煤焦二氧化碳气化工艺的合理性分析

2015-06-29甄志伟河北旭阳焦化有限公司河北保定100107

安徽化工 2015年2期

关键词：一氧化碳气化

甄志伟（河北旭阳焦化有限公司，河北保定100107）

煤焦二氧化碳气化工艺的合理性分析

甄志伟
（河北旭阳焦化有限公司，河北保定100107）

摘要：提出了二氧化碳在焦化中还原为一氧化碳，并加以利用的设想，从而将二氧化碳重新引入化工链。它可以作为煤清洁利用的手段，也是减少大气中二氧化碳的一种途径，一旦实现，则具有很好的经济效益和社会效益。

关键词：煤焦；气化；二氧化碳利用；一氧化碳

1　引言

我国有很大的煤炭储备资源，是世界上最大的煤炭产出国和消费国，但是现阶段煤炭利用合理性不强，利用率仅为27%[1，2]。我国煤污染严重，大气中燃煤所释放的SO2占到全国总排放量的87%，CO271%、NO 67%、粉尘60%[1]。二氧化碳的大量排放形成温室效应，但是二氧化碳若利用好又是宝贵的碳资源。本文主要分析煤焦二氧化碳气化工艺作为“煤高效利用同时作为减轻温室效应途径”的优势和可能性。

2　煤焦二氧化碳气化工艺的优势

2.1解决二氧化碳污染问题

二氧化碳再利用首先要解决二氧化碳的捕集回收和储存问题。目前，为减轻温室效应，可以将二氧化碳掩埋在地下，但是此技术目前还不成熟，且将二氧化碳捕集下来的成本较高，若要将其埋存在地下不但经济性差，且会有风险，如大量CO2逃逸进入大气环境，将造成地下水污染，诱发地震活动，引起地面沉降或升高[3]。其它的二氧化碳应用途径有催化加氢合成甲醇和二甲醚、烃类、羧酸、尿素；超临界CO2萃取技术合成碳酸钙碳酸镁、可降解塑料、膨化烟丝等[4-6]。其中二氧化碳合成碳酸钙碳酸镁、可降解塑料、尿素、膨化烟丝技术成熟，但是用量小，不能作为解决温室效应的途径。其它的二氧化碳应用技术还不成熟，且易造成二次污染。

热电厂、炼钢企业的废气中含有大量二氧化碳，可以将其捕获后进行煤焦气化反应。

下面计算此工艺的耗煤量和消耗的二氧化碳量。

按等化学计量比计算（反应为吸热反应，需考虑吸热量。对于二氧化碳气化剂，可以将二氧化碳与氧气按一定配比混合，解决吸热问题，或直接用清洁能源提供热量），按生产1×106m3一氧化碳计算，二氧化碳消耗量为5×105m3，结果见表1。

表1　空气、二氧化碳气化剂消耗对比

表1表明生产相同量的一氧化碳，二氧化碳做气化剂相比氧气做气化剂消耗煤炭量大大减少。对于水蒸气做气化剂的情况，由于气化产物有氢气（也是一种能源），所以不便做耗能上的优劣对比。但要对比消耗的碳量，同样按生产1×106m3一氧化碳计算，水蒸气气化剂耗碳735.27 kg（按反应方程式计算的理论值），远大于二氧化碳气化剂的耗碳量。

可见，此工艺可以节约碳资源，不但没有排放二氧化碳，而且利用了二氧化碳资源。产物一氧化碳是最重要的碳基合成有机化工产品原料，它可以制备光气；通过羧基化反应制备醇、醛、酸、酯、酐、醚、酰胺；并且CO 与H2的混合气可以合成液体燃料和其它一系列化学品[7]。尤其是费托法合成烃（如乙烯）最为重要。乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的70%以上，所以一氧化碳为原料的费托合成法制乙烯使煤替代石油成为可能。自从石油危机以来，很多国家大力发展此项目，日本和南非已经实现工业化[7]。

2.2实现煤清洁利用

目前工业化的煤气化反应主要以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂，气化所得的气体包括一氧化碳、氢气和甲烷等。水蒸气为气化剂的煤气化反应的活性远大于二氧化碳为气化剂的煤气化反应[8-9]，且很早就实现了工业化，但也存在能源利用不合理和污染环境问题，如循环洗涤水中有氰、氨等污染物[9]。产生气中的一氧化碳经转化工段转化为二氧化碳，不能有效利用一氧化碳，且产生的二氧化碳排入大气中造成污染。

二氧化碳做气化剂的独特优势：此工艺中煤气化所得气体中大部分为一氧化碳，少部分为二氧化碳，没有氢气。在分离少量二氧化碳后，可以得到纯净的一氧化碳气体，从而将二氧化碳重新引入化工产业链，重新利用了二氧化碳中宝贵的碳资源。

该工艺如果实现，首先，可以节省煤炭资源；其次，不但没有排放二氧化碳，而且能解决二氧化碳污染问题；第三，可以将二氧化碳作为碳资源重新引入化工链进而得到纯净的一氧化碳。但是，煤焦二氧化碳气化反应活性低，且其反应速率比水蒸气气化反应速率慢很多[8-9]，所以反应活性低是面临的主要问题，有待进一步研究。