淺談煤化工CO2的捕集和儲存

【摘 要】本文主要就在煤化工項目開工高峰期，如何做好煤化工項目CO2的捕集和儲存進行探討。

【關鍵詞】煤化工；CO2儲存；節(jié)能減排；合成氣凈化；經(jīng)濟合理；技術先進

近年來，隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國對能源的需求量呈現(xiàn)出加速增長的趨勢。巨大的能源消耗一方面對我國資源供應提出很大挑戰(zhàn)，另外一方面也對我國乃至全球的氣候帶來一定的影響。因此，我國在滿足能源需求的同時，減少CO2氣體排放的任務還很重。基于我國缺油少氣的能源儲存現(xiàn)狀，我國的能源結構中以煤炭為主的格局，在相當長的一段時間內(nèi)不會改變。面對我國嚴峻的溫室氣體減排形勢，在煤化工的發(fā)展中，CO2捕集和儲存問題必須得到解決。

從煤炭和石油的元素組成來看，煤的氫/碳原子比在0.2-1.0之間，而石油的氫/碳原子比達1.6～2.0，以煤替代石油生產(chǎn)傳統(tǒng)的石油化工產(chǎn)品的過程一般都伴隨著氫/碳原子比的調(diào)整。從而排放大量的CO2。

1 對煤直接液化、間接液化、煤制烯烴等新型煤化工技術過程中的CO2排放問題進行分析

1.1 煤直接液化過程中的CO2排放

直接液化是把固體狀態(tài)的煤在高壓和一定溫度下直接與氫氣反應，使煤炭直接轉(zhuǎn)化成液體油品的工藝技術。從反應過程來看，反應系統(tǒng)中的氧主要來自煤中氧，反應環(huán)境氫氣純度較高（氫氣純度>80%），反應后氧主要以水中氧的形式排出體系，CO2產(chǎn)率較低。據(jù)估計，煤炭直接液化項目的CO2排放量，每噸液化粗油約為2.1t（此數(shù)據(jù)不包括燃料排放部分）。

1.2 煤間接液化過程中的CO2排放

煤間接液化工藝主要由三大步驟組成：第一是煤的氣化；第二是合成；第三是精煉煤間接液化過程中的CO2主要來自氣化和合成兩步。在煤的氣化過程中，需要加入氧氣和水蒸氣作為氣化劑，因此存在以下的CO2生成反應：

C+O2= CO2

CO+H2O= CO2+H2

在合成步驟中，CO2是主要副產(chǎn)物之一，主要來自：

水煤氣變換反應 CO+H2O=CO2+H2

采用鐵基催化劑的F-T合成反應：

2CO+H2=—CH2—+CO2

甲烷化反應 2CO+2H2=CH4+CO2

歧化反應 2CO=C+CO2

煤間接液化過程生產(chǎn)每噸液化產(chǎn)品的CO2排放量約為3.3t（此數(shù)據(jù)不包括燃料排放部分）。

1.3 煤制烯烴過程中的CO2排放

煤制烯烴過程包括煤氣化、合成氣凈化、甲醇合成及甲醇制烯烴四項核心技術。煤制烯烴過程中的CO2主要來自煤氣化過程，煤氣化過程CO2的產(chǎn)生與前述間接液化類似，煤在氧氣和水蒸氣存在的條件下，發(fā)生以下的CO2生成反應：

C+O2=CO2

CO+H2O=CO2+H2

另外，甲醇合成過程要求原料氣中的H2和CO的摩爾比接近2：1，而煤氣化過程獲得的氣體中H2/CO摩爾比小于2，需要將一部分CO通過水煤氣變換反應生成H2和CO2以滿足甲醇合成的要求，這樣又會有部分CO2生成。除少量的CO2（占原料氣體總量的3%左右）參與甲醇合成反應外，大部分CO2在合成氣凈化過程中被脫除而進行排放。煤制烯烴過程的CO2排放量按每噸中間產(chǎn)品甲醇計：約2t，按每噸最終產(chǎn)品烯烴計算：約6t（此數(shù)據(jù)不包括燃料排放部分）。

2 CO2減排研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外關于CO2減排研究主要分兩個方面：

（1）提高石化能源的利用效率，減少能源的不必要消耗，在節(jié)能的同時，降低溫室氣體的排放，即節(jié)能減排。

（2）將主要CO2排放源排放出的CO2收集起來，暫時埋存到地下，以降低空氣中溫室氣體的濃度。該技術被稱為二氧化碳捕集及埋存技術，簡稱CCS （carboncapture and storage）。近幾年，該技術逐漸成為溫室氣體減排技術研究的熱點。世界各國紛紛啟動二氧化碳捕集及埋存項目。許多研究機構致力于在二氧化碳捕集環(huán)節(jié)的優(yōu)化，為降低捕集的成本，關于二氧化碳埋存技術安全性的研究，尚處于模擬計算階段。煤化工行業(yè)CO2減排對策：CO2轉(zhuǎn)化固化、CO2工業(yè)循環(huán)利用和CO2埋存等。目前采用地下埋存的方法是目前減少CO2排放的唯一有效途徑，根據(jù)我國煤化工行業(yè)分布特點，CO2埋存技術在煤化工行業(yè)應用的存在著區(qū)位優(yōu)勢。CO2埋存技術在中國應用前景比較開闊， CO2強化煤層氣開采技術的開發(fā)更具意義。

捕集問題，另一方面可以通過強化采油或強化開采煤層氣，獲得可觀的能源回報。目前我國正處于煤化工高速發(fā)展和CO2排放壓力巨大的時期，如何在保證煤化工良好快速發(fā)展的同時，盡量減少CO2的排放，盡量減少CO2捕集儲存技術應用的成本，值得大家繼續(xù)深入研究討論。

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