煤化工生產中二氧化碳的來源及減排技術分析

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引言

煤化工生產在現代工業中占據重要地位，主要為下游多個領域與行業提供重要的生產原材料。但是由于煤化工行業生產作業中需要使用與消耗大量的煤炭資源，同時也排放大量的二氧化碳，容易加劇溫室效應，造成環境污染與破壞。在現代社會大力發展低碳經濟的形勢下，煤化工行業想要可持續健康發展，在目前整個社會對煤化工產品需求量不斷增長的形勢下，更要注重對煤化工生產流程的控制，合理應用二氧化碳減排技術，提升煤化工工藝水平，減少二氧化碳等污染物排放量。

1 煤化工生產中二氧化碳的來源

在煤化工生產中，多個環節中都會產生二氧化碳，比如煤制甲醇、液化、間接液化、煤制烯烴等生產環節中。對于其中的煤質甲醇環節中，二氧化碳主要形成于氣化以及合成氣凈化等環節。尤其是在煤炭燃燒的過程中，煤炭與氧氣發生化學反應而生產二氧化碳，沒有完全燃燒形成的一氧化碳也會與空氣中的水分發生化學反應而生成二氧化碳。而在合成甲醇的環節中還需要氫氣作為重要介質，在生成甲醇的同時也會產生大量二氧化碳排放到室外而造成大氣污染。通常生產1t甲醇會排放2t二氧化碳，此環節中的碳化物排放比例為65.1%[1]。

對于其中的液化生產環節來說，在此液化階段會產生煤制油二氧化碳，也就是氫氣會與煤炭在高溫條件下發生反應而生成液體油，同時煤炭還會釋放出氧氣與人工加入的氫化劑發生反應，這就會在水蒸氣不斷蒸發的過程中導致氧氣濃度的降低，同時也會降低二氧化碳的產率。據不完全統計，在此環節中生產1t液化油會產生2.1t二氧化碳，此環節中的碳化物排放比例為70.1%。

對于間接液化環節來說，也就是精煉提純、煤化氣合成以及煤化氣等環節中會產生二氧化碳。這主要由于在煤液化階段需要使用水蒸氣和氧氣作為反應汽化劑，但是在此過程中會出現水與一氧化碳的反映，會產生二氧化碳。在鐵基催化劑F-T反應中會出現氫氣與一氧化碳的反映而形成二氧化碳。在甲烷反應中也會發生上述反映，在歧化反應中同樣會出現一氧化碳向二氧化碳轉變的反映。據不完全統計，在此環節中也會釋放1t左右的二氧化碳，此環節中的碳化物排放比例為71.9%。

最后是針對煤制烯烴工藝來說，此反映過程屬于煤制甲醇深化反應，在此反應中會經歷凈化合成氣、煤氣化、甲醇合成以及甲醇制烯烴等環節，在此過程中會出現不同汽化劑之間的相互干預和反應，流程比較復雜。據不完全統計，在此環節中每生產1t甲醇會排放2t二氧化碳，同時生產1t烯烴則需要釋放6t二氧化碳。此環節中的碳化物排放比例為77.8%。

2 煤化工生產流程

根據煤化工生產中二氧化碳的來源以及煤化工項目生產特點可知，二氧化碳主要來自于液化以及間接液化環節，前者就是供熱、供電、生產以及設備泄漏的二氧化碳，后者則主要是外購化石能源轉換而來的二氧化碳。以典型的煤化工項目為例，二氧化碳的排放流程為：原煤—備煤—氣化—空分一氧化碳變換—粗氣凈化—合成—氨/尿素、甲醇、甲烷、乙二醇、其他（能量輸入：電能、熱能消耗、部分燃料煤燃燒）。

在上述生產流程中，不僅要選擇適宜的煤氣化技術，而且要對煤化生產流程和生產工藝進行改造。對于前者來說，由于煤氣化生產環節中可以將傳輸介質中的氮氣改為二氧化碳，實現對所排放二氧化碳的循環利用，有助于減少其排放量。還可以采取同時氣化煤與富含氫氣的氣體，實現合成器中碳氫比例的增加，也有助于減少能量損耗以及二氧化碳排放量。通過合氣技術的應用，有助于氫氣利用率的提升以及二氧化碳排放量的降低。對于后者來說，通過對冗余的氫氣能源進行充分利用可以變廢為寶，實現對煤化工生產流程和工藝的改造，減少二氧化碳排放量。比如在甲醇制備工藝中，由于反應器中大量積存氮氣會導致其效率的降低，在合成作業中需要將其中的氮氣釋放來保證動態反應平衡，這就是馳放氣環節，但是如果將馳放氣直接燃燒會造成資源浪費，為此可以通過膜分離技術的應用對馳放氣的氫氣進行回收和循環利用[2]。

3 煤化工生產中的二氧化碳減排技術

基于煤化工生產環節中的二氧化碳來源，為了減少其排放能量，可以在化學轉換化環節中對其排放量進行控制，同時也生產出具有更高附加值的油代產品等。比如通過二氧化碳存儲技術的應用對二氧化碳進行采集并進行分離和壓縮處理，向地下運輸并儲存在地殼中，與大氣層隔離。同時也有助于煤層回采率的提升。但是要預防其與土壤反應而形成酸性環境，對重金屬以及水體造成污染等問題。其次是基于二氧化碳的物理特性對其進行循環利用。比如通過超臨界萃取技術等制造干冰和滅火器等，代替氟利昂產生較高的制熱效益，或者是代替氮氣運輸煤粉，在甲醇制備和烯烴制備環節中應用。最后是轉換二氧化碳。比如合理利用植物的光合作用對其進行轉化，將其轉換為碳酸鹽和水楊酸等作為工業生產原料。利用光合作用每年可以轉化300t二氧化碳并轉換為200t有機物質用于蔬菜種植。而蔬菜種植則又可以消耗二氧化碳，將其制成可以講解的有機塑料等物質，可以實現能源利用率的提升并保護環境，或者是制成甲醇和烴類物質等提升產品附加值[3]。

4 結束語

煤化工生產環節中的諸多環節都會產生大量的二氧化碳，對環境造成污染，加劇溫室效應等問題。為此要合理優化煤化工生產流程，控制二氧化碳排放量。同時要充分利用二氧化碳用于生產環節，實現循環利用，減少二氧化碳的排放。