机热电联产项目特点
就我国的可利用资源及潜在可利用资源在不断减少的形势而言，焦炉煤炭在能源开发的研究中，具有非常大的利用价值。目前，煤炭作为不可再生资源，在焦化煤气中的非燃料利用率是最大的，焦化多用于我国煤炭化工转化工程。工作原理上分析，燃气轮机是以持续旋转的方式做功产生动能和热能，热值较低的燃气也可利用，燃气轮机产生的余温温度较高，可加以利用再次回收，热能换成蒸汽，驱动继续发电，发电效率可达到50%[2]。采用燃气轮机的热电联合供应，机组效率会增大到75%，因此，利用燃气轮机较为合适。
5 焦炉煤气燃气轮机热电联产EPC项目实施
5.1 实施特点
焦t煤气燃气轮机热电联产EPC项目实施特点需要从两个角度分析。第一，站在业主的角度，即使是焦化企业，对燃气轮机热电联产项目的概念也并非有全面的了解，工程的具体实施与执行具有行业和专业技能的限制，对业主而言工程施工具有复杂性，且缺乏详尽的了解。第二，站在从业者的角度上分析，焦炉煤气燃气轮机热电联产EPC项目是业主实现节约资源成本的主要途径，弥补了专业性不强及经验不足的缺陷。需要注意的是，由于EPC项目主要用于成套设备为主的项目，EPC项目实施的合同中，需要明确好施工设备与其他设备的安全可靠性。招标EPC项通常注重两点，一点是技术性，另外一点是价格。
5.2 项目案例
A公司是煤炭深加工的新型化工企业，总投资达到亿元。主要产品中包括焦炉煤炭，采用的是现今的物理炼焦工艺及设备。随着资源综合利用的倡导宣传深入企业，A公司选用了高强度燃气轮机组。但是面临的问题是，业主无相应的燃气轮机发电项目的实施经验。为了保证项目按期顺利完成，管理者采用焦炉煤气燃气轮机热电联产EPC方式进行实施。承包商以上级企业为主导，采用矩阵式结构。按照EPC项目合同的有关条例，从公司抽调相关人员形成管理小组，以工作组为单位进行施工，项目经理对施工活动全面负责，克服了项目经验不足的缺陷。
5.3 管理建议
作为焦炉煤气燃气轮机热电联产EPC项目实施的管理者，首先要明确各个阶段的工程量，根据不同工程设计做好专业与行业的分工，实现标准工程概预算及工程进程的控制与管理。将设计风险、技艺风险、设备材料供货风险、施工调试风险等考虑在内，加强施工设计、采购、施工、实验与验收过程中的监督。做到技术工艺上精良，工程造价经济。使各个部门明确统一施工目标，互相协助，从业主的利益出发，保证工程质量的前提下加快工程进度。
6 结论
焦炉煤气燃气轮机热电联产采用EPC模式，既可以实现资源的综合利用，又能保证工程的质量与工期，降低工程造价。燃气轮机热电联产EPC项目的顺利实施，不仅需要业主各方面的配合，更需要管理者专业的管理能力。本文分析了焦炉煤炭在燃气轮机热电联产中的有效应用，从从业者和受业者双方的视角挖掘需求，结合其项目特点，介绍了EPC模式下的施工优势。希望本次研究对我国的焦炉煤炭热电联产项目的成功实施提供借鉴。
【参考文献】
[关键词]煤化工 污染 防治
中图分类号：T696 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0389-01
“绿色生产”“低碳经济”“可持续发展”等是近几年来人们关注的词汇。煤化工的污染及防治一直是我国需要不断研讨解决的问题。近几年来我国已经意识到生态环境治理的重要性，国家政府越来越重视煤化工的生产过程中的污染及其防治措施。国务院积极推出煤化工健康发展的相关政策，从而控制煤化工的污染程度和提升污染的防治效率，推动煤化工在可持续发展的道路上走的更远。
一、煤化工的污染现状概述
1.“三废”污染源的生成
根据我国发展的现状，煤炭易燃作为我国的主要能源，由于科学技术的制约煤化工的开发造成的“三废”污染远远超过其它能源的开采过程，从而造成严重的环境污染，是制约其发展的主要因素之一。其污染的治理相对于其它工业污染防治需要更先进的技术与设备和更多资金投入。煤化工的生产过程采用的气化方案的不同，则产生的污染气体的种类和含量都有所变动，因此可以选择不同的气化方案，减少污染气体、液体或固体的生产，以及选择治理污染物难度低的气化方案，从而不断优化煤化工的生产过程。
2.水体污染
煤化工生产所产生的污染中水污染一直是指污染防治的难点和重点。焦化污水包括氢、烃、酚、氨和硫化氢等污染物质；煤化工生产中的气化过程会产生氨、醇、烃等污染物质。污染水中含有丰富的醇、酸、醛、酯等有机物。这些物质溶于水体后进行溶解，有些物质甚至很难用生化降解的进行分解，部分污染物仍没有得到有效的处理方案。
3.大气污染
大气污染主要是由露天矿开采的生产过程造成，主要是指在表层剥离、爆破、铲装等生产环节造成的大量粉尘；还有储煤场也会产生一定的粉尘；除此之外还有煤炭等矿物质的燃烧也会产生一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等污染气体，煤矿开采所产生的粉尘以及污染气体严重超标，绝大多数原因在于露天煤矿开采过程中没有及时做好防范措施，例如绿化、洒水等降尘等措施，造成大面积地面上进行开采，从而造成严重的大气污染。
4.污染物质的危害
煤化工所产生的污染物质对人们的生活和健康造成很多不利影响，甚至危害到人们的生命。例如一些有毒气体和粉尘释放到空气中，增加空气中的致癌物质，，降低人们生存的空气质量，增加肺癌的患病率，在一些严重区域人们甚至会产生头晕、恶心和呼吸困难等症状，人体吸收后严重影响到人们的生命健康；煤化工造成的焦化废水排放的有机物质会造成水体生物身体抵抗能力下降，有机物消耗水体中的氧气，造成水体生物的大量死亡；其中酚类化合物接触到人体皮肤，会造成过敏、头晕、贫血等症状，危害到人们的身体健康；有些煤化工为了降低成本对焦化废水没有进行系统的处理就直接排放到农田中，很可能造成农作物的严重污染和大量死亡，并且破坏土壤平衡，造成可耕土地锐减的现象等。
二、污染防治具体措施
1.建立污染防治的思想基础
我国前几年的经济发展模式导致煤化工的发展以相应生态环境的破坏为代价，这种发展模式是一种病态的发展模式，必须建立一种有利于可持续发展的经济模式。即从原先的粗放式经济模式转变为集约式的发展模式，提高煤化工的生产效率，降低其污染物的产生和加大防止污染的先进技术的研发力度，从而推动我国煤化工企业的综合实力，优化我国的经济模式。
2.扩展绿化面积
绿化是降低煤化工生产过程中污染物的主要防治措施之一。首先绿化的树种选取主要有利于降低煤化工所生产污染物的功效和生存能力强度来进行选取，并且煤化工企业也要重视绿化环境的维护。部分绿色植物可以有效吸收有毒气体，如法国梧桐可以降低二氧化硫的浓度，刺槐可以降低氟化氢的浓度等因此绿化树种的选取可以有效过滤有毒气体，从而提高空气中的质量；阔叶树种和密植树木还可以降低噪声污染，对噪音进行一定的吸收和反射；树冠茂密的树种还可以降低粉尘的扩散，对粉尘进行吸收、阻挡和过滤。一些植物树叶表层生成毛绒或黏液或油脂都可以对空气中的粉尘进行大量的吸附等。成功的绿化方案，可以改善周围的空气质量，创建一个美观、整洁和卫生的生存环境。因此创建良好的林带或草地是污染治理的有效措施之一。
3.加大煤化工企业的监管力度
我国政府应该对相应的煤化工企业根据相应的监管制度和政策进行严格的监管，首先要完善煤化工行业涉及的相关标准进行优化；其次地方政府根据该标准对该地的煤化工企业进行严格的控制和监管，对于严格按照相关规定执行的企业给予相应奖励。对于触犯相关规定的企业给予严格的考核，对于造成严重影响的企业需追求其相应的法律责任；最后是对于不符合规定的煤化工企业要下达改革或停厂的指令，遵循优胜劣汰的生存法则，逐渐优化我国煤化工企业的生产环境和经济发展模式。
4.提高煤化工企业的生产技术
政府在煤化工企业生产过程中大力推广“绿色”生产和“清洁”生产的理念，促进企业从生态环保的方面对生产技术进行更新。煤化工企业的生产工艺十分复杂，期间造成的污染物十分繁多，其技术研发的空间十分宽广，为了降低污染处理为企业增加的经济负担，企业应该从根本上解决问题，研发相应的技术，而非只顾眼前利益，不顾法律法规的约束，触犯相应规定，对企业造成不可估量的损失。例如废水经过处理后可再次循环利用，如将其用作在降低粉尘、补水等环节。
结束语
综上所述，煤化工的生产过程存在很多的生态问题，其生成的污染物质以各种形态对人们的生存环境造成不利影响，从而危害到人们的生命健康。我国煤化工企业需建立健康的经营模式，通过扩展绿化面积，加大煤化工企业的监管力度和提高煤化工企业的生产技术水平等方面降低煤化工企业对环境的破坏程度，从而实现绿色生产的目标。
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1、实施小康家庭能源工程，推进沼气的集约化经营，促进生物良性循环，建立生态农业。
生态农业的基本特点：充分合理利用自然资源，依靠生物之间的多种物资循环，在良性循环中保持相对平衡，系统内部的物质可以多次重复利用；从时间上和空间上不断提高太阳能的利用率和生物能的转化率，求得投入少产出多，达到生产水平较高，土地利用率较高、经济效益和生态环境质量较好的目的。
生态农业本身就是一种多元能源的农业发展道路，开发农村能源是建设生态农业的战略措施。以多级循环为主的生态农业，有各种各样不同模式和类型，其中以沼气为纽带的生态模式堪称是一枝独秀。沼气生产过程不仅可以最大限度地利用太阳能，并在沼渣沼液中保持原有的N、P、K等元素和有机质成为生态系统第二循环过程中的优质有机肥料和饲料，大大提高生态系中能流和物流的质量，这就是沼气生产在生态农业中的起的突出作用。
现在全国已有60%以上的沼气户（约300万农户）发展以沼气为纽带的庭院经济，农民增加收入9亿元以上。湖北省开展沼气、沼液、沼渣的综合利用的农户已超过20万户，年增收4000多万元。“九五”期间，随着农村产业结构的调整，为农村沼气发展提供良好机遇，湖北省将新增20-25万户农村家用沼气池用户，开展“三沼”综合利用农户将达到35万户以上，种植业、养殖业与沼气三结合或种植业、养殖业、加工业、沼气四结合利用类型的模式将进一步推广普及。为使这种模式在湖北省农村大量发展实施，应该注重选择各种养殖、种植业专业户大力举办沼气，以期获取最好的能源、生态经济效益，同时提高农民用能质量和水平，充实小康内涵。
2、实施能源--环保工程，推进城乡有机废水的厌氧消化处理，获得环保能源双效益。
目前，我国工农业有机废物废水排放量相当大，据统计，1990年轻工系统仅制糖、食品发酵、皮革等行业排放的高浓度有机废水就达60亿吨，占全国工业废水排放总量的22%，废水中含有机物排放量的50%，若利用其中的50%，即125万吨来制取沼气，年产沼气可达12.5亿M3，相当于原煤125万吨，标准煤90万吨，可发电17.86亿KW·h。同时，全国“菜篮子工程”的全面建设，集约化畜禽场的粪便排放量迅猛增加，给环境造成越来越大的压力。解决这一问题的最优化方案是采用生物质能的厌氧消化技术。以有机废物废水和禽粪粪便为原料，兴建大中型的沼气工程，既可以有效地治理环境污染，又能为当地职工和居民提供优质气体燃料，还可以利用发酵后的沼渣，生产养鱼喂猪的颗粒饲料。
近十年来，湖北省的厌氧消化技术经多学科、多部门的科研攻关，取得了较大的进展。在禽畜粪便的处理方面，先后兴建了容积分别为200-800立方米的沼气工程，采用上流式厌氧污泥床处理工艺，中温发酵，平均产气率0.5-0.8m3/m3·d。特别是1994年由武汉市能源所负责设计建造的荆门出口猪场能源环保工程，采用上流式厌氧污泥床加固液分离器，后期为射流曝气好氧处理，使得最后出水达到国家二级排放标准，在工业有机废水处理方面，共兴建了九处工程，首先在淀粉废水的中试研究上取得成功。为全国淀粉废水处理首开先河。紧接其后，酒厂的废水处理进入，先后在七个酒厂兴建了沼气工程，总容积3250立方米，采用中高温发酵，滞留期4-5天，产气率3-3.5m3/m3·d。湖北省这些大中型沼气工程实现了工厂化产气，商品化供气，使能源建设上了一个新的台阶。它们有效地处理了酒厂的有机废水和集约化禽畜场厂的粪便，改善了环境卫生，对保护生态，促进生产，都具有明显的效益。“九五”期间，湖北省将按照国家制定的计划，重点在大中城市郊区、“菜篮子”工程基地，实施采用厌氧消化技术，以保护环境，兼取能源回收的能源--环保工程10-20处。近期首先在松滋、天门等地，兴建一批发酵工程总容量在1000m3以上的大型工程，实现集中供气，同时治理环境污染。
大中型沼气工程，作为一项新兴能源--环保工程，具有与其他能源工程（如城市煤气）不同的优越性的特点；
a、在工程目标上，煤气工程单纯制气，而沼气工程除制气外，又治理污染，并可获取有机肥料，而且不同的工程有不同的侧重点。
b、在制气原料上，煤气工程使用煤炭，这些煤炭还需经长途转运，而沼气工程使用就地可取的可再生生物质如禽畜粪便、食品、酿造、制药等企业排放的有机废水，全部是污染环境的废弃物。
c、从规模讲，煤气工程一般规模较大，沼气工程则可因地制宜，大中小并举，国家计委、农业部曾组织城市生物资源调查，不少中小城市的日排放高浓度有机废水上万吨。如按每吨COD5万毫克/升浓度的废水计算可产沼气20立方计算，每天排放1500吨有机废水所产的沼气即可供近2万户居民使用。如将这些工厂和郊区畜牧场统一规划，联片供气，将对城镇煤气化不足起到补充作用。
d、从建设周期来说，新建一个煤气气源厂，至少3-5年，而沼气工程，从动工到产气不到一年。
e、从投资上看，“六五”期间，平均每户1500元，政府还要对用户每人补贴煤气费4元，现在每增加一个煤气用户至少投资2000元。如河北唐山市煤焦制气厂每增加一个用户需增加投资1250元，而河北华北制药厂的沼气工程，每户仅需投资563元，还可节约排污罚款每吨1.27元。上海浦东煤气厂平均每户基建投资1500元，每千卡煤气成本3.8×10-5元，而上海前进农场的沼气站平均每个沼气用户投资709元（为浦东煤气厂的47.3%），制气成本为每千卡3×10-5元（比浦东煤气厂低21%）。
目前湖北省的大中型沼气工程无论其规模，其范围，其投资额均是远远不够的。一方面大量的粪便，工业有机废水的排放污染了环境，另一方面，处处在呼吁能源短缺，广大城镇居民迫切要求使用优质气体炊事燃料。这两大矛盾的最优化解决的办法就是积极、慎重地兴建大中型沼气集中供气工程，实践已反复证明只有这种对生物质能集约化应用的方式可同时做到治理环境污染，回收优质能源的双重效益。
3、开展生物质固化和气化的研究与试验，为农村小康化提供商品性能源。
为适应农村小康发展对用有质量的需求，我们在开展对生物质能利用技术的研究中，应转变过去那种单纯以解决缺烧为目标的观点，而应以实现小康为目的，把农村的低级能源转化为高级能源。因此，我们应立即着手进行生物质能固化和气化的转化技术研究与试验，并开展气化配套设施及用途的研制。如在木材、秸秆较为富余的地区，以这些原料或其它农业废弃物生产出成型燃料，以供给严重缺柴区使用（比烧煤便宜）；同时，湖北省也应对国内生物能利用中极有前途的炭、油、气综合转换技术尽早进行研究及应用试验，使常规生物质转化为高品位能源，供农村生产和生活用。湖北省可用作气化炉原料的生物质资源，除按通常方法所统计的2678万吨（薪柴799万吨，秸秆1879万吨）外，还有大量的农业废弃物，如木屑、木片、棉壳、稻壳等，据不完全统计，全省可收集的棉壳有26万吨，稻壳140万吨。若用这些废弃物作气化炉的原料，则所得产品的成本将大幅度下降，产品的市场竞争力也得到提高。从炭、油、气这三种产品的社会需求来看，潜力是很大的。仅原沙市市，一年的生活用炭和工业用炭量就在5000吨以上，武汉市仅工业用炭量一年就需4700吨；此外，农民也迫切需要以秸秆变为木炭解决冬季取暖，至于木焦油、木质气、其用途更广，既可作优质燃料，也可作化工原料（木焦油）。使用炭、油、气综合转换设备主要以产炭为主，在调节炉内热解温度后，也能成为以油、气为主要产品的生产过程。而在以产气为主的气化炉中，利用稻壳经气化后即可得到优质燃气，据国内外研究试验表明，用稻壳气化、发电具有很高的经济效益，整套设施（包括土建、设备和稻壳灰利用）的投资，在两年内即可收回。江苏昆山有我国最大的稻壳发电系统，7套机组共1560千瓦，其发电量已成为粮食工业的主要能源。综上所述可见湖北省尽早开展生物固化与气化研究有百利而无一害，有原料、有市场、更有技术，湖北省科技力量雄厚、门类齐全，科技攻关势在必行。按照全国21世纪议程的规划，对于生物质的高层次利用技术要在2000年取得突破性进展，湖北省若不立即着手进行必将落伍。因此，湖北省要充分利用自己技术、原料、市场三大优势对生物固体气化转换技术作高起点研究。
关于加快开展我省生物质能集约化应用的建议
综上所述，既然开发生物质能在湖北省具有重大的战略意义，是发展生态农业的根本有效措施，而湖北省又具有开发利用生物质能的良好自然资源条件，对生物质能的集约化应用也具有一定的基础，那么制定规划，采取措施，加速湖北省生物质能利用技术的发展则是当然之举。建议如下：
1、将生物质能的应用纳入湖北省国民经济和社会发展“九五”计划和2010年规划。
国家十分关心包括生物质能在内的新能源和可再生能源发展，1995年1月5日，国家计委、科委、经贸委办公厅联合印发《新能源和可再生能源发展纲要》，提出的今后15年发展总目标是：“提高转换效率，降低生产成本，增大在能源结构中所占的比例。新技术、新工艺有大的突破，国内外已成熟的技术要实现大规模、现代化生产，形成比较完善的生产体系和服务体系；实际使用数量要达到39000万吨标准以上（包括生物质能传统利用方式的利用量），为保护环境和国民经济持续发展做出贡献”。根据国家《纲要》精神，结合湖北省实际情况，相应地编制湖北省生物质能“九五”计划和2010年规划，并做为湖北省生态农业和能源发展的相关内容，纳入湖北省国民经济和社会发展“九五”计划和2010年规划，使这一关系广大农民切身利益和农村工作重要内容的生物质能发展列上党和国家重要议事日程，并纳入法制轨道。
2、制订切实可行的优惠政策和支持措施。
生物质能转换技术是着眼于未来替代能源的、正在研究、探索、发展中的一项高新技术，许多技术的社会效益显著而经济效益却一时难以体现。许多项目是为贫困落实地区广大人民造福的扶贫事业，是改善生态环境、保障生态平衡的公益事业。为了促进这项战略措施的发展，建议我国政府也和世界各国一样，对于新能源的研究开发和推广应用给予积极的鼓励和支持，实行免税、减税、补贴、无息或低息贷款等优惠政策。比如对于大中型沼气工程的投资除了政策的部分拨款外，可将所要使用的技术改造贷款等优惠政策。比如对于大中型沼气工程的投资除了政策的部分拨款外，可将所要使用的技术改造贷款纳入政策性银行，由于大中型沼气工程同时也是一项环保工程，应采取行政、法制和经济手段鼓励甚至强制推广应用，从环保罚款中还可提留一定的比例作为投资来源之一。还可考虑从各种渠道筹集资金建立湖北省的生物质能研究开发基金，作为有关部门和科研人员从事专题项目的研究经费。
3、抓好示范项目，推选产业建设。
由于生物质能集约化应用，目前主要是面向广大农村和中小城镇，因此应以点带面，抓好示范项目，然后推而广之，使之形成气候，推进产业建设，示范项目的选取须注意：技术先进而又成熟，工艺不甚复杂，成本不是很高，能源利用率较高，经济和社会效益明显等，近期可以考虑围绕省柴节煤灶、生物质炭化有条件的地方可将固化气体裂解等技术综合使用和沼气工程等示范项目推进产业建设。
1981年起，国家提倡农村使用省柴节煤灶，注重节约、实用、方便的统一，经过十年努力，便迅速控制了过量燃用生物质资源的严峻局面，新型高效炉灶成为农民欢迎的厨具，现在全国有1.2亿农户使用热效率超过20%的炉灶，较旧式炉灶节些30-50%，1994年我省普及省柴灶已达1000万户，目前是，省柴节煤灶正向多功能、商品化方向发展，是农村能源一宗主要产业。
近年来湖北、河北、江苏、山东、安徽等省将秸秆开发为“生物煤块”，直接替代煤炭，供乡镇企业锅炉使用，或者进一步炭化，供乡镇企业锅炉使用，或者进一步炭化，制成生物炭，出售给冶金行业或提供出口，这样每亩秸秆可增值40-50元，压块机和生物煤已成为新产业。
另外，大型的沼气工程集中供气站在抓沼渣沼液的综合利用中，也呆派生出饲料、肥料等加工企业，小型户用沼气工程也可带动发展预制模块，家庭沼气--养殖等产业。
4、加强技术科研工作并突出重点。
新能源技术是世界新技术革命的支柱技术之一，高效率的利用生物质属于高科技领域，正在迅速发展，有许多技术难关须要攻克，有许多新产品有待开发研制，有许多成功的新技术要很好地消化吸收和推广应用，因此，科研工作至关重要，应大力加强，增加投资。
由于小柴炉灶和沼气工程已基本定型，只是巩固推广应用的问题，湖北省在“九五”期间可将生物质的气化、固化技术列为近期重点科研攻关项目，随着农村小康目标实现，农民用能水平、质量和设备现代化将成为评价小康内涵的重要内容，可以预见，炊事和采暖用能及其设备最具市场活力，可再生能源产品从研制经中试到商业利润回收，不同阶段应形成自身的梯度构架，即①成熟技术向市场投入一批，商业利润回收一批；②向市场过渡中试示范投入一批；③重点科技攻关项目起动一批。
“九五”期间逐步开展以下工作；
①进一步研究完善生物质气化装置，并扩大功能，开拓市场，进入食品、中药材、养殖、种植业的烘干供热领域。
②对生物质固化成型技术，建议两个面向，即一是制炭，一是制“生物煤”，制炭市场效益高，但对压制成型技术要求高：比重1.35-1.45，机械弯曲强度38kg/cm2，抗压强度320kg/cm2，关键技术是磨损件的使用寿命和可靠性，低压成型产品“生物煤”压制强度低，比重0.5-0.6，做到易燃，可运储，取代煤和柴。
③生物质热解液化技术难度较高，但应安排少量科技人员跟踪国内外动向，做些技术储备，为下一世纪生物质高品位产品进入市场打下基础。
以下项目对湖北省农村的现实虽然是较长期的，投资是巨大的，但2010年可能是被接受的产品：
a、热值达到（9350-450）×4.1868J/m3的可管道输送的甲烷化煤气和热解水煤气；
b、生物质注氧/蒸汽气化甲烷化，生产液体燃料替代矿物燃料油；
c、生物质制氢技术。
④重视生物质能软课的研究，为制定正确研究开发方针，少走弯路，减少失误，做好工程技术项目的前期准备，提供依据的佐证。
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