煤化工生產和消費過程的碳利用分析

孟祥瑞

摘 要：考慮到煤化工產品的消費，煤制油、煤制甲醇、煤制化肥等產品在使用過程中會釋放碳并將其轉化為二氧化碳。而煤制化學品具有較強的留碳能力，產品中的碳可以得到更長久的利用。

關鍵詞：煤化工生產;消費過程;碳利用;分析

1煤化學工業的發展方向和特點

隨著各種科學技術的不斷發展和應用，煤炭行業相關新產品和新工藝不斷出現，創新逐漸成為發展的核心驅動力，促進中國的煤炭、石油和化工產業發展。改革開放40年來，中國煤化工行業在技術和產品創新方面取得了一系列突破。在煤炭氣化技術方面，我國的煤氣化領域逐漸呈現出長周期、規模化的發展趨勢。我國多個高校與科研單位進行多方面合作，成功實現了基于多個噴嘴的日處理量達三千噸級的巨型煤炭氣化技術，成為世界上在這個階段已經掌握了這種技術唯一的國家，為我國煤炭化工行業的大規模化發展提供重要的技術保證。在煤炭液化技術領域，我國相關產業呈現出技術產品多樣化、生產工藝高效化的趨勢。神華集團作為中國著名的煤化工企業，在不同的煤液化條件和工藝開發出清潔汽油等新產品和新技術。在烷烴、烯烴、芳烴的制造技術上，我國化工產業創新性地提出了基于硅化物的單鐵催化方式，大大提高了以甲烷為原料的各種烴類產品的生產效率。

2煤化工企業安全生產現狀

煤化工行業通常是指以化學加工為主要原料，將煤轉化為固體、液體和氣體的過程。在煤化工企業的日常生產過程中，無法避免對人體的危害，因此加強煤化工企業的安全生產十分重要。準確來說，煤炭化工企業安全生產主要是指一種提前預防措施，借以防止事故的發生，以此來保證廣大員工的人身安全，它為煤炭化工企業的正常和穩定的生產提供了重要的安全保障。在煤化工的日常生產過程中，一般都是在高溫高壓下進行的，整個過程復雜多變，整體反應速度比較快。如果處理不當，很容易失去控制，進而導致一系列安全事故現象的發生。中國是一個能源分配不平衡的國家，一般來說，石油和天然氣十分稀缺，但煤炭資源非常豐富。近年來，煤化工企業發展勢頭迅猛，發展規模越來越大，隨著單罐儲量的不斷增加，一些煤化工產品往往不能很好的控制整體。常常存在一些煤化工產品整體控制不到位的現象發生。隨著煤化工企業綜合裝置規模不斷擴大，在短時間內提升了單個裝置處理物料的總量，與此同時還應該把原先獨立運轉裝置充分連接起來，使得他們之間能夠聯系更加密切。因此通常一個設備出現問題，會嚴重影響其他設備的安全穩定，進而給整個系統帶來不穩定。

3 現代煤化工產品生產過程中典型的碳排放

現代煤化工產品生產技術主要是以煤炭為原料進行轉化，經過一系列的工藝變換過程，在酸性氣體脫除工藝環節中會產生大量的二氧化碳并排放出去，而且這個過程中的二氧化碳濃度較高，屬于工藝碳排放。另外，在煤炭轉化的其他工藝環節中也有二氧化碳的排放，像蒸汽、電力等系統環節中排放的二氧化碳，這些是屬于公共碳排放，濃度相對而言較低，在煙道氣中存在。工藝碳排放和公共碳排放是煤轉化過程中單位產品的二氧化碳排放量，公用設施較少且工藝過程相對較短的，其二氧化碳的排放量就較少，相反則會增多。

4 煤化工行業節碳能力分析

4.1 煤化工行業運行現狀

煤制氮化肥、煤制甲醇已成為行業主流，電石已成為乙炔化工最重要的原料。我國現代煤化工自2005年以來發展迅速，目前已形成了較大的工業規模，成為煤炭清潔高效利用和油氣替代的重要途徑。煤化工生產中未利用的碳仍將主要以CO2的形式排放。由于不同的煤炭消耗量和不同的產品含碳量，生產單位產品的CO2排放值也有較大的差異。根據煤轉化單位的碳排放量，煤化工的CO2排放值在2.1 t / tce到2.5 t / tce之間。燃煤發電的總碳轉化為二氧化碳，每單位碳排放煤炭轉化為3.1噸/噸標煤0.855（100% - -2%）44/123.1 t /噸標煤根據標準煤0.855 t / t的碳含量和碳灰渣率2%。即煤化工與燃煤發電、轉換數據來源：1）石油化工規劃研究院統計;2）中國氮肥行業協會統計;3）中國電石行業協會統計。

4.2煤化工生產過程碳排放

生產單位CO2排放、煤轉化單位CO2排放、能源產品熱值單位CO2排放。計算過程如下：（1）二氧化碳排放單位產品（單位產品的碳原煤+單位產品的碳的燃料煤）——（單位產品的碳+碳每+碳副產品灰渣）4412年的灰渣碳包括煤炭氣化灰渣碳和燃煤鍋爐灰渣碳。夾帶流動氣化爐渣中殘余碳的設計值一般小于1%。實際生產受到煤質、反應條件等因素的影響。粗煤渣的殘碳率一般小于5%，細煤渣的殘碳率一般大于15%甚至更高，分別為2%和20%。燃煤鍋爐產生的粉煤灰和爐渣含碳量與燃煤品質、鍋爐運行參數和運行負荷有關。粉煤灰的碳含量是0.74%ー2.1%，渣的碳含量是0.6%ー3.11%。（2）轉化單位煤二氧化碳排放值生產單位產品二氧化碳排放值（單位產品原料煤消耗量+單位產品燃料煤消耗量）（3）生產單位熱值能源產品二氧化碳排放值生產單位產品熱值。煤化工生產中未利用的碳仍將主要以CO2的形式排放。由于不同的煤炭消耗量和不同的產品含碳量，生產單位產品的CO2排放值也有較大的差異。根據煤轉化單位的碳排放量，煤化工的CO2排放值在2.1 t / tce到2.5 t / tce之間。燃煤發電的總碳轉化為二氧化碳，每單位碳排放煤炭轉化為3.1噸/噸標煤0.855（100% - -2%）44/123.1 t /噸標煤根據標準煤0.855 t / t的碳含量和碳灰渣率2%。也就是說，與燃煤發電相比，轉換單位煤的碳排放強度降低了19% ～ 32%。間接液化路線為0.22 kg / MJ，煤制天然氣路線為0.13 kg / MJ。煤發電單位熱值308 GCE / kWh、3600 KJ / kWh時，煤發電單位熱值碳排放量為0.27 kg / MJ 0.3080.855100%-2% 44 / 12 / 3.60.27 kg / MJ。可以看出，煤轉油、煤轉天然氣路線的CO2排放強度低于燃煤發電。

5煤化工產品消費過程碳利用分析

煤化工產品被廣泛使用，消費領域不同，碳產品的命運也不同。總體上，可按煤制燃料、煤制肥料、煤制化學品分別考慮碳去向。煤基燃料主要包括煤基石油、煤基天然氣和煤基甲醇（約占煤基甲醇總量的20%）。這些產品在使用中釋放碳，轉化為二氧化碳，不再具有碳利用的功能。因此，煤基燃料的節碳能力主要體現在生產過程的節能高效上。以煤為基礎的肥料是一種肥料，它被噴灑到土壤中，被作物吸收，其中的一些碳進入作物中，被轉化成營養物質，然后通過動物或人類的復雜循環釋放到大氣中，它不是碳中性的。煤基化工主要包括煤基烯烴、煤基乙二醇、電石、煤基甲醇等化工原料（約占煤基甲醇的80%）。這些產品下游生產多種化工產品，碳繼續使用，短期內不會轉化為二氧化碳。因此，可以認為煤基化學品具有很強的碳利用功能。在煤化工方面，2018年中國煤化工行業實際節碳能力約1.15億噸，實際實現節碳約9700萬噸。

6結論

總體上、煤炭化工過程具有較高的效率和節碳能力時產生的石油和天然氣產品煤為原料，并具有較強的碳保留能力時產生的化學物質，這有利于提高煤炭資源的價值，促進節碳利用煤炭。

參考文獻

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