行业要闻
人物专访
——访著名过程系统工程专家、全国化工节能（减排）中心专家委员会主任委员杨友麒教授
杨友麒简历
1957年大连工学院毕业，1979年至1981年公派美国麻省理工学院留学。回国后，历任原化工部经济技术委员会常委、化工部计算机中心副主任、中国化工信息中心总工程师等职，曾任中国化工学会理事、欧美同学会理事、留美同学会副会长，是我国早期计算机化工应用及过程系统工程研究的先驱，中国系统工程学会过程系统工程专业委员会及中国能源研究会热力学与节能专业委员会的创始人，主持过“六五”国家科技攻关项目“流程模拟系统与物性数据库”，获化工部科技进步二等奖，国家科技进步三等奖，2008至2011年以特邀专家身份参与了中石油炼油化工能量系统集成优化重大科技专项，专著有《实用化工系统工程》等，与成思危合著《现代过程系统工程》和《过程系统工程辞典》等。1992年起享受国务院有突出贡献专家津贴。
近日，在第五届全国石油和化工行业节能节水减排技术交流会上，记者听到这样一段发言：“煤化工的高水耗很大程度上是由于工程设计不成熟造成的。事实上，以过程系统工程的方法，通过‘三步法’的程序，把整个用水网络系统进行整体优化，煤化工行业完全有可能将耗水量降下来。”
发言的是我国过程系统工程著名专家，全国化工节能（减排）中心专家委员会主任委员、中国系统工程学会过程系统工程委员会副主任杨友麒教授。
众所周知，水资源匮乏是我国煤化工发展过程中的一个巨大障碍。资料显示，我国人口占世界人口总量的22%，而水资源却只有世界的8%，我国人均水资源占有量仅相当于世界人均水资源占有量的1/4，位列世界第121位，是联合国认定的水资源紧缺国家。不仅如此。全国范围内水资源的分布严重不均，从东南向西北递减，面积广大的北方地区只拥有不足1/5的全国水量，而国内主要煤炭产地和煤化工基地恰恰就分布在最缺水的地区。据知情人士透露，在内蒙古境内的已经投产的煤化工项目中，有些就因为没有充足的水资源供给，曾经几度被迫停工。所以，在这次会议上，煤化工面临水危机成了代表们谈论最多的话题。
那么，杨友麒教授的观点对缓解煤化工的水危机有着什么样的意义呢？记者就此采访了杨友麒教授。
只突出工艺过关，未考虑水网优化是耗水量大主因
煤化工项目耗水量到底有多高？为了回答这个问题，杨友麒教授以煤制油为例介绍了一组数据。在目前的生产条件下，煤制油吨产品耗水量通常都在10～20吨，一个年产300万吨的煤制油项目年用水量将达6000万吨左右。这相当于十几万人口的水资源占有量或100多平方千米国土面积的水资源保有量。如果和石油化工相比，煤制烯烃、煤制甲醇等煤化工项目能耗和水耗会稍高一些，从理论上讲，煤化工路线和石油化工路线对于水的需求量差别不应该如此大。比如，天然气制甲醇吨产品能耗为2900万千焦/吨，煤制甲醇吨产品能耗为4200万千焦/吨，能耗差别并不大，理论上讲水耗也不会相差太多。但是事实却是，煤制油、煤制烯烃等煤化工路线的吨产品的耗水量要比石油化工路线的吨产品耗水量高出几倍甚至是十几倍。以乙烯为例，煤化工路线的吨乙烯所消耗的加热蒸汽为62吨/吨，而石油制乙烯仅为4.4～9吨/吨，煤制乙烯所消耗的加热蒸汽为后者的7～14倍。相应煤制乙烯耗水达48～64吨/吨（24～32吨/吨烯烃），而石油化工乙烯则只有6～8吨/吨。
“为什么煤化工项目会消耗如此大量的水资源？在我看来，经过几十年的发展，现今的石油化工路线已经相对成熟，公用工程系统经过多次优化改造，水资源和能源的消耗都在不断降低。而我国煤化工产业才刚刚起步，项目大多属于示范工程，正处于大型工业化开发阶段。示范项目的核心要求是要打通流程，顺利拿到产品，而非节能节水。而有些示范项目还是放在战略高度来考虑的，所以在公用工程配置上，只是尽量满足工艺要求，根本谈不上对水网络和能源系统的优化。能耗高、水耗高也就不足为奇。”
杨友麒教授进一步解释说：比如，许多煤化工项目都是“拼盘”，煤气化用的是壳牌煤气化技术，净化用林德公司低压甲醇洗技术，甲醇合成用戴维甲醇合成，MTO（甲醇制烯烃）是中科院大连化物所专利技术，聚乙烯/聚丙烯是陶氏化学公司的UNIPOL技术……在这种各种技术“大拼盘”条件下，各吹各的号，各打各的锣，总体设计公司设计的公用工程系统处于被动满足各方要求的境地，根本无暇顾及系统的整体优化。
通过过程系统工程技术优化，煤化工完全可以将水耗降下来
据了解，在煤制气过程中用水主要分成两部分，一部分水作为原料被消耗掉，这只占一小部分；而另外大部分的水是用于制脱盐水（发生蒸汽）和冷却水。目前煤化工项目中之所以吨产品的耗水量动辄就要十几吨，甚至几十吨，主要在于公用工程系统没有优化，造成了大量浪费。“由此可见，高水耗并非是煤化工项目天生的基因，也不是必然结果，只要加强节水意识，采用合理的网络优化技术，煤化工摘掉高水耗的帽子并非不可能。”杨友麒教授说。
据了解，国内煤化工示范项目从一上马，就一直在为降低耗水而努力。从起步较早的煤制甲醇项目来看，随着工艺过程的逐步成熟和水网络系统的优化，水耗可以大幅度下降。煤制甲醇的吨耗水从最开始的25吨,逐步下降到17吨，到5年前设计已经达到12吨，到180万吨/年装置投产时，煤制甲醇的吨耗水量已经降到了7吨左右。过去的十几年间，煤制甲醇吨产品水耗下降了70%多。再比如伊泰煤炭股份有限公司的16万吨/年的间接液化煤制油示范项目，目前生产1吨油品需要耗水13吨左右，经过节水改造，水的消耗量可以降到8吨左右。如果装置规模扩大到200万吨/年，耗水量就可能降到3.68吨左右。再比如神华鄂尔多斯煤制油分公司的百万吨直接液化煤制油装置，设计时的水耗是每吨油品耗水10吨，装置投运后经过技术改造，水耗降到了7吨。
“这证明，通过系统优化技术，煤化工项目完全可以将水耗降下来。”杨友麒教授说。
“三步法”过程系统工程是降低水耗的根本出路
谈到节水的具体措施，不少搞煤化工的人可能首先想到的是尽可能多地使用空气冷凝器来替代水冷。而作为过程系统工程专家，杨友麒教授告诉记者，以全局的观点，对整个水网络系统进行总体优化才是大幅度提高水资源的利用率、降低耗水量的根本出路。
据杨友麒教授介绍，过程系统工程（PSE）是一门正在迅速成长的现代交叉学科，以处理物料流-能量流-信息流-资金流的过程系统为研究对象，研究其设计、控制、运行和组织管理，目的是在总体上达到最优化。将其应用到煤化工项目水资源管理中，可以充分体现“效率为本，节约优先”的理念，最大限度地提高水资源的利用效率、减少水的消耗。
过程系统工程从上世纪80年代引入到中国，目前在化工、冶金、制药、食品、造纸等流程加工的过程工业中得到了广泛的应用。从2003年开始，中石化和中石油陆续采用过程系统工程的方法进行节水减排的技术改造，取得了长足的进步。我国炼油厂的吨原油炼制耗水量下降了50%以上，2012年我国炼油吨油新鲜水取水量为0.55吨，接近国际先进水平。
“这一技术在煤化工企业的应用才刚刚开始，我们有理由相信，如果煤化工企业也能像中石化和中石油那样全面采用和推广过程系统工程的方法来开展节水减排，大幅度降低煤化工的水耗是完全可以期待的。”杨友麒教授对此充满信心。
杨友麒教授告诉记者，节水减排的过程系统工程具体是通过“三步法”策略来实施的。所谓“三步法”即水平衡测试、水网络系统集成优化、外排污水深度处理回用。其中，第一步是基础，通过加强管理、完善计量仪表，细致地进行全厂水平衡测试，得到详细的水平衡图表，摸清家底，弄清自己企业用水的水平及与先进水平的差距，将最容易挖掘的节水潜力挖到手，可以实现投资少、见效快、收益高的节水减排。第二步水网络系统优化集成，是指利用“水夹点”方法，将工艺系统排出的各种废水不经处理或者经简单处理即可直接应用于循环水系统或工艺装置，也可以将这些相对污染较小的水集合起来，形成中水道，变成相对清洁的水源以供全厂利用，使新鲜水用量最小化，从而使排水量大幅度下降。这一步特点是投资主要用于管道建设及过滤设备，费用不太高，投资回收期短。第三步才是污水再生利用。经过前两步处理后，污水排出量已大为减少，对不得不从末端排出的污水，通过一些水处理手段如反渗透离子交换、软化等进行处理，使其达到回用标准，再返回系统中使用。这一步特点是设备投资大，投资回报周期长。
杨友麒教授强调，“三步法”策略的顺序一定不能颠倒，不能盲目地想起一个措施就上一个，一定要合理安排工作流程，减少投资浪费，实现效益与指标的同步提升。“现在一些企业在没有进行水网络优化的前提下，急于利用再生污水，降低新鲜水耗，而没有充分进行各工艺装置的排水回用，在大水耗的基础上设计了污水深度处理回用装置。之后在做水网络优化后，新鲜水量大幅度下降，污水排放总量也大幅度下降，结果造成了污水深度处理回用装置的浪费。所以，一定要在将水网络优化、把减排后的污水量搞清楚后，再考虑上多大的深度处理回用装置。也就是说，只有将节水减排的潜力最大限度地挖掘出来，使污水排出量降到最低以后，再考虑污水的深度处理才是科学合理的。”
“总体上说，通过过程系统工程对煤化工用水网络系统进行整体优化，煤化工产业节水的空间十分巨大。”杨友麒教授告诉记者。
