煤化工工藝二氧化碳減排技術研究

衛立功，孫東峰

（1.江蘇索普工程科技有限公司，江蘇鎮江 212000；2.鎮江迪賽爾工程設計有限公司，江蘇鎮江 212000)

面對市場對于煤化產品、煤炭資源需求量的不斷增加，社會對煤化工工藝的要求在不斷增加。作為不可再生能源的煤炭，如果不完全燃燒，就會釋放非常多的碳硫污染物，破壞生態系統的平衡。有數據顯示，國內雖然有著世界上儲備最豐富的煤炭資源，不過整體利用率相對較低，無法完全燃燒成了常態。為了體現與順應可持續發展理念，就必須做好煤化工工藝的開發和研究，處理好二氧化碳減排技術，發揮減排技術價值。

1 煤化工生產中的二氧化碳來源

1.1 煤制甲醇

在用煤炭生產甲醇的過程中，需要用到氣化與合成氣凈化等步驟。在這個過程中會產生很多二氧化碳。在同時存在水與氧氣的環境下，煤炭能夠充分燃燒[1]。在燃燒中總共有兩種化學反應。第一種煤炭和氧氣在化學作用下生成二氧化碳。第二種一氧化碳和空氣中的水分反應生成氫氣與二氧化碳。甲醇合成中，氫氣是必不可少的介質。要讓水跟一氧化碳進行充分反應，生成二氧化碳與氫氣。以上兩個主體反應最后就會產生二氧化碳，當然也會有一些甲醇生成。剩下的就會排放到室外，形成嚴重污染。有資料顯示，1t甲醇的合成往往需要2t二氧化碳的排放。

1.2 液化

在煤化工中，煤制油二氧化碳主要發生在液化過程中，液化中氫氣與煤炭高溫反應，變成液體油，此時煤炭能夠提供相應的氧氣，在和人工加入的氫化劑作用中發生變化，導致氧氣濃度在水蒸氣蒸發的同時不斷降低，此時二氧化碳的產率也會一起下降。有資料顯示，液化環節1t液化油的生產排放的二氧化碳達到了2.1t。

1.3 間接液化

該步驟說的是精煉提純、煤化氣合成、煤化氣。其中煤化氣合成與煤化氣是最主要的二氧化碳來源。按照液化的條件可以了解到，水蒸氣與氧氣都是煤液化主要反應氣化劑，在下述四個流程中發生變化。第一個流程水媒體變化。該過程中，水和一氧化碳反應生成氫氣與二氧化碳。第二個流程鐵基催化劑F-T反應，該過程中，催化劑會讓氫氣與一氧化碳會生成乙炔和二氧化碳。第三個流程甲烷反應，氫氣與一氧化碳生成二氧化碳和甲烷。第四個流程歧化反應。在反應中，一氧化碳變成了二氧化碳與單質碳。有資料顯示，間接液化過程中，液化流程二氧化碳釋放量能夠達到1t。

1.4 煤制烯烴

該反應是煤制甲醇深化反應，需要用到凈化合成氣、煤氣化、甲醇合成與甲醇制烯烴總共四個步驟。這一反應實際上是對各種各樣的氣化劑互相干預得到的反應，有著比較復雜的流程。有資料顯示，用這個工藝每生產1t的甲醇，最起碼要排放二氧化碳2t。如果以烴的生成條件來看，1噸烴要排放二氧化碳6t。

2 焦化工藝

煤炭工業中的焦化是常見技術手段，能夠生產出高附加值產品。這種技術不僅對于煤炭行業意義重大，同時對于其他附屬行業發展同樣也有很大意義和作用。該技術近些年貫徹我國可持續發展追求，朝高環保性、低成本方向發展[2]。煤炭液化是比較常見的技術，雖然當前國內還沒有完善的技術條件。不過從其趨勢可以看到，其未來有巨大發展潛力，是未來的重點發展方向。

3 碳交易應對策略

碳交易中有這樣兩個點需要充分考慮。首選是交易前如何應對生產分配。一方面要結合國家實際發展狀況，做好配額生產。另一方面則是當前國內并沒有完善的煤化工項目工藝，配置不夠成熟。許多內容甚至無法達到國家標準。對此國家需要對行業情況給予相應支持和政策幫助。要結合企業實際狀況制定配額條件。企業過渡期間需要做好技術創造和發展，提高生產效能。生產中控制二氧化碳排放量。結束過渡期以后，要確保生產環節能效與二氧化碳排放標準、能力契合國家要求，逐漸控制二氧化碳排放。

4 煤化工生產流程

4.1 選擇合適的煤氣化工藝

煤氣化的時候，應用二氧化碳作為生產傳輸介質，二次利用廢氣，能夠很好地控制二氧化碳的排放量。富氫氣體與煤的共同氣化能夠有效提高合成氣碳氫比例，解決二氧化碳過多的排放量和能量損耗。合氣技術的應用，能夠保障氫氣的利用率得到最大化，有效控制二氧化碳的排放。

4.2 煤化流程與工藝的改造

相較于其他工業的生產流程，煤化工二氧化碳多發生在直接排放與間接排放過程。比如生產、供電、供熱、設備泄漏、化石能源轉換中出現的二氧化碳。為了減少二氧化碳排放，就必須做好煤化工流程與工藝改造工作，發揮冗余氫氣價值，解決二氧化碳的過多排放問題，實現變廢為寶目標。比如甲醇的制取，制備中，反應器中會積存大量氮氣，而這種現象會干擾到反應效率。所以合成中需要適當地放掉一些氣體，讓其中反應實現動態性的平衡。放氣直接燃燒會損耗大量氫氣能源，此時需要用膜分離技術進行氫氣回收，重復利用、循環利用氫氣，減少損失，避免能耗浪費，最大化效益。

5 煤化工二氧化碳減排技術

5.1 收集保存二氧化碳

該技術能夠充分收集煤化過程中產生的二氧化碳，隨后用相應的技術壓縮與處理二氧化碳，將其送入海底。這樣就能夠把二氧化碳和大氣環境隔離。當前國內煤化工生產中，大多都會將煤化工二氧化碳存儲到長期沒有使用的計劃地質，比如開采后的油田、深海地帶和開采成本高的區域。有資料顯示，向開采后油田注入二氧化碳，不僅能夠解決當前二氧化碳對環境的污染問題，同時還能夠提高油田產量穩定性，對油田回采有很大的幫助。當然這種方法雖然是比較妥當的手段，但仍要注意該方法存在很大的危險，要妥善處理作業過程。

5.2 循環利用二氧化碳

處理二氧化碳的過程中，除了可以把二氧化碳放到深層地質、深海當中，還要發揮其物理性質優勢，循環利用。比如目前常見的循環技術如食品添加劑、滅火器制作等。另外還可以發揮二氧化碳的填充氣體作用，使用在各種工業生產體系。循環使用二氧化碳最受關注的莫過于超臨界萃取，該技術操作簡單，時間少并且萃取效果好。作為萃取劑的二氧化碳，不僅有著良好的穩定性，并且操作比較安全，能夠極大地提高超臨界萃取成功率，可以大力推廣。

5.3 二氧化碳轉化

二氧化碳有著十分獨特的化學特性，應用化學手段將二氧化碳變成其他物質，能夠使經濟效益最大化，完成對碳氫原子的充分利用。這一過程就是二氧化碳化學轉化。當前比較成熟的轉化技術就是把二氧化碳制作成對烴基苯甲酸、雙氰胺、硼砂、水楊酸、碳酸鹽。

轉化二氧化碳的研究方面，國內外一直比較關注的是可降解塑料，當然目前來看，只有少數國家具備年產萬噸以上的能力。國內只能達到每年千噸。該技術的研究在環境保護中體現出了巨大的價值。我國有必要加強這方面的研究投入，不斷擴大生產規模與能力，以更好地保護環境，提高人們生活水平與質量。除此之外將二氧化碳當作催化劑也是比較常見的，其附加價值很高，但為了更好地使用需要進一步研究，從而發揮催化劑價值。

6 結語

從本文的分析可以看到，為了助力社會穩定發展經濟，協調社會發展與進步關系，就必須做好生態環境保護工作。其所應對的是社會經濟發展追求。在我國工業體系、工業生產中，煤炭行業是很重要的部分。為了適應社會多樣化趨勢，就必須做好煤化工工藝研究。發展中尤為重要的就是做好二氧化碳減排。二氧化碳減排能夠讓環境保護工作變得更加順利，助力我國社會穩定發展和建設。