煤化工工艺中二氧化碳排放特点及减排技术研究

煤化工工艺中二氧化碳排放特点及减排技术研究

王凯 刘丹丹 强世爱 李彦强

内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯市 017313 摘要：随着我国科学技术的日益完善，煤化工工艺得到了前所未有的发展，无论是在产量还是在质量上都得到了显著的提高，这对推动煤化工行业的健康发展有着积极的意义。然而在实际生产时，二氧化碳的排放量对煤化工行业的良好发展带来了较大的阻碍，显然本文对煤化工工艺中二氧化碳减排技术进行分析具有一定的现实意义。

　　关键词：煤化工工艺；二氧化碳；减排技术；技术应用

1、煤化工工艺中二氧化碳特点概述

1.1二氧化碳特点

针对二氧化碳来说，基于常温环境中，它是无色无味的。在化学学科中，通常用CO2来表示，属于碳氧化物，也可以叫做碳酸气及碳酸酐。在常温条件下，它的密度要在空气密度之上，可以溶于水，从而形成碳酸。对于固态二氧化碳来说，通常情况下，我们将其称之为干冰，当其出现升华现象时，会吸收很多热量，所以能够当成制冷剂，可以用来开展人工降雨，或是制作舞台中的烟雾。

1.2化工中二氧化碳的排放分析

在化工生产过程中，就其工艺流程而言，不管是哪一个环节的生产，都会形成很多二氧化碳，比如直接及间接液化环节等，在生成的化合物中都具有很多的碳元素，实际进行燃烧时，会同空气中存在的氧气加以融合，这是二氧化碳产生的主要原因。对于直接液化过程来说，其生产过程会形成很多高纯度氢气，实际发生反应时，其中的碳元素还会变为别的物质，所以其二氧化碳排放量一般都比较低。针对化工生产而言，建议围绕间接液化及制烯烃过程，对二氧化碳减排问题进行分析[1]。

2、煤化工生产中的二氧化碳来源
　　2.1煤制甲醇 
　　在用煤炭生产甲醇的过程中，需要用到气化与合成气净化等步骤。在这个过程中会产生很多二氧化碳。在同时存在水与氧气的环境下，煤炭能够充分燃烧。在燃烧中总共有两种化学反应。第一种煤炭和氧气在化学作用下生成二氧化碳。第二种一氧化碳和空气中的水分反应生成氢气与二氧化碳。甲醇合成中，氢气是必不可少的介质。要让水跟一氧化碳进行充分反应，生成二氧化碳与氢气。以上两个主体反应最后就会产生二氧化碳，当然也会有一些甲醇生成。剩下的就会排放到室外，形成严重污染。有资料显示，1t甲醇的合成往往需要2t二氧化碳的排放。
 　　2.2液化
 　　在煤化工中，煤制油二氧化碳主要发生在液化过程中，液化中氢气与煤炭高温反应，变成液体油，此时煤炭能够提供相应的氧气，在和人工加入的氢化剂作用中发生变化，导致氧气浓度在水蒸气蒸发的同时不断降低，此时二氧化碳的产率也会一起下降。有资料显示，液化环节1t液化油的生产排放的二氧化碳达到了2.1t[2]。
　　2.3间接液化
 　　该步骤说的是精炼提纯、煤化气合成、煤化气。其中煤化气合成与煤化气是最主要的二氧化碳来源。按照液化的条件可以了解到，水蒸气与氧气都是煤液化主要反应气化剂，在下述四个流程中发生变化。第一个流程水媒体变化。该过程中，水和一氧化碳反应生成氢气与二氧化碳。第二个流程铁基催化剂F-T反应，该过程中，催化剂会让氢气与一氧化碳会生成乙炔和二氧化碳。第三个流程甲烷反应，氢气与一氧化碳生成二氧化碳和甲烷。第四个流程歧化反应。在反应中，一氧化碳变成了二氧化碳与单质碳。有资料显示，间接液化过程中，液化流程二氧化碳释放量能够达到1t[3]。
 　　2.4煤制烯烃
　　该反应是煤制甲醇深化反应，需要用到净化合成气、煤气化、甲醇合成与甲醇制烯烃总共四个步骤。这一反应实际上是对各种各样的气化剂互相干预得到的反应，有着比较复杂的流程。有资料显示，用这个工艺每生产1t的甲醇，最起码要排放二氧化碳2t。如果以烃的生成条件来看，1吨烃要排放二氧化碳6t。

3、煤化工工艺中二氧化碳排放与减排分析

　　 3.1收集保存二氧化碳

　　该技术能够充分收集煤化过程中产生的二氧化碳，随后用相应的技术压缩与处理二氧化碳，将其送入海底。这样就能够把二氧化碳和大气环境隔离。当前国内煤化工生产中，大多都会将煤化工二氧化碳存储到长期没有使用的计划地质，比如开采后的油田、深海地带和开采成本高的区域。有资料显示，向开采后油田注入二氧化碳，不仅能够解决当前二氧化碳对环境的污染问题，同时还能够提高油田产量稳定性，对油田回采有很大的帮助。当然这种方法虽然是比较妥当的手段，但仍要注意该方法存在很大的危险，要妥善处理作业过程。

　　3.2循环利用二氧化碳

　　处理二氧化碳的过程中，除了可以把二氧化碳放到深层地质、深海当中，还要发挥其物理性质优势，循环利用。比如目前常见的循环技术如食品添加剂、灭火器制作等。另外还可以发挥二氧化碳的填充气体作用，使用在各种工业生产体系。循环使用二氧化碳最受关注的莫过于超临界萃取，该技术操作简单，时间少并且萃取效果好。作为萃取剂的二氧化碳，不仅有着良好的稳定性，并且操作比较安全，能够极大地提高超临界萃取成功率，可以大力推广。

　　3.3二氧化碳转化

　　二氧化碳有着十分独特的化学特性，应用化学手段将二氧化碳变成其他物质，能够使经济效益最大化，完成对碳氢原子的充分利用。这一过程就是二氧化碳化学转化。当前比较成熟的转化技术就是把二氧化碳制作成对烃基苯甲酸、双氰胺、硼砂、水杨酸、碳酸盐。转化二氧化碳的研究方面，国内外一直比较关注的是可降解塑料，当然目前来看，只有少数国家具备年产万吨以上的能力。国内只能达到每年千吨。该技术的研究在环境保护中体现出了巨大的价值。我国有必要加强这方面的研究投入，不断扩大生产规模与能力，以更好地保护环境，提高人们生活水平与质量。除此之外将二氧化碳当作催化剂也是比较常见的，其附加价值很高，但为了更好地使用需要进一步研究，从而发挥催化剂价值。

3.4 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]。

3.5 二氧化碳的分离技术和输送技术

就二氧化碳的分离技术以及输送技术来说，二者都有一定的效果。之所以这样说是由于煤化工期间衍生出来的二氧化碳有着较高的浓度，显然这样也为收集工作的顺利进行带来诸多益处，同时也起到了节约资金的作用。举例说明：相关技术人员使用现代气流床煤气化技术得到适量的合成气，却不会花费较多的资金。无论是进行分离还是进行输送，由于二氧化碳中包含某些杂质气体，这样就不得不使用特殊的管材来进行运输。通过分离以及输送二氧化碳的形式，在减排的基础上不会对煤化工的正常运作带来影响，显然该项技术在今后的发展中一定会得到大力推广。

结束语

　　综上所述，为了助力社会稳定发展经济，协调社会发展与进步关系，就必须做好生态环境保护工作。其所应对的是社会经济发展追求。在我国工业体系、工业生产中，煤炭行业是很重要的部分。为了适应社会多样化趋势，就必须做好煤化工工艺研究。发展中尤为重要的就是做好二氧化碳减排。二氧化碳减排能够让环境保护工作变得更加顺利，助力我国社会稳定发展和建设。

参考文献

[1]张建刚.基于煤化工工艺分析煤制产品的发展前景[J].化工设计通讯，2019（09），45：10-11.

[2]尚红娥.浅析压缩机在煤化工工艺中的应用和实践[J].化工管理，2019（08）：186-187.

[3]王建行,赵颖颖,李佳慧,等.二氧化碳的捕集、固定与利用的研究进展[J].无机盐工业,2021,52(04):12-17.

[4]蔡涛,刘宏卫,包兴.煤化工行业二氧化碳利用技术的分析研究[J].中国煤炭,2020,44(01):98-105.