淺談煤化工CO2的捕集和儲存

【摘 要】本文主要就在煤化工項目開工高峰期，如何做好煤化工項目CO2的捕集和儲存進行探討。

【關鍵詞】煤化工；CO2儲存；節能減排；合成氣凈化；經濟合理；技術先進

近年來，隨著中國經濟的高速發展，我國對能源的需求量呈現出加速增長的趨勢。巨大的能源消耗一方面對我國資源供應提出很大挑戰，另外一方面也對我國乃至全球的氣候帶來一定的影響。因此，我國在滿足能源需求的同時，減少CO2氣體排放的任務還很重。基于我國缺油少氣的能源儲存現狀，我國的能源結構中以煤炭為主的格局，在相當長的一段時間內不會改變。面對我國嚴峻的溫室氣體減排形勢，在煤化工的發展中，CO2捕集和儲存問題必須得到解決。

從煤炭和石油的元素組成來看，煤的氫/碳原子比在0.2-1.0之間，而石油的氫/碳原子比達1.6～2.0，以煤替代石油生產傳統的石油化工產品的過程一般都伴隨著氫/碳原子比的調整。從而排放大量的CO2。

1 對煤直接液化、間接液化、煤制烯烴等新型煤化工技術過程中的CO2排放問題進行分析

1.1 煤直接液化過程中的CO2排放

直接液化是把固體狀態的煤在高壓和一定溫度下直接與氫氣反應，使煤炭直接轉化成液體油品的工藝技術。從反應過程來看，反應系統中的氧主要來自煤中氧，反應環境氫氣純度較高（氫氣純度>80%），反應后氧主要以水中氧的形式排出體系，CO2產率較低。據估計，煤炭直接液化項目的CO2排放量，每噸液化粗油約為2.1t（此數據不包括燃料排放部分）。

1.2 煤間接液化過程中的CO2排放

煤間接液化工藝主要由三大步驟組成：第一是煤的氣化；第二是合成；第三是精煉煤間接液化過程中的CO2主要來自氣化和合成兩步。在煤的氣化過程中，需要加入氧氣和水蒸氣作為氣化劑，因此存在以下的CO2生成反應：

C+O2= CO2

CO+H2O= CO2+H2

在合成步驟中，CO2是主要副產物之一，主要來自：

水煤氣變換反應 CO+H2O=CO2+H2

采用鐵基催化劑的F-T合成反應：

2CO+H2=—CH2—+CO2

甲烷化反應 2CO+2H2=CH4+CO2

歧化反應 2CO=C+CO2

煤間接液化過程生產每噸液化產品的CO2排放量約為3.3t（此數據不包括燃料排放部分）。

1.3 煤制烯烴過程中的CO2排放

煤制烯烴過程包括煤氣化、合成氣凈化、甲醇合成及甲醇制烯烴四項核心技術。煤制烯烴過程中的CO2主要來自煤氣化過程，煤氣化過程CO2的產生與前述間接液化類似，煤在氧氣和水蒸氣存在的條件下，發生以下的CO2生成反應：

C+O2=CO2

CO+H2O=CO2+H2

另外，甲醇合成過程要求原料氣中的H2和CO的摩爾比接近2：1，而煤氣化過程獲得的氣體中H2/CO摩爾比小于2，需要將一部分CO通過水煤氣變換反應生成H2和CO2以滿足甲醇合成的要求，這樣又會有部分CO2生成。除少量的CO2（占原料氣體總量的3%左右）參與甲醇合成反應外，大部分CO2在合成氣凈化過程中被脫除而進行排放。煤制烯烴過程的CO2排放量按每噸中間產品甲醇計：約2t，按每噸最終產品烯烴計算：約6t（此數據不包括燃料排放部分）。

2 CO2減排研究現狀

目前，國內外關于CO2減排研究主要分兩個方面：

（1）提高石化能源的利用效率，減少能源的不必要消耗，在節能的同時，降低溫室氣體的排放，即節能減排。

（2）將主要CO2排放源排放出的CO2收集起來，暫時埋存到地下，以降低空氣中溫室氣體的濃度。該技術被稱為二氧化碳捕集及埋存技術，簡稱CCS （carboncapture and storage）。近幾年，該技術逐漸成為溫室氣體減排技術研究的熱點。世界各國紛紛啟動二氧化碳捕集及埋存項目。許多研究機構致力于在二氧化碳捕集環節的優化，為降低捕集的成本，關于二氧化碳埋存技術安全性的研究，尚處于模擬計算階段。煤化工行業CO2減排對策：CO2轉化固化、CO2工業循環利用和CO2埋存等。目前采用地下埋存的方法是目前減少CO2排放的唯一有效途徑，根據我國煤化工行業分布特點，CO2埋存技術在煤化工行業應用的存在著區位優勢。CO2埋存技術在中國應用前景比較開闊， CO2強化煤層氣開采技術的開發更具意義。

捕集問題，另一方面可以通過強化采油或強化開采煤層氣，獲得可觀的能源回報。目前我國正處于煤化工高速發展和CO2排放壓力巨大的時期，如何在保證煤化工良好快速發展的同時，盡量減少CO2的排放，盡量減少CO2捕集儲存技術應用的成本，值得大家繼續深入研究討論。

【參考文獻】

[1]中國國家統計局.2007年中國統計年鑒[M].北京：中國統計出版社，2007：260-276.

[2]中國能源“吃不飽”2020 年能源消耗直“追”美國[OL].

[3]王輔臣，代正華，于廣鎖，等.焦爐氣非催化部分氧化與催化部分氧化制合成氣工藝比較[J].煤化工，2006，34（2）.

[4]林泉.發展煤化工所面臨的CO2 排放問題及其對策.

[5]馮孝庭.煤基能源化工技術與減排二氧化碳[A].

[6]顧鋼.讓蔬菜吃掉工業排放的CO2[J].中華建設，2006（7）：54.

[8]李小春，劉延鋒，白冰，等.中國深部咸水含水層CO2儲存優先區域選擇[J].巖石力學與工程學報，2006（3）：963-968.

[9]《中國油氣田開發若干問題的回顧與思考》編寫組.中國油氣田開發的若干問題與思考[M].北京：石油工業出版社，2003：28-30.

[10]劉延鋒，李小春，方志明，等.中國天然氣田CO2儲存容量初步評估[J].巖土力學，2006（12）：2277-2281.

[11]劉延鋒，李小春，白冰.中國CO2煤層儲存容量初步評價[J].巖石力學與工程學報，2005（8）：2947-2952.

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