煤化工工艺中二氧化碳排放与减排分析

王月平(宁夏和宁化学有限公司，宁夏 银川 751400)

0 引言

现阶段，我国的煤化工产业生产中不可避免的会产生二氧化碳排放问题，这就需要煤化工产业研究人员对煤化工工艺中二氧化碳排放与减排工艺进行深入的分析、研究，力求取得更高的减排效果。

1 煤化工生产过程中二氧化碳的来源

1.1 煤制甲醇工艺流程中排放二氧化碳

煤化工生产过程中煤制甲醇工艺环节需经过煤气化、合成气的净化、合成甲醇等环节，尤其在煤气化的工艺环节会产生大量的二氧化碳气体，据相关数据统计，每生产一吨甲醇就要产生两吨二氧化碳，对生态环境造成不利的影响。

1.2 直接液化工艺过程中排放二氧化碳

煤制油直接液化的工艺环节中煤与氢气会在高温的条件下直接生成液体油，该环节会将产生的二氧化碳气体直接排放到自然环境中，据相关数据统计，每生产一吨液化油就至少要产生两吨的二氧化碳气体。

1.3 间接液化法过程中排放二氧化碳

间接液化生产工艺环节分为煤气化工艺环节、合成工艺环节、精炼工艺环节等，其中合成工艺环节会产生较多的二氧化碳气体，也是二氧化碳气体的主要生成环节。据相关数据统计，该工艺环节中每生产一吨液化油至少产生三吨的二氧化碳气体。

1.4 煤制烯烃工艺流程中排放二氧化碳

煤制烯烃工艺的煤制甲醇环节较为复杂，工艺环节较多，气化剂反应较多且具有一定的难度系数，该工艺环节中二氧化碳气体的排放量也非常可观，据相关数据统计，该工艺环节每生成一吨甲醇将产生两吨二氧化碳气体。

1.5 煤制天然气工艺流程中排放二氧化碳

煤制天然气工艺流程中有煤制天然气、煤制二甲醚、煤间接液化等工艺环节，这些工艺环节都会产生一定量的二氧化碳气体，而且煤制天然气工艺环节中产生的二氧化碳气体浓度非常高[1]。

2 煤化工生产流程中二氧化碳气体排放概况

2.1 单个排放源二氧化碳气体排放强度较大

煤化工生产中，生产方案及生产工艺不同，产生的二氧化碳气体在数量、含量上也不相同，这就直接导致煤化工生产中单个排放源的二氧化碳排放强度较大。常规煤化工生产中单个工艺环节二氧化碳气体排放概况如下：直接液化工艺的二氧化碳气体排放量为70.10%；间接液化工艺的二氧化碳气体排放量为71.90%；煤制甲醇工艺的二氧化碳气体排放量为65.20%；煤制烯烃工艺的二氧化碳气体排放量为77.80%；煤制天然气工艺的二氧化气体碳排放量为67.30%[2]。

2.2 煤化工生产工艺流程中二氧化碳气体排放

煤化工生产工艺流程中二氧化碳气体排放流程可统括为：原煤—气化—一氧化碳转换—粗气净化—合成。其产生的二氧化碳气体排放分为直接排放和间接排放。其中，直接排放包括供热、供电、生产、设备泄漏等方面的排放，间接排放主要为能源转换排放。从排放二氧化碳的浓度入手，煤化工生产工艺可分为高浓度二氧化碳排放和低浓度二氧化碳排放。其中，高浓度二氧化碳气体主要集中在粗气净化工艺环节排放，而低浓度二氧化碳气体主要集中在加热炉、供电设备的煤炭燃烧等方面排放。煤化工生产流程中二氧化碳气体排放情况如下：煤制甲醇工艺流程，低温甲醇洗工艺环节二氧化碳气体排放浓度为87.8%；煤制烯烃工艺流程，低温甲醇洗工艺环节二氧化碳气体排放浓度为88.2%；煤直接液化工艺流程，低温甲醇洗工艺环节二氧化碳气体排放浓度为87.8%；煤间接液化工艺流程，低温甲醇洗工艺环节排放的二氧化碳浓度为98.3%。

3 煤化工产业发展中对二氧化碳进行科学减排的必要性

我国的煤炭资源储存量比较高，位居世界煤炭资源储备排名的前列，而石油、天然气等资源比较紧缺，无法满足我国的现代化发展需求。因此，我国大力发展煤化工产业，以期能补充石油资源对我国经济发展的支撑缺口，保障我国经济发展、综合国力、国民生活的需求。但是，煤化工产业在迅猛发展的同时会产生大量的废气、污水、废渣等，造成了较为严重的生态环境污染，尤其是生产过程中会排放大量的二氧化碳气体，还会造成温室效应，导致厄尔尼诺现象、粮食产量降低等不利影响，因此，煤化工产业发展中对二氧化碳进行科学减排不仅可以保护生态环境，还可以促进煤化工产业的预期发展，实现我国综合国力与生态环境保护的协同发展[3]。

4 煤化工工艺中二氧化碳减排策略

4.1 二氧化碳存储技术

二氧化碳存储技术就是对煤化工工艺中二氧化碳气体进行收集的技术，先将工艺废气中的二氧化碳气体分离出来，然后将其进行压缩处理，再借助管道将压缩后的二氧化碳气体输送至未完全开采的煤层、油气层。据有关资料研究表明，大量二氧化碳气体输入油气层后在一定程度上提升了回采率，这样不仅能降低二氧化碳对大气的污染，还能提高地下煤矿的利用价值。该技术还具有操作简单、经济性高，工艺效果佳等优点。此外，还可以借助管道将压缩后的二氧化碳气体输送至海底深处，但是二氧化碳气体容易与海水中的成分发生反应形成碳酸盐，而且大量的二氧化碳气体会因地壳运动而被释放到大气中，造成大气环境严重污染和气候变化等，现阶段该技术还存在这些安全隐患，需要研究人员对其进行进一步的完善。

4.2 二氧化碳循环利用技术

二氧化碳气体的循环利用技术是实现资源再利用的有效措施，符合绿色生产的理念，也是煤化工产业工艺中二氧化碳减排工艺的发展趋势。如图1所示，煤化工工艺中产生的二氧化碳气体不仅浓度大还含有大量的杂质，这在一定程度上增加了其循环利用的难度。近些年来，煤化工企业借助超临界萃取技术对二氧化碳气体循环再利用工艺进行了优化，该技术具有操作简便、工艺流程简单、萃取率高、萃取物易分解等特点，而且二氧化碳气体化学性质稳定、无毒、无刺激、成本低，符合临界萃取剂的要求，可以从天然香料中萃取附加值较高的热敏性组织。现阶段，二氧化碳气体循环再利用技术主要体现在灭火器、食品添加剂等方面，还可应用于蔬菜瓜果的保鲜，既安全，又有较低的成本，极大的提升了二氧化碳循环再利用价值[4]。

图1 二氧化碳收集流程图

4.3 二氧化碳的分离和输送技术

优化二氧化碳的分离和输送技术，可以极佳的提升二氧化碳减排效果，从而取得较好的环境保护成果。煤化工生产的某些工艺环节如果产生了数量巨大、浓度较高的二氧化碳气体可在工艺流程终端用收集设备对其进行集中收集，这种收集工艺具有操作简便、设备简单、经济性佳等特点，而且对二氧化碳气体能起到很好的收集效果。而煤化工生产的某些工艺环节产生的二氧化碳含有较多的杂质，可以对其先进行杂质分离然后再收集二氧化碳气体，保障所收集二氧化碳的浓度及纯度，为后续二氧化碳的循环再利用奠定基础[5]。

4.4 二氧化碳的化学转化技术

煤化工工艺中二氧化碳减排可以借助二氧化碳的化学性质，让其进行相应的化学反应，进而生成新的有用物质。例如，可以制备水杨酸、碳酸盐等，还可以将二氧化碳气体转化为碳酸二甲酯等脂类物质，煤化工工艺的附加价值。不仅能提升煤化工工艺中二氧化碳减排效率，还能实现对二氧化碳气体的高经济利用。该技术是比较可行且高效的二氧化碳减排措施，因此相关研究人员应给予其高度重视，并积极对二氧化碳的化学转化进行全方位且深入的研究，借助化学反应工艺将二氧化碳直接转化为具有较高经济价值的产品。

4.5 二氧化碳的转化、固化技术

实现煤化工工艺中二氧化碳减排，可以借助二氧化碳转化、固化技术，降低煤化工工艺中二氧化碳排放的不良影响。现阶段，我国的二氧化碳转化、固化技术已经非常先进且成熟，可借助生物吸收和使用二氧化碳气体，虽然二氧化碳固化技术是在大自然中开展的，但是其不会产生任何有害物质，也不会对大气环境产生任何不良影响，能有效提升二氧化碳的减排效率及效果。此外，很多国家已经开始研究将二氧化碳气体转化为可降解塑料，提升煤化工产业的经济效益及环保性[6]。

5 结语

为了贯彻执行绿色生产和生态可持续发展的理念，煤化工产业要不断优化煤化工生产工艺，提升煤化工工艺中煤炭资源的利用率，同时，针对煤化工生产工艺中各个环节的工艺特点积极制定二氧化碳气体减排策略，控制并减少二氧化碳气体的排放量，煤化工产业可以从二氧化碳存储技术、二氧化碳循环利用技术、二氧化碳的分离和输送技术、二氧化碳的转化、固化技术、二氧化碳的化学转化技术等方面进行研究，不仅要最大限度的减少二氧化碳气体的排放，保护大气环境，还要构建煤化工工艺排放二氧化碳气体的转化利用工艺。