煤炭转化利用产业集聚区氮元素流动态分析及污染控制策略研究

Nitrogen is one of the key elements in the process of coal resource conversion and utilization, and its dual attributes of the carrier and the pollution components have great influence on the production optimization and pollution control in the whole process of the industrial chain. In this study, the integrated control and optimization problem of the whole production and environmental pollution caused by the migration and conversion of nitrogen in the process of coal conversion and utilization is researched. A dynamic analysis method of element flow in the whole process will be established by combining material flow analysis with basic element analysis, dynamic mechanism analysis, artificial neural network and other methods, and the method will be applied and verified in 1-2 industrial park and enterprise cases. Research content includes: 1) research on method of data source integration and analysis in multi-scale material flow; 2) research on the law of nitrogen element identification, migration and conversion; 3) research on the control strategy of nitrogen pollution in multi-scales of industrial chain – industrial park - district. This study will clear the driving force of nitrogen migration and conversion from in multi-scales of unit– process – industrial chain, descript and characterize the law of nitrogen migration and conversion quantitatively in the whole process of industrial chain. The method is applied and verified in 1-2 industrial park and enterprise cases, and the corresponding strategy is established to provide theory and method support for source control and prevention of environmental pollution in coal conversion and utilization industry.

氮元素是煤炭资源转化利用过程的关键元素之一，其资源载体和污染组分的双重属性对产业链整体生产优化和污染控制有重大影响。本研究针对煤炭转化利用过程中氮元素转化和波动带来的整体生产、环境污染复合控制与优化问题，将物质流分析与基元分析、动力学机理分析、人工神经网络等方法结合，建立全过程元素流动态分析方法，并将该方法在1-2个园区和企业案例中予以应用和验证。研究内容包括：1) 多尺度物质流数据源集成和分析方法研究；2) 氮元素赋存识别和迁移转化规律研究；3) 产业链-园区-区域尺度氮元素污染控制策略研究。本研究将从单元-过程-产业链等多个尺度明晰氮元素迁移转换的驱动力，量化描述和总结提炼产业链全过程氮元素迁移转化规律。将该方法在1-2个园区和企业案例中予以应用和验证，并制定相应策略，为煤炭转化利用产业环境污染的源头控制和预防提供理论和方法支撑。

氮元素是煤炭资源转化利用过程中产生污染的关键元素之一，对行业整体生产优化和污染控制有重大影响。本研究针对煤炭转化利用过程中氮元素转化和波动带来的整体生产、环境污染复合控制与优化问题，基于物质流分析与基元分析、动力学机理分析等方法，对行业、园区进行全过程元素流动态分析。本研究内容包括：1) 多尺度氮元素物质流数据源集成和分析；2)氮元素赋存识别和迁移转化规律；3) 产业链-园区-区域尺度氮元素污染控制策略。本研究得出以下结论：.（1）煤炭转化利用产业氮元素的主要来源为煤炭原料和空气，在煤焦化大致为煤炭中氮：空气中氮为6:1，煤制气行业中为4:1，热电为2:1；在煤化工行业中含氮污染物及其前体产生强度一般为2-3千克/吨煤炭消耗，占原料煤中氮元素的10%-15%，大多数氮元素将以杂质形式进入产品，少数进入产品中如硫铵等；在常规污染治理技术和效率下，含氮污染物最终排放强度在煤化工行业中一般为1-1.5千克/吨煤炭消耗，其中废气是大部分含氮污染物最终排放的主要形式；新型煤化工的发展使得煤炭中氮元素更多的转化进入到污染物中，排放强度明显上升，特别是废气。.（2）影响氮元素产生和排放强度波动的主要因素包括原料、工艺、工况，其中原料影响最大，其次为工艺和工况；但从企业和园区调节难易程度来看，工况调节较为容易，其次为工艺和原料；而工况对末端治理工艺单元的影响相对略大于产生工艺单元，因此园区和企业生产调节的重点是降低生产组织对开工率变化的影响。.（3）煤化工产业系统结构正在变化，由传统以焦化和合成氨生产占80%以上的结构转向新型煤气化合成化学品行业占有30%比例的结构；其中煤焦化、煤制合成氨等传统行业的企业生产技术进一步改进空间较小；而新型煤化工行业则是多种技术并存、不同技术间效率差异较大；传统和新型煤化工都不同程度存在治理效率和运行稳定度的问题，需进一步提升。