淺析煤化工行業二氧化碳排放及綜合利用

摘 要：煤化工行業是一個排放二氧化碳較多的行業，通過分析煤化工行業的產污環節和主要二氧化碳排放源，根據二氧化碳排放氣源成份，結合國內外二氧化碳的利用情況，提出煤化工二氧化碳綜合利用的建議。

關鍵詞：煤化工；二氧化碳；綜合利用

1 二氧化碳的綜合利用是煤化工穩步發展的關鍵

煤炭和石油、天然氣為我國的主要能源資源，煤炭資源在總能源中占有很大比重，且其蘊藏量居世界第三位，石油和天然氣資源相對較少。我國石油產量的增長遠不能跟上消費量的增長，石油的資源性缺口很大。我國既是煤炭資源大國，又是煤炭消費大國，將國內的燃料煤利用方式向化工原料提取的利用方式發展，是今后我國煤炭資源開發利用的方向。當前，全球石油資源日益短缺，替代能源的研究和開發雖然非常活躍，但是真正能夠形成一定規模的替代能源距實用階段尚有很大的距離。

因此，根據中國國情大力發展煤化工，生產大量的煤化工產品替代原來依賴石油生產的化工產品，讓有限的石油資源更大限度地用于燃料油等緊缺產品的生產，是解決我國原油資源性緊缺的現實性選擇，也是國家能源儲備的需要。

然而煤化工企業產生并排放廢水、廢氣、廢渣等多種廢棄物，且排放量很大，若不能在生產過程中進行妥善處理，勢必造成重大的環境污染。其中，二氧化碳的過量排放引起的污染在日常生活中越來越得到體現，以二氧化碳為主的溫室氣體引發的厄爾尼諾、拉尼娜等全球氣候異常，以及由此引發的世界糧食減產、沙漠化等現象已引起全世界的關注。因此，能否解決好煤化工產業發展中的環境污染問題，是關系我國煤化工產業能否可持續發展的重大課題。

2 煤化工行業二氧化碳主要排放源

煤化工的常規流程：煤氣化→一氧化碳變換→低溫甲醇洗→甲醇合成→甲醇制烯烴→以乙烯和丙烯為原料的下游裝置。

煤化工行業二氧化碳主要排放源為工藝裝置低溫甲醇洗裝置和鍋爐。

低溫甲醇洗裝置排放二氧化碳來源于洗滌塔尾氣，其二氧化碳排放量（折碳）約占煤化工原料總碳的60%，洗滌塔尾氣主要成份見表1。

表1 洗滌塔尾氣主要成份

由表1可知，低溫甲醇洗裝置洗滌塔尾氣中二氧化碳的濃度較高占96 %，為二氧化碳的綜合利用創造條件。

煤化工行業通常需要配套建設鍋爐，鍋爐也是一個排放二氧化硫的主要排放點。2007年美國能源實驗室以1.8美元/百萬Btu的煤價為基礎對500MW粉煤燃燒發電廠的基本技術經濟指標進行評價對比，鍋爐煙氣中排放二氧化碳的排放濃度約為15%。對比結果詳見表2。

表2 500MW粉煤燃燒發電廠的基本技術經濟指標（不捕集CO2）

3 二氧化碳綜合利用現狀

3.1 國外二氧化碳綜合利用的現狀

美國是世界上最大的CO2生產國和消費國，美國、日本及西歐年CO2生產能力分別為750×104t/a、116.5×104t/a、160×104t/a，其應用情況見表3、4、5。

表3 美國二氧化碳綜合利用的領域及占比

3.2國內二氧化碳綜合利用的研究發展方向

目前對于煤化工行業二氧化碳的捕集和貯存工作是一個世界性的難題，相關理論和技術還不成熟，國內對于煤化工行業二氧化碳的利用都處于探索和研究中。

有報道稱，在內蒙古鄂爾多斯蒙西工業園區通過了國家驗收，該項目是中國科學院知識創新項目，是內蒙古蒙西集團與中國科學院長春化學應用研究所共同研制開發的成果。該項目經過兩年的試生產，現已具備了年產3000噸二氧化碳全降解母粒的生產能力，成為目前世界上規模最大的二氧化碳全降解母粒生產線，該項目已被列入國家865計劃。

4 二氧化碳處置與綜合利用的建議

4.1 二氧化碳地質封存管理分析

在二氧化碳的地質封存方面，國際和國內也正在進行積極的探索和開展先導性示范工程。目前，挪威Sleipner深層咸水層二氧化碳封存示范項目，二氧化碳封存處理量為100萬噸/年，陶氏化學對CO2、CCS相關技術的研究也有了進展， 并將評估各種方案的技術及經濟可行性。國內， CO2的捕集、封存（CCS）和利用技術的開發和應用就是最具吸引力的途徑之一。

圖1 二氧化碳地質封存圖[3]

4.1.1 鄂爾多斯盆地CO2封存潛力分析研究

研究表明，鄂爾多斯盆地內部的地質構造簡單穩定、地震活動少、擁有多套儲蓋層組合，具有封存CO2的潛力。一般而言，要求封存地層具有多孔性和可滲透性，并且深度要大于800m，這樣CO2會以超臨界狀態被封存在地層中。另一個重要條件是目標地層之上必須要有良好的蓋層，以保證注入的CO2不發生泄漏。

①研究區對提高石油采收率存在潛在需求，區內油田基本為低滲-特低滲低產油藏，儲層滲透率0.4～1806.3毫達西，但絕大部分低于50毫達西。隨著生產的進行，部分油田處于遞減開發階段，注水開發存在水源不足和難度大等問題，因此存在進一步提高原油采收率的現實需求。若采用CO2采油，既提高了原油采收率又封存了CO2，因此在鄂爾多斯盆地發展CO2-EOR技術具有一定的應用前景。

②研究區煤層分布廣泛，利用深層煤層埋藏CO2條件優越。1500m埋深以下的CO2埋藏較為有利地區分布在盆地西部和府谷-準格爾旗一線以西的廣大地區，是煤層封存的潛在地區；煤制油廠附近煤層埋深約2000～2600m處，也是實現CO2封存的潛在地層。

③盆地內利用含鹽水地層埋藏CO2的地質條件優越，包括深部奧陶系碳酸鹽和上部砂巖等，封存潛力巨大。

預可研以有限的公開資料為基礎，計算出在鄂爾多斯盆地的油氣田可以存儲CO2大約4.4億噸；鄂爾多斯盆地煤層驅氣可封存CO2量為6.6億噸；深部鹽水層，僅奧陶系馬家溝組具有可封存10～100億噸CO2的潛能。

4.1.2 神華10萬噸/年CCS示范項目

CO2捕集區是將來自煤氣化低溫甲醇洗單元排放的CO2尾氣濃度提高至95-99%以上，包括加壓、凈化、液化及精餾等裝置。CO2儲存及運輸區：由捕集區的儲罐、注入封存區的緩沖罐、注入泵及CO2槽車組成。CO2注入封存區：包括注入井和監測井，液體CO2經加壓加熱后注入到地下鹽水層中，同時對注入過程實施監測。2011年4月開始正式注入，注入速度按照每年約10萬噸規模。計劃3年注入30萬噸。

4.1.3 二氧化碳在石油工業上的應用

在石油工業上，二氧化碳在石油工業上的應用已很成熟，可作為油田注入劑注入地下，進行有效的驅油，提高石油采油率。二氧化碳溶于水又易溶于原油，水溶液呈弱堿性，可對灰巖油礦起酸化作用，提高滲透率，從而增加吸水能力；溶于原油后，可使原油體積膨脹，密度、粘度降低，這樣可減少由于重力分離而引起的不利影響。

4.2 二氧化碳綜合利用方式

4.2.1 利用CO2制造全降解塑料

我國是世界上最大的塑料制品生產國，同時，由于我國對塑料制品原材料進口的過分依賴，使得我國成為世界第一的塑料原料進口國。二氧化碳制取塑料技術推廣將極大地降低對塑料進口的依賴，使得我國的塑料制品更有競爭力。由于其生產成本大大低于傳統塑料產品，故二氧化碳制取塑料技術將可能形成大規模的產業化。

4.2.2 完整的煤化工綜合利用產業鏈

根據煤化工生產過程中的物料平衡結果，可以以煤氣化空分裝置放空的氮氣與變換產生的部分氫氣為原料生產合成氨，合成氨再與原料氣脫碳放出的CO2生產尿素，形成一個完整的煤化工綜合利用產業鏈（參見圖2）。

4.2.3 其它

CO2作為一種廉價的原料，可用于蔬菜、瓜果的保鮮貯藏；CO2是很好的致冷劑，它不僅冷卻速度快，操作性能好，不浸濕產品，不造成二次污染，且投資少、使用成本低； CO2在飲料行業用量最大，約占消費量的30%；據了解我國每年香煙產量為20 Mt，如經膨化處理，每年則需CO2600 kt，因此CO2在煙草工業中的推廣應用前景廣闊。

我國是二氧化碳氣體排放較多的國家之一，雖然對于二氧化碳氣體的治理做了大量工作，但同其它國家一樣，二氧化碳氣體排放的治理和國民經濟快速發展之間，一直處于\"難以兩全\"的困境中。因此，二氧化碳的綜合利用將為煤化工的穩步發展起到關鍵作用，煤化工行業加大二氧化碳的綜合利用責無旁貸。

參考文獻

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