煤化工工藝中二氧化碳減排技術(shù)探析

林再福

摘 要：本文簡要分析煤化工工藝中產(chǎn)生CO2的原因，包括生產(chǎn)甲醇、直接和間接液化以及生產(chǎn)烯烴。著重對二氧化碳減排技術(shù)進(jìn)行深度探究，主要闡述收集與儲存處理技術(shù)、再利用、分離與運(yùn)輸、CO2固化處理以及利用化學(xué)性質(zhì)實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，運(yùn)用多種減排技術(shù)，減少CO2的排放量，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：煤化工工藝;二氧化碳;減排技術(shù)

0 引言

為實現(xiàn)多領(lǐng)域的良好發(fā)展，提高對煤炭等資源的消耗量。在當(dāng)前的時代環(huán)境下，我國在煤化工處理方面已經(jīng)實現(xiàn)大幅度的進(jìn)步，生產(chǎn)過程中的產(chǎn)量以及產(chǎn)品質(zhì)量都有所提高，推動該領(lǐng)域的發(fā)展。但在生產(chǎn)活動中會產(chǎn)生大量的二氧化碳，對環(huán)境造成嚴(yán)重的不良影響，由此，對其減排技術(shù)的研究顯得尤為重要。

1 煤化工工藝中產(chǎn)生二氧化碳的因素

1.1 甲醇工藝

在煤制甲醇生產(chǎn)過程中，需要通過多個作業(yè)環(huán)節(jié)，在此期間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生CO2氣體，對周邊的空氣產(chǎn)生不良影響，煤炭燃燒的過程中，會出現(xiàn)兩種化學(xué)反應(yīng)，一是碳與氧氣發(fā)生反應(yīng)形成二氧化碳，二是一氧化碳與水反應(yīng)形成二氧化碳?xì)怏w和氫氣。另外，在生產(chǎn)甲醇過程中需要應(yīng)用大量的氫氣，由此，需要借助一氧化碳和水生產(chǎn)更多的CO2和氫氣，通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)出更多的二氧化碳。實際上，通過上述的兩種化學(xué)反應(yīng)實際獲得的甲醇量極少，排放到空氣中的占比較大。據(jù)不完全數(shù)據(jù)信息顯示，每產(chǎn)出1t甲醇會向空氣中排放2t的CO2。

1.2 直接液化

在煤制油期間，產(chǎn)出的二氧化碳主要有兩個因素，其一，進(jìn)行液化工藝本身會產(chǎn)出二氧化碳，在此期間，煤炭處于高溫的環(huán)境中與H2化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)出液體油。其二，氧氣與氫元素發(fā)生反應(yīng)后，會將O2和H2O一同排出，二者再次發(fā)生反應(yīng)，形成二氧化碳。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在此過程中，1t煤制油會產(chǎn)出2.1t左右的二氧化碳。

1.3 間接液化

間接液化過程涉及到多個反應(yīng)環(huán)節(jié)，其中氣化和合成過程中排放的CO2相對較多，也是該項工藝中較為關(guān)鍵的部分。間接液化形成二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)主要有四項。首先，水煤氣變換中一氧化碳和水反應(yīng)生成二氧化碳和氫氣;其次，使用鐵基催化劑時，一氧化碳和氫氣反應(yīng)生成二氧化碳和亞甲基;再次，甲烷中一氧化碳和氫氣反應(yīng)生成亞甲基和二氧化碳;最后，岐化反應(yīng)中一氧化碳分解成碳元素和二氧化碳。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，間接液化方式與上述直接液化方式相比，會多排放1t的CO2。

1.4 煤制烯烴

此項工藝是上述中甲醇的深化反應(yīng)，整個過程歷經(jīng)四個步驟。烯烴過程中，大多是氣化劑之間的反應(yīng)，極為繁雜。通過統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)可得，通過烯烴的方式生產(chǎn)甲醇，每噸可產(chǎn)出2t的CO2，但若根據(jù)每噸生產(chǎn)出1t烯烴的方式進(jìn)行計算，會產(chǎn)出6t的CO2[1]。

2 煤化工工藝中的二氧化碳減排技術(shù)

2.1 收集保存

該項減排方式應(yīng)用的范圍較廣，簡單來說是將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳集中收集起來，對其進(jìn)行分離等處理，處理過后利用特殊的管道將其打入地下，在其與大氣之間設(shè)置阻斷。近幾年，部分相關(guān)企業(yè)會將產(chǎn)出的二氧化碳?xì)怏w輸送到已經(jīng)荒廢的地下結(jié)構(gòu)中，如無繼續(xù)開采價值的地層、無能源的井中，通過該項技術(shù)降低二氧化碳對空氣的污染程度。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在無開采價值的油氣田中打入經(jīng)過壓縮的二氧化碳，有助于實現(xiàn)油氣田的二次利用，能夠提高20%左右的產(chǎn)量。同時，海底地層中含有大量的金屬元素，將經(jīng)過處理的二氧化碳輸送到此地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，可以與其中的金屬元素發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生碳酸鹽，如K2CO3、Na2CO3、MgCO3等，有助于提高收集保存的效果，目前，部分國家已經(jīng)開始對此方面的研究活動，致力于形成水合物。但此種二氧化碳減排方式并不適宜長期使用，將CO2注入深層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，其會隨著地殼運(yùn)動發(fā)生位置移動，雖然未對大氣造成不良影響，但會影響到地球整體的環(huán)境，加劇溫室效應(yīng)。另外，CO2與地層中的部分金屬元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過長時間的儲存會逐漸滲透到更深的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，影響地下水的潔凈度。

2.2 二次利用

在科學(xué)研究不斷深入的過程中，煤化工工藝得到有效提高，部分企業(yè)能夠?qū)Χ趸急旧砭邆涞幕瘜W(xué)性質(zhì)加以利用，實現(xiàn)二次開發(fā)。就目前的情況而言，二氧化碳在多個方面都有所利用，如干冰、食品添加劑、滅火器等。例如，在運(yùn)送干粉煤期間，會用二氧化碳替代原本的氮?dú)?，并且在生產(chǎn)過程中，用二氧化碳代替水進(jìn)行生產(chǎn)。通過此種方式，提高對二氧化碳的利用率，有助于消耗煤化工產(chǎn)出的部分二氧化碳。從二次利用的角度而言，超臨界萃取工藝是當(dāng)前研究熱度較高的項目，此類技術(shù)應(yīng)用在實際生產(chǎn)過程中，會大幅度提高整體的工作效率，并起到減低環(huán)境污染的效果。例如，用CO2代替氟利昂，雖然其制冷能力較差，但可以產(chǎn)出較多的熱能。將二氧化碳應(yīng)用在該項技術(shù)之中，借助其本身的化學(xué)性質(zhì)，會降低其對整體環(huán)境的破壞程度，也可以控制相關(guān)生產(chǎn)過程的成本。

2.3 分離運(yùn)輸

在煤化工工藝中分離運(yùn)輸技術(shù)能夠達(dá)到一定的減排效果。煤化工的作業(yè)活動中會排放大量且濃度極高的CO2，而CO2經(jīng)過分離輸送處理，可以提高上述中收集處理方式的便利程度。另外，還有助于控制后期環(huán)境處理活動的成本。需要注意的是，CO2在分離運(yùn)輸過程中，其中會包含其他化學(xué)元素，對此，需要使用專門的輸送管道，以確保運(yùn)輸過程的穩(wěn)定性和安全程度。采用該項技術(shù)不僅能夠達(dá)到減排的效果，還不會對原本的生產(chǎn)活動造成影響，與上述的處理技術(shù)相比處理成本較低，有利于實現(xiàn)廣泛利用。

2.4 固化轉(zhuǎn)化

采用此種處理方式，可以實現(xiàn)對二氧化碳的有效循環(huán)使用，目前，轉(zhuǎn)化固化減排處理技術(shù)已經(jīng)展現(xiàn)出良好的發(fā)展趨勢，具體而言，利用適宜的生物吸收二氧化碳，通過體內(nèi)機(jī)能實現(xiàn)轉(zhuǎn)化，將有益于環(huán)境發(fā)展的物質(zhì)排放至大氣中，該種減排技術(shù)是借助生態(tài)系統(tǒng)中的生物實現(xiàn)對二氧化碳的消耗，相較于上述中的處理方式更為環(huán)保有效。利用現(xiàn)有自然資源對二氧化碳進(jìn)行合理轉(zhuǎn)化，不僅控制其在大氣中的排放量，還能夠借助光合作用生產(chǎn)出其他有益物質(zhì)，轉(zhuǎn)化固化減排技術(shù)是在生態(tài)系統(tǒng)自行進(jìn)行的，不會對自然條件造成不良影響，有利于實現(xiàn)長期的可持續(xù)發(fā)展。

2.5 化學(xué)轉(zhuǎn)化

對CO2進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)是借助其本身的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化工作。從生物學(xué)的角度分析，植物生長發(fā)育期間需吸收CO2，在體內(nèi)實現(xiàn)有效轉(zhuǎn)化，將有益氣體O2排放出來。對CO2的研究，部分國家已經(jīng)開展利用CO2實現(xiàn)對塑料制品的降解，該種形式的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。若可以將其應(yīng)用在塑料制品處理方面，不僅有助于控制對他國商品的需求量，還有助于調(diào)整部分生產(chǎn)活動的資金投入量，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。借助生產(chǎn)塑料制品，可以降低CO2在大氣中的比例，并實現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)收益，整體的處理效果較好。從工業(yè)方面分析，借助CO2生產(chǎn)部分化工材料。此外，CO2也可應(yīng)用在保鮮方面，有助于降低該方面的資金投入量，同時還能夠消除再次污染的情況。另外，碳酸飲料中也使用大量的CO2，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國飲料消費(fèi)市場占全球相關(guān)市場的三成左右，擁有良好的發(fā)展空間，此外，在煙草行業(yè)中CO2也有所涉及[2]。

3 結(jié)束語

目前，全球各地的環(huán)境問題愈加突出，我國在碳排放方面的問題極為嚴(yán)重，即使采取多種減排方式，仍無法恢復(fù)原本的生態(tài)環(huán)境，由此，若想在保證社會經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展的情況下，控制CO2的排放量，應(yīng)加大對此方面技術(shù)的探究。希望相關(guān)人員能夠利用多項專業(yè)技術(shù)，優(yōu)化減排模式，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的平衡發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張維斌.論述煤化工工藝中二氧化碳減排技術(shù)[J].化工管理，2020（07）：108-109.

[2]張建峰.煤化工工藝中二氧化碳減排技術(shù)分析[J].化工管理，2019（32）：99-100.