煤化工工藝中二氧化碳排放與減排分析

王月平(寧夏和寧化學(xué)有限公司，寧夏 銀川 751400)

0 引言

現(xiàn)階段，我國的煤化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中不可避免的會(huì)產(chǎn)生二氧化碳排放問題，這就需要煤化工產(chǎn)業(yè)研究人員對煤化工工藝中二氧化碳排放與減排工藝進(jìn)行深入的分析、研究，力求取得更高的減排效果。

1 煤化工生產(chǎn)過程中二氧化碳的來源

1.1 煤制甲醇工藝流程中排放二氧化碳

煤化工生產(chǎn)過程中煤制甲醇工藝環(huán)節(jié)需經(jīng)過煤氣化、合成氣的凈化、合成甲醇等環(huán)節(jié)，尤其在煤氣化的工藝環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)一噸甲醇就要產(chǎn)生兩噸二氧化碳，對生態(tài)環(huán)境造成不利的影響。

1.2 直接液化工藝過程中排放二氧化碳

煤制油直接液化的工藝環(huán)節(jié)中煤與氫氣會(huì)在高溫的條件下直接生成液體油，該環(huán)節(jié)會(huì)將產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w直接排放到自然環(huán)境中，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)一噸液化油就至少要產(chǎn)生兩噸的二氧化碳?xì)怏w。

1.3 間接液化法過程中排放二氧化碳

間接液化生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)分為煤氣化工藝環(huán)節(jié)、合成工藝環(huán)節(jié)、精煉工藝環(huán)節(jié)等，其中合成工藝環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生較多的二氧化碳?xì)怏w，也是二氧化碳?xì)怏w的主要生成環(huán)節(jié)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，該工藝環(huán)節(jié)中每生產(chǎn)一噸液化油至少產(chǎn)生三噸的二氧化碳?xì)怏w。

1.4 煤制烯烴工藝流程中排放二氧化碳

煤制烯烴工藝的煤制甲醇環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，工藝環(huán)節(jié)較多，氣化劑反應(yīng)較多且具有一定的難度系數(shù)，該工藝環(huán)節(jié)中二氧化碳?xì)怏w的排放量也非常可觀，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，該工藝環(huán)節(jié)每生成一噸甲醇將產(chǎn)生兩噸二氧化碳?xì)怏w。

1.5 煤制天然氣工藝流程中排放二氧化碳

煤制天然氣工藝流程中有煤制天然氣、煤制二甲醚、煤間接液化等工藝環(huán)節(jié)，這些工藝環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生一定量的二氧化碳?xì)怏w，而且煤制天然氣工藝環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w濃度非常高[1]。

2 煤化工生產(chǎn)流程中二氧化碳?xì)怏w排放概況

2.1 單個(gè)排放源二氧化碳?xì)怏w排放強(qiáng)度較大

煤化工生產(chǎn)中，生產(chǎn)方案及生產(chǎn)工藝不同，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w在數(shù)量、含量上也不相同，這就直接導(dǎo)致煤化工生產(chǎn)中單個(gè)排放源的二氧化碳排放強(qiáng)度較大。常規(guī)煤化工生產(chǎn)中單個(gè)工藝環(huán)節(jié)二氧化碳?xì)怏w排放概況如下：直接液化工藝的二氧化碳?xì)怏w排放量為70.10%；間接液化工藝的二氧化碳?xì)怏w排放量為71.90%；煤制甲醇工藝的二氧化碳?xì)怏w排放量為65.20%；煤制烯烴工藝的二氧化碳?xì)怏w排放量為77.80%；煤制天然氣工藝的二氧化氣體碳排放量為67.30%[2]。

2.2 煤化工生產(chǎn)工藝流程中二氧化碳?xì)怏w排放

煤化工生產(chǎn)工藝流程中二氧化碳?xì)怏w排放流程可統(tǒng)括為：原煤—?dú)饣谎趸嫁D(zhuǎn)換—粗氣凈化—合成。其產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w排放分為直接排放和間接排放。其中，直接排放包括供熱、供電、生產(chǎn)、設(shè)備泄漏等方面的排放，間接排放主要為能源轉(zhuǎn)換排放。從排放二氧化碳的濃度入手，煤化工生產(chǎn)工藝可分為高濃度二氧化碳排放和低濃度二氧化碳排放。其中，高濃度二氧化碳?xì)怏w主要集中在粗氣凈化工藝環(huán)節(jié)排放，而低濃度二氧化碳?xì)怏w主要集中在加熱爐、供電設(shè)備的煤炭燃燒等方面排放。煤化工生產(chǎn)流程中二氧化碳?xì)怏w排放情況如下：煤制甲醇工藝流程，低溫甲醇洗工藝環(huán)節(jié)二氧化碳?xì)怏w排放濃度為87.8%；煤制烯烴工藝流程，低溫甲醇洗工藝環(huán)節(jié)二氧化碳?xì)怏w排放濃度為88.2%；煤直接液化工藝流程，低溫甲醇洗工藝環(huán)節(jié)二氧化碳?xì)怏w排放濃度為87.8%；煤間接液化工藝流程，低溫甲醇洗工藝環(huán)節(jié)排放的二氧化碳濃度為98.3%。

3 煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展中對二氧化碳進(jìn)行科學(xué)減排的必要性

我國的煤炭資源儲(chǔ)存量比較高，位居世界煤炭資源儲(chǔ)備排名的前列，而石油、天然氣等資源比較緊缺，無法滿足我國的現(xiàn)代化發(fā)展需求。因此，我國大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)，以期能補(bǔ)充石油資源對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐缺口，保障我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、綜合國力、國民生活的需求。但是，煤化工產(chǎn)業(yè)在迅猛發(fā)展的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣、污水、廢渣等，造成了較為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染，尤其是生產(chǎn)過程中會(huì)排放大量的二氧化碳?xì)怏w，還會(huì)造成溫室效應(yīng)，導(dǎo)致厄爾尼諾現(xiàn)象、糧食產(chǎn)量降低等不利影響，因此，煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展中對二氧化碳進(jìn)行科學(xué)減排不僅可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還可以促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)的預(yù)期發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國綜合國力與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的協(xié)同發(fā)展[3]。

4 煤化工工藝中二氧化碳減排策略

4.1 二氧化碳存儲(chǔ)技術(shù)

二氧化碳存儲(chǔ)技術(shù)就是對煤化工工藝中二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行收集的技術(shù)，先將工藝廢氣中的二氧化碳?xì)怏w分離出來，然后將其進(jìn)行壓縮處理，再借助管道將壓縮后的二氧化碳?xì)怏w輸送至未完全開采的煤層、油氣層。據(jù)有關(guān)資料研究表明，大量二氧化碳?xì)怏w輸入油氣層后在一定程度上提升了回采率，這樣不僅能降低二氧化碳對大氣的污染，還能提高地下煤礦的利用價(jià)值。該技術(shù)還具有操作簡單、經(jīng)濟(jì)性高，工藝效果佳等優(yōu)點(diǎn)。此外，還可以借助管道將壓縮后的二氧化碳?xì)怏w輸送至海底深處，但是二氧化碳?xì)怏w容易與海水中的成分發(fā)生反應(yīng)形成碳酸鹽，而且大量的二氧化碳?xì)怏w會(huì)因地殼運(yùn)動(dòng)而被釋放到大氣中，造成大氣環(huán)境嚴(yán)重污染和氣候變化等，現(xiàn)階段該技術(shù)還存在這些安全隱患，需要研究人員對其進(jìn)行進(jìn)一步的完善。

4.2 二氧化碳循環(huán)利用技術(shù)

二氧化碳?xì)怏w的循環(huán)利用技術(shù)是實(shí)現(xiàn)資源再利用的有效措施，符合綠色生產(chǎn)的理念，也是煤化工產(chǎn)業(yè)工藝中二氧化碳減排工藝的發(fā)展趨勢。如圖1所示，煤化工工藝中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w不僅濃度大還含有大量的雜質(zhì)，這在一定程度上增加了其循環(huán)利用的難度。近些年來，煤化工企業(yè)借助超臨界萃取技術(shù)對二氧化碳?xì)怏w循環(huán)再利用工藝進(jìn)行了優(yōu)化，該技術(shù)具有操作簡便、工藝流程簡單、萃取率高、萃取物易分解等特點(diǎn)，而且二氧化碳?xì)怏w化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、無刺激、成本低，符合臨界萃取劑的要求，可以從天然香料中萃取附加值較高的熱敏性組織?，F(xiàn)階段，二氧化碳?xì)怏w循環(huán)再利用技術(shù)主要體現(xiàn)在滅火器、食品添加劑等方面，還可應(yīng)用于蔬菜瓜果的保鮮，既安全，又有較低的成本，極大的提升了二氧化碳循環(huán)再利用價(jià)值[4]。

圖1 二氧化碳收集流程圖

4.3 二氧化碳的分離和輸送技術(shù)

優(yōu)化二氧化碳的分離和輸送技術(shù)，可以極佳的提升二氧化碳減排效果，從而取得較好的環(huán)境保護(hù)成果。煤化工生產(chǎn)的某些工藝環(huán)節(jié)如果產(chǎn)生了數(shù)量巨大、濃度較高的二氧化碳?xì)怏w可在工藝流程終端用收集設(shè)備對其進(jìn)行集中收集，這種收集工藝具有操作簡便、設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)性佳等特點(diǎn)，而且對二氧化碳?xì)怏w能起到很好的收集效果。而煤化工生產(chǎn)的某些工藝環(huán)節(jié)產(chǎn)生的二氧化碳含有較多的雜質(zhì)，可以對其先進(jìn)行雜質(zhì)分離然后再收集二氧化碳?xì)怏w，保障所收集二氧化碳的濃度及純度，為后續(xù)二氧化碳的循環(huán)再利用奠定基礎(chǔ)[5]。

4.4 二氧化碳的化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)

煤化工工藝中二氧化碳減排可以借助二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)，讓其進(jìn)行相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成新的有用物質(zhì)。例如，可以制備水楊酸、碳酸鹽等，還可以將二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化為碳酸二甲酯等脂類物質(zhì)，煤化工工藝的附加價(jià)值。不僅能提升煤化工工藝中二氧化碳減排效率，還能實(shí)現(xiàn)對二氧化碳?xì)怏w的高經(jīng)濟(jì)利用。該技術(shù)是比較可行且高效的二氧化碳減排措施，因此相關(guān)研究人員應(yīng)給予其高度重視，并積極對二氧化碳的化學(xué)轉(zhuǎn)化進(jìn)行全方位且深入的研究，借助化學(xué)反應(yīng)工藝將二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)品。

4.5 二氧化碳的轉(zhuǎn)化、固化技術(shù)

實(shí)現(xiàn)煤化工工藝中二氧化碳減排，可以借助二氧化碳轉(zhuǎn)化、固化技術(shù)，降低煤化工工藝中二氧化碳排放的不良影響?，F(xiàn)階段，我國的二氧化碳轉(zhuǎn)化、固化技術(shù)已經(jīng)非常先進(jìn)且成熟，可借助生物吸收和使用二氧化碳?xì)怏w，雖然二氧化碳固化技術(shù)是在大自然中開展的，但是其不會(huì)產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，也不會(huì)對大氣環(huán)境產(chǎn)生任何不良影響，能有效提升二氧化碳的減排效率及效果。此外，很多國家已經(jīng)開始研究將二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化為可降解塑料，提升煤化工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保性[6]。

5 結(jié)語

為了貫徹執(zhí)行綠色生產(chǎn)和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的理念，煤化工產(chǎn)業(yè)要不斷優(yōu)化煤化工生產(chǎn)工藝，提升煤化工工藝中煤炭資源的利用率，同時(shí)，針對煤化工生產(chǎn)工藝中各個(gè)環(huán)節(jié)的工藝特點(diǎn)積極制定二氧化碳?xì)怏w減排策略，控制并減少二氧化碳?xì)怏w的排放量，煤化工產(chǎn)業(yè)可以從二氧化碳存儲(chǔ)技術(shù)、二氧化碳循環(huán)利用技術(shù)、二氧化碳的分離和輸送技術(shù)、二氧化碳的轉(zhuǎn)化、固化技術(shù)、二氧化碳的化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)等方面進(jìn)行研究，不僅要最大限度的減少二氧化碳?xì)怏w的排放，保護(hù)大氣環(huán)境，還要構(gòu)建煤化工工藝排放二氧化碳?xì)怏w的轉(zhuǎn)化利用工藝。