煤化工生產(chǎn)中二氧化碳的來(lái)源及減排技術(shù)分析

大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司 北京 100097

引言

煤化工生產(chǎn)在現(xiàn)代工業(yè)中占據(jù)重要地位，主要為下游多個(gè)領(lǐng)域與行業(yè)提供重要的生產(chǎn)原材料。但是由于煤化工行業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中需要使用與消耗大量的煤炭資源，同時(shí)也排放大量的二氧化碳，容易加劇溫室效應(yīng)，造成環(huán)境污染與破壞。在現(xiàn)代社會(huì)大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的形勢(shì)下，煤化工行業(yè)想要可持續(xù)健康發(fā)展，在目前整個(gè)社會(huì)對(duì)煤化工產(chǎn)品需求量不斷增長(zhǎng)的形勢(shì)下，更要注重對(duì)煤化工生產(chǎn)流程的控制，合理應(yīng)用二氧化碳減排技術(shù)，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(chǎn)中二氧化碳的來(lái)源

在煤化工生產(chǎn)中，多個(gè)環(huán)節(jié)中都會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，比如煤制甲醇、液化、間接液化、煤制烯烴等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。對(duì)于其中的煤質(zhì)甲醇環(huán)節(jié)中，二氧化碳主要形成于氣化以及合成氣凈化等環(huán)節(jié)。尤其是在煤炭燃燒的過(guò)程中，煤炭與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生產(chǎn)二氧化碳，沒(méi)有完全燃燒形成的一氧化碳也會(huì)與空氣中的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生成二氧化碳。而在合成甲醇的環(huán)節(jié)中還需要?dú)錃庾鳛橹匾橘|(zhì)，在生成甲醇的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量二氧化碳排放到室外而造成大氣污染。通常生產(chǎn)1t甲醇會(huì)排放2t二氧化碳，此環(huán)節(jié)中的碳化物排放比例為65.1%[1]。

對(duì)于其中的液化生產(chǎn)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，在此液化階段會(huì)產(chǎn)生煤制油二氧化碳，也就是氫氣會(huì)與煤炭在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)而生成液體油，同時(shí)煤炭還會(huì)釋放出氧氣與人工加入的氫化劑發(fā)生反應(yīng)，這就會(huì)在水蒸氣不斷蒸發(fā)的過(guò)程中導(dǎo)致氧氣濃度的降低，同時(shí)也會(huì)降低二氧化碳的產(chǎn)率。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在此環(huán)節(jié)中生產(chǎn)1t液化油會(huì)產(chǎn)生2.1t二氧化碳，此環(huán)節(jié)中的碳化物排放比例為70.1%。

對(duì)于間接液化環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，也就是精煉提純、煤化氣合成以及煤化氣等環(huán)節(jié)中會(huì)產(chǎn)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(yīng)汽化劑，但是在此過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)水與一氧化碳的反映，會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。在鐵基催化劑F-T反應(yīng)中會(huì)出現(xiàn)氫氣與一氧化碳的反映而形成二氧化碳。在甲烷反應(yīng)中也會(huì)發(fā)生上述反映，在歧化反應(yīng)中同樣會(huì)出現(xiàn)一氧化碳向二氧化碳轉(zhuǎn)變的反映。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在此環(huán)節(jié)中也會(huì)釋放1t左右的二氧化碳，此環(huán)節(jié)中的碳化物排放比例為71.9%。

最后是針對(duì)煤制烯烴工藝來(lái)說(shuō)，此反映過(guò)程屬于煤制甲醇深化反應(yīng)，在此反應(yīng)中會(huì)經(jīng)歷凈化合成氣、煤氣化、甲醇合成以及甲醇制烯烴等環(huán)節(jié)，在此過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同汽化劑之間的相互干預(yù)和反應(yīng)，流程比較復(fù)雜。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在此環(huán)節(jié)中每生產(chǎn)1t甲醇會(huì)排放2t二氧化碳，同時(shí)生產(chǎn)1t烯烴則需要釋放6t二氧化碳。此環(huán)節(jié)中的碳化物排放比例為77.8%。

2 煤化工生產(chǎn)流程

根據(jù)煤化工生產(chǎn)中二氧化碳的來(lái)源以及煤化工項(xiàng)目生產(chǎn)特點(diǎn)可知，二氧化碳主要來(lái)自于液化以及間接液化環(huán)節(jié)，前者就是供熱、供電、生產(chǎn)以及設(shè)備泄漏的二氧化碳，后者則主要是外購(gòu)化石能源轉(zhuǎn)換而來(lái)的二氧化碳。以典型的煤化工項(xiàng)目為例，二氧化碳的排放流程為：原煤—備煤—?dú)饣辗忠谎趸甲儞Q—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(chǎn)流程中，不僅要選擇適宜的煤氣化技術(shù)，而且要對(duì)煤化生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工藝進(jìn)行改造。對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，由于煤氣化生產(chǎn)環(huán)節(jié)中可以將傳輸介質(zhì)中的氮?dú)飧臑槎趸?，?shí)現(xiàn)對(duì)所排放二氧化碳的循環(huán)利用，有助于減少其排放量。還可以采取同時(shí)氣化煤與富含氫氣的氣體，實(shí)現(xiàn)合成器中碳?xì)浔壤脑黾?，也有助于減少能量損耗以及二氧化碳排放量。通過(guò)合氣技術(shù)的應(yīng)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(duì)于后者來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)冗余的氫氣能源進(jìn)行充分利用可以變廢為寶，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤化工生產(chǎn)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(yīng)器中大量積存氮?dú)鈺?huì)導(dǎo)致其效率的降低，在合成作業(yè)中需要將其中的氮?dú)忉尫艁?lái)保證動(dòng)態(tài)反應(yīng)平衡，這就是馳放氣環(huán)節(jié)，但是如果將馳放氣直接燃燒會(huì)造成資源浪費(fèi)，為此可以通過(guò)膜分離技術(shù)的應(yīng)用對(duì)馳放氣的氫氣進(jìn)行回收和循環(huán)利用[2]。

3 煤化工生產(chǎn)中的二氧化碳減排技術(shù)

基于煤化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的二氧化碳來(lái)源，為了減少其排放能量，可以在化學(xué)轉(zhuǎn)換化環(huán)節(jié)中對(duì)其排放量進(jìn)行控制，同時(shí)也生產(chǎn)出具有更高附加值的油代產(chǎn)品等。比如通過(guò)二氧化碳存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)二氧化碳進(jìn)行采集并進(jìn)行分離和壓縮處理，向地下運(yùn)輸并儲(chǔ)存在地殼中，與大氣層隔離。同時(shí)也有助于煤層回采率的提升。但是要預(yù)防其與土壤反應(yīng)而形成酸性環(huán)境，對(duì)重金屬以及水體造成污染等問(wèn)題。其次是基于二氧化碳的物理特性對(duì)其進(jìn)行循環(huán)利用。比如通過(guò)超臨界萃取技術(shù)等制造干冰和滅火器等，代替氟利昂產(chǎn)生較高的制熱效益，或者是代替氮?dú)膺\(yùn)輸煤粉，在甲醇制備和烯烴制備環(huán)節(jié)中應(yīng)用。最后是轉(zhuǎn)換二氧化碳。比如合理利用植物的光合作用對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)換為碳酸鹽和水楊酸等作為工業(yè)生產(chǎn)原料。利用光合作用每年可以轉(zhuǎn)化300t二氧化碳并轉(zhuǎn)換為200t有機(jī)物質(zhì)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(jī)塑料等物質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)能源利用率的提升并保護(hù)環(huán)境，或者是制成甲醇和烴類(lèi)物質(zhì)等提升產(chǎn)品附加值[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

煤化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的諸多環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，對(duì)環(huán)境造成污染，加劇溫室效應(yīng)等問(wèn)題。為此要合理優(yōu)化煤化工生產(chǎn)流程，控制二氧化碳排放量。同時(shí)要充分利用二氧化碳用于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，減少二氧化碳的排放。