煤化工工藝過程CO2 排放分析及減排技術(shù)要點

梅樹雄

（云南泰安工程技術(shù)咨詢有限公司，云南 昆明 650224）

作為世界第二大經(jīng)濟體，隨著我國市場建設持續(xù)深入推進，對煤炭能源的需求不斷提高。需求拉動技術(shù)增長，煤化工行業(yè)發(fā)展形勢良好。但是，隨著煤炭大量焚燒，以及低碳、綠色、生態(tài)等環(huán)保理念的普及，人們已經(jīng)逐漸意識到煤炭排放物對大氣環(huán)境污染的嚴重性，煤化工行業(yè)因生產(chǎn)過程中排放大量CO2而制約了自身的發(fā)展。在全球氣候逐漸變暖的背景下，作為碳排量大國，有必要帶頭做好起節(jié)能減排工作，大力發(fā)展減排技術(shù)，不斷優(yōu)化煤化工工藝。

1 煤化工工藝CO2 排放過程

1.1 煤制甲醇工藝

在煤制甲醇工藝過程中，主要涉及煤氣化、甲醇合成、凈化等環(huán)節(jié)，而煤氣化環(huán)節(jié)是CO2排放的主要過程[1]。具體而言，是指在氧氣和水蒸氣充足的環(huán)境下，煤炭與之發(fā)生化學反應最終產(chǎn)生CO2的過程，其化學反應式為：C+O2=CO2，CO+H2O=H2+CO2。與此同時，原料中CO 和H2的物質(zhì)的量比在甲醇合成過程中與2 非常接近，而CO 和H2的摩爾比在煤氣化環(huán)節(jié)中則小于2。為了滿足甲醇生產(chǎn)需求，可以借助水煤氣將部分CO 轉(zhuǎn)換為CO2和H2。而這一過程中只有極少數(shù)CO2會參與甲醇合成，更多的CO2將會通過后續(xù)凈化環(huán)節(jié)被排放。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，在煤制甲醇工藝中，每生產(chǎn)1t 甲醇，CO2排放量則高達2t左右。

1.2 煤制烯烴工藝

煤制烯烴工藝與煤制甲醇工藝過程一樣都會排放大量的CO2，其工藝流程包括煤氣化、甲醇合成、合成凈化、甲醇制烯烴。而煤氣化、甲醇制烯烴兩個環(huán)節(jié)是CO2產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，煤制烯烴工藝每生產(chǎn)1t 烯烴，CO2排放量則高達6t，這與甲醇轉(zhuǎn)化烯烴是由多種氣化劑相互干預反應實現(xiàn)的有很大關(guān)系。

1.3 煤直接液化工藝過程

煤制油工藝中，CO2排放主要集中在兩個環(huán)節(jié)，其中一個就是煤直接液化過程。在這一過程中，以高溫為媒介，煤和H2直接液化生成液體油，如圖1 所示。煤炭與氧氣在和氫化劑反應后，隨著水的排出氧氣隨之排出，因此CO2的排量較低。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，每生產(chǎn)1t 液化油，CO2排放量為2.1t。

圖1 直接液化流程

1.4 煤間接液化工藝過程

煤間接液化工藝過程較之直接液化工藝更為復雜，包含煤氣化、氣化合成、精煉提純?nèi)齻€環(huán)節(jié)。其中，CO2產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)集中在煤氣化和氣化合成兩個階段。從圖1 直接液化流程中看出，水蒸氣和氧氣是煤液化發(fā)生的氣化劑，主要經(jīng)歷四個反應過程：①CO 與H2O 生成CO2和H2過程，稱之為水煤體變換反應；②CO 與H2在鐵基催化劑作用下，發(fā)生F-T 反應，生成CO2和C2H2；③CO 和H2發(fā)生甲烷化反應，生成CH4和CO2；④一氧化碳發(fā)生歧化反應，生成C（單質(zhì)）和CO2。據(jù)統(tǒng)計，煤間接液化工藝每制成1t液化油，CO2排放量為3.3t。

2 煤化工工藝過程中CO2 減排技術(shù)要點

2.1 CO2 存儲技術(shù)

CO2存儲技術(shù)顧名思義就是對煤化工工藝過程中排放的CO2進行收集的技術(shù)。通過先進工藝對CO2進行分離和壓縮處理，然后借助管道將CO2氣體輸送至封閉的地下[2]。雖然經(jīng)過這樣處理CO2不會消失，但是能夠在較長一段時間內(nèi)無法與大氣接觸，能夠?qū)Υ髿庵蠧O2的含量進行控制。同時，將CO2注入到?jīng)]有開采完全的煤層和油氣層，還能夠提高其開采效率，提高開采產(chǎn)量，但可能會對地下水環(huán)境造成污染，導致地面出現(xiàn)塌陷或升高情況。

2.2 CO2 循環(huán)利用技術(shù)

可循環(huán)利用是當前資源利用的大趨勢，對CO2進行循環(huán)利用是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要舉措。煤化工工藝中所排放的CO2氣體中含有大量雜質(zhì)且濃度高，給循環(huán)利用帶來了一定難度。煤化工企業(yè)可以利用其物理性質(zhì)和化學性質(zhì)，將其制作成滅火器物質(zhì)、食品添加劑等。近幾年，在CO2循環(huán)利用中，超臨界萃取技術(shù)應用發(fā)揮了重要作用，該技術(shù)操作簡便、工藝流程并不復雜，自身具有萃取率高、萃取分離物易分解的優(yōu)勢，再加之CO2具有穩(wěn)定的化學性質(zhì)、安全無毒，成本低，因此CO2作為超臨界萃取劑，能夠輕易滿足臨界所需條件。目前，利用超臨界萃取技術(shù)進行CO2再循環(huán)利用主要集中在從天然香料中提取附加值高的熱敏性成份[3]。

2.3 CO2 轉(zhuǎn)化技術(shù)

CO2轉(zhuǎn)化技術(shù)主要是借助CO2的化學性質(zhì)，通過化學反應將CO2轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)，然后進行資源再利用，其中最典型的例子就是綠色植物光合作用，在吸收CO2后，通過化學反應可以產(chǎn)生大量的氧氣。目前CO2轉(zhuǎn)化技術(shù)在人工技術(shù)領(lǐng)域也得以應用，可以借助CO2制備水楊酸、碳酸鹽等物質(zhì)。常見的轉(zhuǎn)化技術(shù)：一是，將CO2轉(zhuǎn)化成為脂類物質(zhì)，如轉(zhuǎn)化后形成的碳酸二甲酯具有較高的附加值，是一種相對環(huán)保的化工原料，可以用于汽車、建材、光電子產(chǎn)品、食品包裝等領(lǐng)域[4]；二是，將CO2轉(zhuǎn)化為可降解塑料。利用CO2制備出可降解塑料，一方面能夠有效控制煤化工工藝過程中CO2的排放量，另一方面也能起到環(huán)保作用，避免大規(guī)模生產(chǎn)難以降解的塑料制品而加劇對環(huán)境的污染。

3 結(jié)語

為了順應時代發(fā)展需求，踐行低碳環(huán)保理念，煤化工行業(yè)必須要加強對工藝生產(chǎn)過程中CO2排放量的控制，根據(jù)工藝特點，合理選擇適宜的CO2減排技術(shù)，盡可能減少CO2排放。