煤化工工艺过程CO2 排放分析及减排技术要点

2020-01-09梅树雄

云南化工 2019年12期

梅树雄

（云南泰安工程技术咨询有限公司，云南昆明 650224）

作为世界第二大经济体，随着我国市场建设持续深入推进，对煤炭能源的需求不断提高。需求拉动技术增长，煤化工行业发展形势良好。但是，随着煤炭大量焚烧，以及低碳、绿色、生态等环保理念的普及，人们已经逐渐意识到煤炭排放物对大气环境污染的严重性，煤化工行业因生产过程中排放大量CO2而制约了自身的发展。在全球气候逐渐变暖的背景下，作为碳排量大国，有必要带头做好起节能减排工作，大力发展减排技术，不断优化煤化工工艺。

1 煤化工工艺CO2 排放过程

1.1 煤制甲醇工艺

在煤制甲醇工艺过程中，主要涉及煤气化、甲醇合成、净化等环节，而煤气化环节是CO2排放的主要过程[1]。具体而言，是指在氧气和水蒸气充足的环境下，煤炭与之发生化学反应最终产生CO2的过程，其化学反应式为：C+O2=CO2，CO+H2O=H2+CO2。与此同时，原料中CO 和H2的物质的量比在甲醇合成过程中与2 非常接近，而CO 和H2的摩尔比在煤气化环节中则小于2。为了满足甲醇生产需求，可以借助水煤气将部分CO 转换为CO2和H2。而这一过程中只有极少数CO2会参与甲醇合成，更多的CO2将会通过后续净化环节被排放。相关统计数据显示，在煤制甲醇工艺中，每生产1t 甲醇，CO2排放量则高达2t左右。

1.2 煤制烯烃工艺

煤制烯烃工艺与煤制甲醇工艺过程一样都会排放大量的CO2，其工艺流程包括煤气化、甲醇合成、合成净化、甲醇制烯烃。而煤气化、甲醇制烯烃两个环节是CO2产生的主要环节。相关统计数据显示，煤制烯烃工艺每生产1t 烯烃，CO2排放量则高达6t，这与甲醇转化烯烃是由多种气化剂相互干预反应实现的有很大关系。

1.3 煤直接液化工艺过程

煤制油工艺中，CO2排放主要集中在两个环节，其中一个就是煤直接液化过程。在这一过程中，以高温为媒介，煤和H2直接液化生成液体油，如图1 所示。煤炭与氧气在和氢化剂反应后，随着水的排出氧气随之排出，因此CO2的排量较低。据数据统计显示，每生产1t 液化油，CO2排放量为2.1t。

图1 直接液化流程

1.4 煤间接液化工艺过程

煤间接液化工艺过程较之直接液化工艺更为复杂，包含煤气化、气化合成、精炼提纯三个环节。其中，CO2产生的主要环节集中在煤气化和气化合成两个阶段。从图1 直接液化流程中看出，水蒸气和氧气是煤液化发生的气化剂，主要经历四个反应过程：①CO 与H2O 生成CO2和H2过程，称之为水煤体变换反应；②CO 与H2在铁基催化剂作用下，发生F-T 反应，生成CO2和C2H2；③CO 和H2发生甲烷化反应，生成CH4和CO2；④一氧化碳发生歧化反应，生成C（单质）和CO2。据统计，煤间接液化工艺每制成1t液化油，CO2排放量为3.3t。

2 煤化工工艺过程中CO2 减排技术要点

2.1 CO2 存储技术

CO2存储技术顾名思义就是对煤化工工艺过程中排放的CO2进行收集的技术。通过先进工艺对CO2进行分离和压缩处理，然后借助管道将CO2气体输送至封闭的地下[2]。虽然经过这样处理CO2不会消失，但是能够在较长一段时间内无法与大气接触，能够对大气中CO2的含量进行控制。同时，将CO2注入到没有开采完全的煤层和油气层，还能够提高其开采效率，提高开采产量，但可能会对地下水环境造成污染，导致地面出现塌陷或升高情况。

2.2 CO2 循环利用技术

可循环利用是当前资源利用的大趋势，对CO2进行循环利用是实现节能减排的重要举措。煤化工工艺中所排放的CO2气体中含有大量杂质且浓度高，给循环利用带来了一定难度。煤化工企业可以利用其物理性质和化学性质，将其制作成灭火器物质、食品添加剂等。近几年，在CO2循环利用中，超临界萃取技术应用发挥了重要作用，该技术操作简便、工艺流程并不复杂，自身具有萃取率高、萃取分离物易分解的优势，再加之CO2具有稳定的化学性质、安全无毒，成本低，因此CO2作为超临界萃取剂，能够轻易满足临界所需条件。目前，利用超临界萃取技术进行CO2再循环利用主要集中在从天然香料中提取附加值高的热敏性成份[3]。

2.3 CO2 转化技术

CO2转化技术主要是借助CO2的化学性质，通过化学反应将CO2转变成其他物质，然后进行资源再利用，其中最典型的例子就是绿色植物光合作用，在吸收CO2后，通过化学反应可以产生大量的氧气。目前CO2转化技术在人工技术领域也得以应用，可以借助CO2制备水杨酸、碳酸盐等物质。常见的转化技术：一是，将CO2转化成为脂类物质，如转化后形成的碳酸二甲酯具有较高的附加值，是一种相对环保的化工原料，可以用于汽车、建材、光电子产品、食品包装等领域[4]；二是，将CO2转化为可降解塑料。利用CO2制备出可降解塑料，一方面能够有效控制煤化工工艺过程中CO2的排放量，另一方面也能起到环保作用，避免大规模生产难以降解的塑料制品而加剧对环境的污染。