煤化工生产中二氧化碳的来源及减排技术分析

煤化工生产中二氧化碳的来源及减排技术分析

曹雁晋

天脊集团应用化工有限公司 山西长治 047507

摘 要：随着经济的不断发展，我国煤化工行业也得到了迅速的发展，煤化工行业在国民经济中扮演着举足轻重的角色，对我国工业结构的转型与变革起到了积极的促进作用。尤其是近年来，随着我国工业化进程的加快，煤化工行业对煤炭的需求越来越大，相应地，其生产技术的发展也越来越成熟，在此过程中产生的二氧化碳也越来越多。因此，煤炭化工业的发展既要保证其质量，又要注重环保，减少对环境的污染。特别是在煤化工生产制造过程中CO2的释放，必须引起足够的关注。本文重点对煤化工生产中CO2排放进行了研究，并且对于在煤化工生产过程中采用的二氧化碳的减排技术进行了描述。

关键词：煤化工工艺；二氧化碳；减排技术

引言：

众所周知，煤炭在国民经济发展的过程中占有很重要的地位，特别是在国家发展的早期阶段，它对于我国的民生和基础建设都有着很大的影响。从煤中衍生出的许多化工产品也在人们的日常生活中发挥着巨大作用。但是，由于煤炭的过度使用，造成了严重的环境污染问题。大规模的燃煤不仅降低了煤炭的利用率，还造成了相当严重的环境问题，这也是我国在煤化工业的发展过程中面临着一个重要的制约因素。因此，在全球气候日益变暖的背景下，中国作为一个具有较高碳排放量的国家，应该积极开展对于CO2减排技术的研究。

一、煤化工过程中二氧化碳的来源分析

1.1煤制甲醇

利用煤炭制得的甲醇，要经过一系列的气化和合成气的净化。在此期间，大量的CO2会被释放出来。当有水和氧气并存的情况下，煤炭可以得到完全充分地燃烧。在整个过程中，有两种不同的化学反应。第一类是煤与氧发生化学反应产生CO2。第二种是一氧化碳与大气中的水发生化学反应，产生了H2和CO2。只有让一氧化碳和水分发生充分的反应，才能产生二氧化碳和氢。上述两种化学反应最终会造成CO2的排放，并且会产生有一定量的甲醇。剩余部分将被排出户外，造成了很严重的环境污染。数据显示，每生产1吨的甲醇通常要释放2吨的CO2[1]。

1.2 煤制烯烃

这种反应是煤制甲醇的深化反应，它包括净化合成气、煤气化、甲醇合成和甲醇制烯烃总共四个步骤。这个过程其实是由多种不同的气化剂相互作用而产生的，而且其过程要更加繁琐。有数据表明，使用这种方法，每产生1吨的甲醇，就会产生至少2吨的CO2。按烯烃产生的情况，每吨烃会造成6t的CO2的排放。

1.3 直接液化

在煤化工行业，煤制油产生CO2的大部分情况下是发生于液化阶段，当液化的时候，氢与煤炭会发生高温反应，转化为液态油，而在这个时候，煤可以提供足够的氧，而当氢化剂加入其中后，会与氧气发生反应，氧的含量就会逐渐降低，而在这个时候，二氧化碳的产量也会随之下降。数据表明，1吨的煤制油在液化过程中所产生的CO2量为2.1吨。

1.4 间接液化

在间接液化的多个步骤中，在煤气化及其合成过程中产生的CO2量最多，因此这是整个生产流程中最主要的部分。间接液化通过四个反应实现了CO2的形成。首先，一氧化碳与水在水煤气转化过程中发生了化学反应，产生了CO2和H2O；第二道反应是，通过使用铁基催化剂，使得一氧化碳与氢发生化学反应并且产生了亚甲基和CO2；第三步是氢气与一氧化碳生成了CO2和CH4。最后，一氧化碳在歧化过程中被转化为磁性物质和CO2。根据有关资料显示，与直接液化相比较，采用间接法进行液化，会产生更多的CO2。

二、煤化工生产过程中二氧化碳的减排技术

2.1二氧化碳的收集保存技术

这项技术的用途很广泛，收集保存就是将化学反应过程中生产的CO2收集到一起，然后在经过分离后，通过使用一条特制的管道将其送入到地下，形成一条与大气层分隔开来的屏障。近年来，一些有关公司将生产的CO2排放到废弃的地下结构中，比如没有持续开发利用价值的地层、没有能源的井口，利用这种技术来减少CO2造成的大气污染。根据有关资料显示，将压缩的CO2注入到没有开发价值的油田中，可以使油田实现二次开发，同时达到增产20 %的效果[2]。与此同时，由于海洋沉积物中存在着丰富的金属元素，通过将CO2注入该地质结构，使之与该结构内的金属元素发生化学反应，生成碳酸盐，例如K2CO3，Na2CO3等，从而达到对CO2收集储存的效率的提高。但这种方法并不适合长久的应用，这是因为C02会随着地壳的移动而移动，尽管没有对大气层产生不利的影响，但是对地球整体的环境会造成很大的破坏，长期贮存会慢慢向深层的地质结构中渗透，从而破坏水质。

2.2 二氧化碳的化学转化技术

以某公司的减排技术为例，具体如下：合成氨脱碳装置的放散气，（CO2≥98%）为原料，经脱硫、液化等工序生产液态二氧化碳（工业）流程：CO2 管线来的压力为 0.02MPa 的原料气，进入缓冲罐，再进入 CO2 压缩机，经三级压缩，三级冷却、分离，压力提至 2.5－3.0MPa

，温度 70－90℃，进入脱硫槽，在脱硫槽内通过脱硫剂将 CO2 中的有机硫和无机硫进行脱除。脱硫后的气体经水冷后进入预冷器，回收氨蒸发器、塔顶冷凝器出口气氨冷量后，进入氨蒸发器。进入氨蒸发器之前，分离出一部分气体到提纯塔底部的内置再沸器，其流量的大小根据产品纯度和塔顶压力的要求进行调整，与塔釜内的液体 CO2 进行间接热交换，然后返回到氨蒸发器入口，一同进入氨蒸发器，通过壳程液体氨的蒸发进一步获得冷量， 温度下降到-12－-20℃，变成液态 CO2，然后进入提纯塔中部填料段的上端，在提纯塔进行精馏，不凝性的气体由提纯塔顶部排放，产品由提纯塔底部送往产品贮罐。（注：为了减少产品气的排放，增加产能，将产品的放空气回收利用，放空气的温度 -12－-20℃ 送至冷量回收器与二氧化碳常温气，进一步冷热交换后，送至提纯塔，然后进入提纯塔中部填料段的上端，在提纯塔进行精馏，不凝性的气体由提纯塔顶部排放，产品由提纯塔底部送往产品贮罐。）生产系统所需冷量由氨制冷系统提供。氨蒸发器、塔顶冷凝器蒸发出的气氨经气液分离后由氨冰机压缩到0.5-1.6MPa 后进入氨冷凝器， 氨经循环水系统冷却成液氨后回到氨贮槽，冷凝后的液氨靠氨贮槽与氨蒸发器的压差送到氨蒸发器和提纯塔顶部的冷凝器中进行蒸发变成气氨，同时将二氧化碳液化[3]。

2.3二氧化碳生产过程中排放气的回收和利用

（1）能源回收：例如利用发电厂的二氧化碳排放来为温室提供CO2，促进植物生长；（2）二氧化碳俘获和存储技术，将二氧化碳排放量降至最低，并将二氧化碳注入地下存储层，尽可能地减少大气的二氧化碳浓度。（3）工业用途：例如二氧化碳泡沫等消费品的生产，可以回收工业排放气体。以上技术的应用，减少了二氧化碳的排放对环境造成的危害，促进生产模式向着绿色、环保方向发展。

四、结论

随着全球生态环境的持续恶化，中国作为碳排放量居于世界前列的国家，尽管在控制CO2方面做出了很多努力。但是，许多行业如煤化工业的发展对我国国民经济的发展也是必不可少的。因此，在实现经济增长与平衡CO2的排放量的同时，我们必须加强减排技术的研发。要实现社会的健康发展和经济的可持续发展，必须严格限制二氧化碳的排放。要想降低二氧化碳在煤化工业中的排放量，必须采用现有的技术来收集、保存和转化二氧化碳，从而降低二氧化碳的排放量。此外，在实际应用中，需要注意技术的成本和操作难度。通过技术的不断创新、完善和推广，将会加速煤化工生产走向绿色、低碳、环保的方向。

参考文献

[1]张维斌.论述煤化工工艺中二氧化碳减排技术[J].化工管理,2020:108-109.

[2]王楠.试论煤化工工艺中的二氧化碳减排技术[J].中国化工贸易,2019:61.

[3]孔德会.煤化工工艺过程CO2排放分析及其减排技术[J].化工设计通讯,2020:18-19.