煤化工生產(chǎn)和消費(fèi)過程的碳利用分析

孟祥瑞

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

關(guān)鍵詞：煤化工生產(chǎn);消費(fèi)過程;碳利用;分析

1煤化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向和特點(diǎn)

隨著各種科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，煤炭行業(yè)相關(guān)新產(chǎn)品和新工藝不斷出現(xiàn)，創(chuàng)新逐漸成為發(fā)展的核心驅(qū)動(dòng)力，促進(jìn)中國的煤炭、石油和化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。改革開放40年來，中國煤化工行業(yè)在技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新方面取得了一系列突破。在煤炭氣化技術(shù)方面，我國的煤氣化領(lǐng)域逐漸呈現(xiàn)出長周期、規(guī)?；陌l(fā)展趨勢。我國多個(gè)高校與科研單位進(jìn)行多方面合作，成功實(shí)現(xiàn)了基于多個(gè)噴嘴的日處理量達(dá)三千噸級的巨型煤炭氣化技術(shù)，成為世界上在這個(gè)階段已經(jīng)掌握了這種技術(shù)唯一的國家，為我國煤炭化工行業(yè)的大規(guī)?；l(fā)展提供重要的技術(shù)保證。在煤炭液化技術(shù)領(lǐng)域，我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出技術(shù)產(chǎn)品多樣化、生產(chǎn)工藝高效化的趨勢。神華集團(tuán)作為中國著名的煤化工企業(yè)，在不同的煤液化條件和工藝開發(fā)出清潔汽油等新產(chǎn)品和新技術(shù)。在烷烴、烯烴、芳烴的制造技術(shù)上，我國化工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)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(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

2煤化工企業(yè)安全生產(chǎn)現(xiàn)狀

煤化工行業(yè)通常是指以化學(xué)加工為主要原料，將煤轉(zhuǎn)化為固體、液體和氣體的過程。在煤化工企業(yè)的日常生產(chǎn)過程中，無法避免對人體的危害，因此加強(qiáng)煤化工企業(yè)的安全生產(chǎn)十分重要。準(zhǔn)確來說，煤炭化工企業(yè)安全生產(chǎn)主要是指一種提前預(yù)防措施，借以防止事故的發(fā)生，以此來保證廣大員工的人身安全，它為煤炭化工企業(yè)的正常和穩(wěn)定的生產(chǎn)提供了重要的安全保障。在煤化工的日常生產(chǎn)過程中，一般都是在高溫高壓下進(jìn)行的，整個(gè)過程復(fù)雜多變，整體反應(yīng)速度比較快。如果處理不當(dāng)，很容易失去控制，進(jìn)而導(dǎo)致一系列安全事故現(xiàn)象的發(fā)生。中國是一個(gè)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(yè)發(fā)展勢頭迅猛，發(fā)展規(guī)模越來越大，隨著單罐儲(chǔ)量的不斷增加，一些煤化工產(chǎn)品往往不能很好的控制整體。常常存在一些煤化工產(chǎn)品整體控制不到位的現(xiàn)象發(fā)生。隨著煤化工企業(yè)綜合裝置規(guī)模不斷擴(kuò)大，在短時(shí)間內(nèi)提升了單個(gè)裝置處理物料的總量，與此同時(shí)還應(yīng)該把原先獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)裝置充分連接起來，使得他們之間能夠聯(lián)系更加密切。因此通常一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問題，會(huì)嚴(yán)重影響其他設(shè)備的安全穩(wěn)定，進(jìn)而給整個(gè)系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定。

3 現(xiàn)代煤化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中典型的碳排放

現(xiàn)代煤化工產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)主要是以煤炭為原料進(jìn)行轉(zhuǎn)化，經(jīng)過一系列的工藝變換過程，在酸性氣體脫除工藝環(huán)節(jié)中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳并排放出去，而且這個(gè)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(zhuǎn)化的其他工藝環(huán)節(jié)中也有二氧化碳的排放，像蒸汽、電力等系統(tǒng)環(huán)節(jié)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(zhuǎn)化過程中單位產(chǎn)品的二氧化碳排放量，公用設(shè)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(huì)增多。

4 煤化工行業(yè)節(jié)碳能力分析

4.1 煤化工行業(yè)運(yùn)行現(xiàn)狀

煤制氮化肥、煤制甲醇已成為行業(yè)主流，電石已成為乙炔化工最重要的原料。我國現(xiàn)代煤化工自2005年以來發(fā)展迅速，目前已形成了較大的工業(yè)規(guī)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(chǎn)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(chǎn)品含碳量，生產(chǎn)單位產(chǎn)品的CO2排放值也有較大的差異。根據(jù)煤轉(zhuǎn)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(fā)電的總碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，每單位碳排放煤炭轉(zhuǎn)化為3.1噸/噸標(biāo)煤0.855（100% - -2%）44/123.1 t /噸標(biāo)煤根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)煤0.855 t / t的碳含量和碳灰渣率2%。即煤化工與燃煤發(fā)電、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)來源：1）石油化工規(guī)劃研究院統(tǒng)計(jì);2）中國氮肥行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì);3）中國電石行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)。

4.2煤化工生產(chǎn)過程碳排放

生產(chǎn)單位CO2排放、煤轉(zhuǎn)化單位CO2排放、能源產(chǎn)品熱值單位CO2排放。計(jì)算過程如下：（1）二氧化碳排放單位產(chǎn)品（單位產(chǎn)品的碳原煤+單位產(chǎn)品的碳的燃料煤）——（單位產(chǎn)品的碳+碳每+碳副產(chǎn)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(dòng)氣化爐渣中殘余碳的設(shè)計(jì)值一般小于1%。實(shí)際生產(chǎn)受到煤質(zhì)、反應(yīng)條件等因素的影響。粗煤渣的殘?zhí)悸室话阈∮?%，細(xì)煤渣的殘?zhí)悸室话愦笥?5%甚至更高，分別為2%和20%。燃煤鍋爐產(chǎn)生的粉煤灰和爐渣含碳量與燃煤品質(zhì)、鍋爐運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行負(fù)荷有關(guān)。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(zhuǎn)化單位煤二氧化碳排放值生產(chǎn)單位產(chǎn)品二氧化碳排放值（單位產(chǎn)品原料煤消耗量+單位產(chǎn)品燃料煤消耗量）（3）生產(chǎn)單位熱值能源產(chǎn)品二氧化碳排放值生產(chǎn)單位產(chǎn)品熱值。煤化工生產(chǎn)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(chǎn)品含碳量，生產(chǎn)單位產(chǎn)品的CO2排放值也有較大的差異。根據(jù)煤轉(zhuǎn)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(fā)電的總碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，每單位碳排放煤炭轉(zhuǎn)化為3.1噸/噸標(biāo)煤0.855（100% - -2%）44/123.1 t /噸標(biāo)煤根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)煤0.855 t / t的碳含量和碳灰渣率2%。也就是說，與燃煤發(fā)電相比，轉(zhuǎn)換單位煤的碳排放強(qiáng)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(fā)電單位熱值308 GCE / kWh、3600 KJ / kWh時(shí)，煤發(fā)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(zhuǎn)油、煤轉(zhuǎn)天然氣路線的CO2排放強(qiáng)度低于燃煤發(fā)電。

5煤化工產(chǎn)品消費(fèi)過程碳利用分析

煤化工產(chǎn)品被廣泛使用，消費(fèi)領(lǐng)域不同，碳產(chǎn)品的命運(yùn)也不同。總體上，可按煤制燃料、煤制肥料、煤制化學(xué)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(chǎn)品在使用中釋放碳，轉(zhuǎn)化為二氧化碳，不再具有碳利用的功能。因此，煤基燃料的節(jié)碳能力主要體現(xiàn)在生產(chǎn)過程的節(jié)能高效上。以煤為基礎(chǔ)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(jìn)入作物中，被轉(zhuǎn)化成營養(yǎng)物質(zhì)，然后通過動(dòng)物或人類的復(fù)雜循環(huán)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(chǎn)品下游生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品，碳繼續(xù)使用，短期內(nèi)不會(huì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳。因此，可以認(rèn)為煤基化學(xué)品具有很強(qiáng)的碳利用功能。在煤化工方面，2018年中國煤化工行業(yè)實(shí)際節(jié)碳能力約1.15億噸，實(shí)際實(shí)現(xiàn)節(jié)碳約9700萬噸。

6結(jié)論

總體上、煤炭化工過程具有較高的效率和節(jié)碳能力時(shí)產(chǎn)生的石油和天然氣產(chǎn)品煤為原料，并具有較強(qiáng)的碳保留能力時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)，這有利于提高煤炭資源的價(jià)值，促進(jìn)節(jié)碳利用煤炭。

參考文獻(xiàn)

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