煤化工工藝中二氧化碳減排技術及應用研究

王琦

摘 要：我國的煤化工產(chǎn)業(yè)對于工業(yè)經(jīng)濟具有非常重要的作用。近幾年，受社會經(jīng)濟飛速發(fā)展的影響，煤化工產(chǎn)品的需求也不斷上升，這也就對煤化工工藝提出了更高的要求。除了要對煤化工產(chǎn)品的質量進行保證之外，也要對生產(chǎn)環(huán)保進行重視，特別是CO2減排。文章針對煤化工工藝中的 CO2排放，分析了CO2減排技術以及應用。

關鍵詞：煤化工工藝；二氧化碳；減排技術；應用

眾所周知，煤炭資源在我國經(jīng)濟中起著舉足輕重的角色，尤其是在我國經(jīng)濟發(fā)展初期，煤炭在國民生活和基礎設施中起了重要的作用。由煤炭衍生的大量的化工用品也在人民生活中扮演了重要的角色。但隨著煤炭的大量使用，環(huán)境污染問題也接踵而來。大量的焚燒不但使得煤炭的使用率較低，而且污染也相當嚴重。這也使得我國的煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遇到瓶頸。在全球氣候逐漸變暖的大前提下，我國作為碳排量大國，應當大力發(fā)展二氧化碳減排技術。

1 煤化工生產(chǎn)中CO2的排放

當前，主要在這幾個煤化工工藝中會排放 CO2：（1）煤制甲醇，在該生產(chǎn)工藝中，一般要經(jīng)過煤氣化、合成氣的有效凈化及甲醇的合成等過程，其中以煤氣化中的 CO2產(chǎn)生最多，原因在于煤炭在 H2O、O2一同存在狀態(tài)下出現(xiàn)燃燒反應而產(chǎn)生 CO2和 H2，而 H2乃甲醇合成不可或缺的一個原料，除極少部分 CO2應用到甲醇合成中，絕大部分在合成凈化中被排放。有數(shù)據(jù)顯示，生產(chǎn)1t 甲醇會排放2～2.5t 的 CO2。（2）煤炭液化，現(xiàn)階段在高壓、既定溫度狀態(tài)下可將固態(tài)煤和 H2反應轉變成液體油品，這就是煤炭液化工藝。相對而言，該工藝中的 CO2排放量較少，據(jù)估計產(chǎn)出1t 液化油品會排放1～1.5t 的 CO2。

2 二氧化碳減排技術

目前，國內外對于二氧化碳減排研究主要有兩個方向。一種是提高煤炭等其他化石能源的使用效率，從根本減少消耗，即節(jié)能減排。另一種則是將排放出的二氧化碳收集起來埋存到地下，這樣做可以降低空氣中二氧化碳的濃度[1]。目前來講，煤化工企業(yè)的二氧化碳的減排技術一般有二氧化碳的收集保存、循環(huán)利用以及化學轉化三種。前2種方法可以阻止二氧化碳排放到大氣中，但用性不高。而化學轉化法是將二氧化碳轉化為化工產(chǎn)品變廢為寶，保護了環(huán)境的同時，也達到了減排的目的。

2.1 收集保存技術

這個技術是當前應用較多的技術。先將二氧化碳收集，然后經(jīng)過分離和壓縮等程序，最后把壓縮后的二氧化碳輸送到地下深層并妥善保存。保存的地層主要是開采完的石油和天然氣井，這種技術在我國得到了相當大的發(fā)展。研究還表明，儲存了二氧化碳的油氣田的回采率大大提高，大概可以增加油田產(chǎn)量約10%左右[2]。另外，往海底深咸水層中存入二氧化碳之后，還可以與周圍的金屬離子在高壓下生成碳酸鹽。但是，這種技術并不是十分安全的，二氧化碳在地殼運動過程中會逃逸，污染環(huán)境的同時還會加劇氣溫的上升。此外，二氧化碳還會與地下的重金屬元素發(fā)生反應，滲透到地下會污染地下水。

2.2 二氧化碳的循環(huán)利用

對二氧化碳進行循環(huán)利用不僅可以變廢為寶，還可以達到節(jié)能減排的作用。煤化工生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳濃度高并含有大量雜質氣體，這給循環(huán)利用帶來了很大的麻煩。煤化工企業(yè)可以利用二氧化碳的物理化學性質對其進行再次利用，比如制造滅火器、食品添加劑等等。近年來，超臨界萃取技術在二氧化碳的再循環(huán)過程中發(fā)揮了很大的作用。二氧化碳作為超臨界萃取劑，它的化學穩(wěn)定性好，而且容易達到臨界條件，在操作過程中也比較安全和簡單，所以該項技術在今后還有很大的發(fā)展前景。

2.3 二氧化碳的分離和輸送

二氧化碳的分離和輸送技術，相對而言比較有效。這是因為煤化工過程中產(chǎn)出的二氧化碳濃度較高，這樣就比較好收集，進而節(jié)約成本。例如以純氧為氧化劑的現(xiàn)代氣流床煤氣化技術生產(chǎn)的合成氣，它的二氧化碳分離成本都是較低的。在進行分離和輸送的時候因為二氧化碳中的雜質氣體，所以需要特殊的管材來進行運輸。通過分離和輸送二氧化碳，在減排的同時還不會影響日常的煤化工生產(chǎn)和加工，該項技術還是值得大力發(fā)展。

2.4 二氧化碳的轉化固化

煤化工行業(yè)二氧化碳的減排除了收集保存之外，還可以將其進行轉化，這樣才可以達到一種良性循環(huán)[3]。目前，二氧化碳的轉化、固化技術也在大力發(fā)展。二氧化碳固化主要指的是生物吸收二氧化碳之后生成有機物質，這主要是通過大自然中的生物進行，屬于天然的良性循環(huán)。生物固化二氧化碳沒有任何的后顧之憂，減少二氧化碳排放同時，還可以利用光合成生成柴油。

2.5 二氧化碳的化學轉化

二氧化碳的化學轉化顧名思義主要是利用化學方法將其轉化為其他物質，對碳氫原子的還可以再利用。我們知道，植物通過光合作用吸收二氧化碳生成氧氣就是化學過程。目前，比較成熟的二氧化碳化學轉化技術主要是制備碳酸鹽、水楊酸、硼砂、雙氰胺、對烴基、苯甲酸等產(chǎn)品。近幾年，利用二氧化碳制造可降解塑料成為一個新的研究方向。我國是世界上最大的塑料制品生產(chǎn)國，而塑料制品原材料還在依靠進口。二氧化碳制取塑料技術將極大地降低塑料原材料的進口，生產(chǎn)成本大大降低，故該技術未來可能形成規(guī)?；a(chǎn)。不僅可以制備可降解塑料還可以減少二氧化碳的排放，一舉兩得。目前，只有日本、韓國、美國等能實現(xiàn)年產(chǎn)上萬t的規(guī)模。我國由于合成率的限制，年產(chǎn)只有千t左右。該方法不僅具有經(jīng)濟意義，還具有重要的環(huán)保意義，各大研究中心和高校應該將此作為重要的研究課題，加大高效率合成催化劑的研究力度，為我國二氧化碳可降解塑料的規(guī)模生產(chǎn)和二氧化碳的減排做出貢獻。除了以上轉化技術之外，目前還可應用催化合成技術利用二氧化碳生產(chǎn)甲醇、烴類、酯類等化工產(chǎn)品；蔬菜、瓜果的保鮮貯藏也離不開二氧化碳，因為它的制冷效果好，成本低，又沒有二次污染；二氧化碳在飲料行業(yè)也大有用處，我國的飲料消費約占消費量的30%，這是很有發(fā)展?jié)摿Φ?；二氧化碳還可用于在煙草工業(yè)。在前面提到的二氧化碳減排技術中，二氧化碳的收集保存、循環(huán)利用和化學轉化這3種方法都具有自身的優(yōu)勢。其中，二氧化碳的儲存技術占有絕對優(yōu)勢，因為它的儲存量大，而且這個技術很成熟，全球有很多國家都有應用，但并不能從根本上減少二氧化碳的總量，只是暫時緩解它對氣候造成的影響。二氧化碳的化學轉化技術相比較其他而言，現(xiàn)在還不能大規(guī)模的投入生產(chǎn)，但這個技術可以生產(chǎn)附加值很高的化工產(chǎn)品，還可以提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，擴大規(guī)模，形成很有價值的工業(yè)產(chǎn)鏈，是實現(xiàn)減排的重要的關鍵技術，我國應該大力發(fā)展這種技術。

結束語：

綜上所述，當前階段，為了推動經(jīng)濟社會的快速、穩(wěn)定發(fā)展，提升環(huán)境效益，加大對環(huán)境生態(tài)保護的重視力度非常重要，同時這也是新時期下經(jīng)濟發(fā)展的重要需求。處于經(jīng)濟全球化日益深入的現(xiàn)在，為了滿足社會經(jīng)濟以及國家戰(zhàn)略的多項需求，煤化工工藝發(fā)展已經(jīng)成為一個必然的發(fā)展趨勢，同時CO2減排也就成為煤化工行業(yè)發(fā)展過程中面臨的新挑戰(zhàn)。二氧化碳減排技術的應用，有利于滿足國家能源需求，進而達到節(jié)能減排的根本目的。

參考文獻：

[1]翟明洋，林千果，王香增，高瑞民，陶紅勝，江紹靜，王宏，梁凱強. 二氧化碳管道運輸系統(tǒng)優(yōu)化模型及其應用[J]. 哈爾濱工業(yè)大學學報，2017，（08）：1-9.

[2]李玲. 技術進步對二氧化碳減排效應影響研究——基于2002-2012年中國工業(yè)行業(yè)數(shù)據(jù)的實證分析[J]. 經(jīng)濟師，2017，（03）：9-11.

[3]宋名秀，孫洪志，阿布都拉江？那斯爾，王付燕，王倩，朱維群. 二氧化碳減排技術路線探討[J]. 現(xiàn)代化工，2013，（08）：5-8.endprint