化工工藝過程CO2排放分析及減排技術(shù)要點(diǎn)

王文瑞

摘 要：煤化工在很長一段時間內(nèi)都將成為我國化工行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)和熱點(diǎn)。因此，著重發(fā)展煤化工，針對煤基液體燃料等相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行不斷的研發(fā)和應(yīng)用，從而有效推進(jìn)煤炭液化示范工程建設(shè)得到持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，促進(jìn)我國煤炭深度加工產(chǎn)業(yè)不斷創(chuàng)新并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級，這也成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主流方向。為了順應(yīng)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(qiáng)對工藝生產(chǎn)過程中CO2排放量的控制，根據(jù)工藝特點(diǎn)，合理選擇適宜的CO2減排技術(shù)，盡可能減少CO2排放。

關(guān)鍵詞：煤化工工藝;減排技術(shù);CO2排放

0 引言

在煤化工生產(chǎn)作業(yè)中，煤炭是其主要原料，因此在燃燒過程中勢必會產(chǎn)生碳硫污染物，其中又以CO2氣體為主。眾所周知，CO2是導(dǎo)致大氣污染和溫室效應(yīng)形成的元兇之一，在低碳、生態(tài)、環(huán)保等發(fā)展理念下，煤化工行業(yè)必須要加大對碳排放的監(jiān)管，積極探索有效的減排技術(shù)，嚴(yán)格遵循煤化工工藝流程，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

1 煤化工工藝過程CO2排放分析

當(dāng)前，從實(shí)踐情況來看，在我國的煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，所呈現(xiàn)出的發(fā)展重點(diǎn)就是現(xiàn)代煤化工，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，主要是通過煤氣化制合成氣，然后再結(jié)合實(shí)際情況對其進(jìn)行深加工，而有效生成與之相對應(yīng)的各類型的煤基能源化工品。煤化工工藝在這些產(chǎn)業(yè)中都可以作為特別關(guān)鍵的技術(shù)，對于煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言，是基礎(chǔ)所在。針對各項(xiàng)煤化工工藝過程CO2排放情況而言，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 煤制甲醇工藝流程中CO2的排放

煤制甲醇工藝流程主要體現(xiàn)在：煤氣化、合成氣的凈化、合成甲醇。在具體的操作環(huán)節(jié)，煤氣化會使得CO2排放量有很大的增長。煤氣化主要指的是在煤的氣化爐高溫作用以及氧氣和水蒸氣等相關(guān)氣化劑的氣化反應(yīng)中所呈現(xiàn)出的反應(yīng)過程，其反應(yīng)機(jī)理特別復(fù)雜，CO2生成的反應(yīng)公式主要體現(xiàn)為：①C+O2=CO2;②CO+H2O=CO2+H2。除此之外，由于整體的氣化過程會獲取到H2/CO，其摩爾比要比用來合成甲醇的原料氣中H2/CO摩爾比相對來說更小一些，因此針對這樣的情況，就需要確保一部分的CO與水煤氣進(jìn)行變換反應(yīng)而產(chǎn)生相對應(yīng)的H2和CO2，在這樣的情況下就可以再一次生成CO2。

1.2 煤直接液化工藝過程中CO2的排放

煤直接液化工藝的整個過程中所涉及的基本原理主要體現(xiàn)在把原本固體狀態(tài)的煤放到高溫高壓的環(huán)境之下，并且和氫氣產(chǎn)生相對應(yīng)的直接反應(yīng)，在這樣的情況下，就可以有效轉(zhuǎn)化成為液體的油品。從相應(yīng)的反應(yīng)過程中可以充分看出，氧氣是源于煤炭本身的，如果氫氣的含量相對比較高，氧氣就會在反應(yīng)之后通過水的形式進(jìn)行釋放，并且產(chǎn)生很少的CO2。

1.3 煤制油間接液化法工藝流程中CO2的排放

把煤間接液化成為石油，所涉及的步驟主要包括三個方面，分別是：煤氣化、煤化氣合成、精煉。在整個過程中，在煤氣化過程產(chǎn)生CO2，這個步驟和煤制甲醇的過程基本上保持一致。與此同時，在煤化氣的合成過程中，也會產(chǎn)生與之相對應(yīng)的CO2生成反應(yīng)，使其得到充分的釋放。例如，經(jīng)過相對應(yīng)的反應(yīng)，有效采取間接液化法生產(chǎn)1t的液化產(chǎn)品，可以排放CO2約為3.3t。

1.4 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(jì)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(dá)6t，這與甲醇轉(zhuǎn)化烯烴是由多種氣化劑相互干預(yù)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的有很大關(guān)系。

2 煤化工工藝過程中CO2減排技術(shù)要點(diǎn)

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(jìn)行收集的技術(shù)。通過先進(jìn)工藝對CO2進(jìn)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。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(jìn)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(dǎo)致地面出現(xiàn)塌陷或升高情況。通過研究和實(shí)踐可以進(jìn)一步看出，向廢棄油氣田注入高壓CO2可以使油產(chǎn)量進(jìn)一步提升，大約在20%。除此之外，因?yàn)楹５咨畈康柠}水層有特別豐富的金屬離子，向內(nèi)部注入CO2能夠確保金屬離子與CO2在高壓的作用下生成碳酸鹽，這樣能夠進(jìn)一步隔離和固定好CO2。

2.2 CO2循環(huán)利用技術(shù)

可循環(huán)利用是當(dāng)前資源利用的大趨勢，對CO2進(jìn)行循環(huán)利用是實(shí)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(xué)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(yīng)用發(fā)揮了重要作用，該技術(shù)操作簡便、工藝流程并不復(fù)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(xué)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(jìn)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。粉煤加壓氣化所涉及的核心技術(shù)就是的密相輸送技術(shù)。密相輸送是氣力輸送中一種特別關(guān)鍵的形式，主要指的是在密閉的管道內(nèi)輸送粉煤，與此同時，在實(shí)際的輸送環(huán)節(jié)有效進(jìn)行加熱、干燥、冷卻等相應(yīng)的物理或化學(xué)操作。

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(xué)性質(zhì)，通過化學(xué)反應(yīng)將CO2轉(zhuǎn)變成其他物質(zhì)，然后進(jìn)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(xué)反應(yīng)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(yīng)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;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。

2.4 CO2清潔生產(chǎn)技術(shù)

傳統(tǒng)化工行業(yè)對于污染物往往采取末端治理的辦法，然而由于許多污染物不能被生物降解，很多企業(yè)只是簡單稀釋之后就排放了這些污染物，這樣的治理往往達(dá)不到預(yù)期的效果甚至?xí)l(fā)“二次污染”。此外，末端治理的成本比較高，而且很多沒有反應(yīng)充分的原材料未能得到有效的回收和利用，在一定程度上造成原材料的浪費(fèi)，不利于降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐表明，對污染物的末端治理只是治標(biāo)不治本，要想從根本上解決化工生產(chǎn)帶來的的污染問題，必須實(shí)行清潔生產(chǎn)技術(shù)，即注重節(jié)約能源和原材料，改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝，在廢物和污染物進(jìn)行再利用并在生產(chǎn)過程中減少它們的數(shù)量和毒性，真正減少污染物的排放，提高能源的利用效率和資源的重復(fù)利用率，降低成本，增加收益?；て髽I(yè)要走可持續(xù)發(fā)展道路，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展，循環(huán)發(fā)展，不能依靠末端治理，必須采用清潔生產(chǎn)技術(shù)，在生產(chǎn)過程中減少污染物。

3 結(jié)語

總而言之，在煤化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，所涉及的二氧化碳減排技術(shù)主要包括：有針對性地收集、保存，并且循環(huán)利用CO2，同時對其進(jìn)行相對應(yīng)的化學(xué)轉(zhuǎn)化。每種方法都有自身的優(yōu)勢和劣勢，在具體的運(yùn)用過程中，要結(jié)合實(shí)際情況，貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，充分利用CO2循環(huán)利用技術(shù)中超臨界萃取術(shù)等相關(guān)內(nèi)容，并對其進(jìn)行不斷的深入研究和應(yīng)用，由此充分確保CO2變廢為寶，在最大程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，對其進(jìn)行大規(guī)模的利用，有效利用碳?xì)湓邮蛊滢D(zhuǎn)化為油化工產(chǎn)品，進(jìn)一步提升碳?xì)湓拥慕?jīng)濟(jì)效益和社會效益，使煤化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，以確保煤化工行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]田濤，王之茵，劉兆鑫.煤化工生產(chǎn)過程CO2排放及減排研究[J].石油石化綠色低碳，2019，3：6-10.