煤化工工藝中二氧化碳減排技術(shù)

楊震 邵治堂 劉建明 高斌

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000）

引言

工業(yè)化社會的進(jìn)步和發(fā)展為能源的利用帶來了很大的影響，不論是人們?nèi)粘Ｉ畹哪茉椿A(chǔ)性需求，還是工業(yè)生產(chǎn)所需的大量生產(chǎn)資源，都影響著我國社會發(fā)展的趨勢化進(jìn)程。隨著大氣質(zhì)量的直線下降，二氧化碳的排放量需要得到嚴(yán)格的控制，并且根據(jù)不同類型的工業(yè)技術(shù)對二氧化碳的排放做出了極為有效地貢獻(xiàn)，本文將主要對煤化工工藝的二氧化碳減排技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和探索。

一、煤化工工藝中二氧化碳產(chǎn)生的主要途徑分析

（一）煤制甲醇途徑

煤化工工藝的主要氣體排放途徑在于煤制甲醇的過程中，該過程需要通過液體汽化、氣體過濾等途徑對該環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的處理和加工。在此過程中汽化過程當(dāng)中極易產(chǎn)生二氧化碳等非良性氣體，在不充分的燃燒過程中很容易發(fā)生氣體的產(chǎn)生。不同的化學(xué)燃燒為大氣帶來了很大的危害，在此過程中產(chǎn)生了大量的二氧化碳和少量的甲醇，成為大氣層的主要危害環(huán)節(jié)。并且根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫分析，在該環(huán)節(jié)的發(fā)生過程中甲醇和二氧化碳的產(chǎn)生量比例為1 比3，嚴(yán)重的危害到大氣成分的組成和平衡[1]。

（二）直接液化途徑

我國現(xiàn)階段的煤油產(chǎn)生途徑大多是通過煤化工直接液化的途徑產(chǎn)生了所需求的生成物，在高溫的環(huán)境下將氣體液化成為煤油液體，并通過氫化劑的融入對其進(jìn)行了一定程度的氣化。在該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過程中由于氣體不純導(dǎo)致了煤油生產(chǎn)率不斷下降，不僅影響了煤化工產(chǎn)生的氣體需求，而且影響該環(huán)節(jié)的生產(chǎn)質(zhì)量。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫顯示，該環(huán)節(jié)的應(yīng)用過程產(chǎn)生的煤油和二氧化碳比例大約為1 比2.5，不符合我國現(xiàn)階段發(fā)展的需求，需要進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)改革和提升。

（三）間接液化途徑

間接液化作為煤化工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，該過程同樣是將氣體轉(zhuǎn)化為煤油，但卻在工藝建設(shè)方面完全優(yōu)于直接液化的技術(shù)，很大程度上表現(xiàn)在技術(shù)的發(fā)展和演進(jìn)當(dāng)中。間接液化的過程能夠避免直接液化過程中出現(xiàn)的一些不必要麻煩，降低了生產(chǎn)過程中的成本，并以此來擴大煤油的轉(zhuǎn)化率，最大程度提升該環(huán)節(jié)的效率化發(fā)展。但該技術(shù)的應(yīng)用過程中仍然會產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w，及時節(jié)約了生產(chǎn)建設(shè)當(dāng)中的成本，但在很大程度上提升了后期氣體產(chǎn)生的污染程度，仍不利于我國現(xiàn)代化發(fā)展的基本原則[2]。

（四）煤制烯烴途徑

國際聯(lián)盟規(guī)定的煤制烯烴途徑主要是甲醇的氧化成為烯烴，一般在煤工藝當(dāng)中是由煤原料進(jìn)行甲醇化處理，在通過甲醇來進(jìn)一步提取各類烯烴，已達(dá)到該環(huán)節(jié)的最終目的。該過程仍然需要通過煤的氣化，氣體凈化等途徑，這就導(dǎo)致了該環(huán)節(jié)的制定過程中仍然需要產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w作為該項環(huán)節(jié)的基本支撐，并且在該技術(shù)的應(yīng)用過程中出現(xiàn)了能源消耗量較大，生成氣體不純等問題，同樣需要先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行充分地改造，從而更好地提高該環(huán)節(jié)的基本效率。

二、煤化工工藝中二氧化碳減排的具體技術(shù)

當(dāng)下對于二氧化碳的減排研究主要有兩個基本方向，一是提升對煤炭這類化石能源的應(yīng)用率，從源頭上降低消耗量；二是直接把已經(jīng)排放出去的收集在一起，再埋存到地下，以減少空氣之中二氧化碳的濃度。當(dāng)下最常用的就是收集保存、循環(huán)應(yīng)用和化學(xué)轉(zhuǎn)化三種，前兩類能使二氧化碳不被排入大氣中，但難以實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，后一種則可以使原本的廢物得到循環(huán)應(yīng)用，在保護(hù)環(huán)境的基礎(chǔ)上，也可以達(dá)到良好的減排效果，并且還會生產(chǎn)附加值比較高的油代產(chǎn)品。

（一）收集和保存技術(shù)

該技術(shù)就是直接收集二氧化碳，再通過處理壓縮之后輸送到海底，使其被保存在與大氣相互隔離的環(huán)境之中。目前最常見的就是將處理壓縮之后的二氧化碳輸送到一些長期都沒有應(yīng)用計劃的地質(zhì)當(dāng)中，如采集過的油田、開采成本較高的深海地區(qū)等等。尤其是給采集的油田之中輸入二氧化碳，還能有效促進(jìn)石油回采，或者能確保整個油田的穩(wěn)定性。需要注意的是，將其輸送到深海進(jìn)行保存則可能會有潛在隱患，這是由于二氧化碳會在地殼運動之中被釋放，從而直接造成十分嚴(yán)重的環(huán)境問題。

（二）分離和輸送技術(shù)

該技術(shù)在所有處理技術(shù)當(dāng)中整體效果最佳，能有效解決二氧化碳本身的排放問題。比如可以直接應(yīng)用專門的設(shè)備在工藝終端進(jìn)行收集，這并不需要投入過多成本。如可以應(yīng)用純氧實施合成氣制作，不僅操作簡單、設(shè)備簡單，還能保證良好的處理效果。但通常應(yīng)依照二氧化碳本身的性質(zhì)和內(nèi)部所具有的雜質(zhì)問題，還需選用十分適合的管道材料去運輸，不然會釀成嚴(yán)重后果。這種直接進(jìn)行分離、輸送的模式，可以有效減少排放量，也不會給正常生產(chǎn)帶來不良影響，因此其技術(shù)還應(yīng)該實施全方位的應(yīng)用及研發(fā)。

（三）循環(huán)利用技術(shù)

該技術(shù)的實現(xiàn)主要是基于其物理性質(zhì)，當(dāng)下最常見的就是制作成滅火器，或者作為食品添加劑。有時候還可以充當(dāng)其他氣體被應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)之中。但最引人注目的就是超臨界萃取技術(shù)，其操作過程便捷，不需要耗費過多時間，萃取效率能夠得到一定保障，且直接將二氧化碳當(dāng)作萃取劑，還能保證整個操作過程的便捷性與安全性，確保成功率。

（四）埋存技術(shù)

該技術(shù)與收集保存技術(shù)較為相似，實際應(yīng)用時主要從這幾點著手：一是應(yīng)用沉積盆地深部的咸水層埋存；二是應(yīng)用廢棄油氣田結(jié)構(gòu)層埋存；三是應(yīng)用二氧化碳去強化煤層結(jié)構(gòu)進(jìn)行埋存。這三種方式都能達(dá)到一定減排效果，但卻難以實現(xiàn)永久埋存，比如埋存之后的二氧化碳會給地質(zhì)結(jié)構(gòu)、環(huán)境等產(chǎn)生各種化學(xué)反應(yīng)，雖然整個過程比較緩慢，但長期不對其進(jìn)行處理，勢必還會引起更加嚴(yán)重的安全隱患。

（五）轉(zhuǎn)化固化技術(shù)

這一技術(shù)重點就是通過生物吸收二氧化碳，最后再生成有機物質(zhì)。其本質(zhì)就是利用自然界中的生物開展，是一種天然的良性循環(huán)。同時這一技術(shù)也沒有過多后顧之憂，不會產(chǎn)生任何有害物質(zhì)，并有效減少排放量。比如可以應(yīng)用二氧化碳進(jìn)行蔬菜種植等。當(dāng)下，該技術(shù)的水平比較高，帶來的效果也是十分顯著的。

（六）化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)

該技術(shù)則是基于二氧化碳本身的化學(xué)性質(zhì)，使用專門的化學(xué)方式把其轉(zhuǎn)為其他物質(zhì)再進(jìn)行應(yīng)用，以實現(xiàn)對碳?xì)湓鹤拥母咝Щ瘧?yīng)用。植物的光合作用其本質(zhì)就是化學(xué)轉(zhuǎn)化。當(dāng)下這一技術(shù)中最常見的就是通過二氧化碳制備水楊酸、雙氰胺、碳酸鹽等等；蔬菜水果在儲藏保鮮中也可以應(yīng)用二氧化碳實現(xiàn)，在降低制冷效果的同時減少運輸成本投入，避免二次污染；或者還可以應(yīng)用在碳酸飲料的制作中，由于當(dāng)下國內(nèi)的飲料消費占比較高，因此這一技術(shù)應(yīng)用措施則具有一定前景。同時通過其生產(chǎn)可降解塑料也是業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點，但只在極少數(shù)國家有所應(yīng)用，規(guī)模并不大，一旦能實現(xiàn)大規(guī)模開展，勢必會給環(huán)境保護(hù)工作帶來極大價值。此外，將二氧化碳直接當(dāng)作一種催化劑生產(chǎn)化工原料也是目前比較火熱的一個話題，但因為其生產(chǎn)出來的化工原料本身有著一定的高附加值，所以未來還需要對其進(jìn)行更加全面的完善和優(yōu)化，以保證該催化劑效果的充分發(fā)揮。

三、煤化工工藝中二氧化碳減排技術(shù)優(yōu)化措施

（一）改進(jìn)生產(chǎn)機器的生產(chǎn)效率

我國作為電氣化生產(chǎn)大國，對于各類機械的應(yīng)用和技術(shù)都有著非常深刻的認(rèn)識和理解，但由于煤工藝一直作為國家發(fā)展的一大難點，很難在短時間內(nèi)得到完全的解決，需要通過不同的技術(shù)演變以求更好地提高該技術(shù)的應(yīng)用效率。因此，為了提高二氧化碳減排的基本能力，需要盡可能地提高機器在工作過程中的基本效率，應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)改造以求達(dá)到高效、穩(wěn)定的氣體傳輸，從而更好地實現(xiàn)煤化工工藝中二氧化碳的充分減排。

（二）應(yīng)用科技化大規(guī)模氣化技術(shù)

為了更加符合全世界大氣范圍的基本需求，在不斷提高工業(yè)技術(shù)的同時，煤工藝也同樣需要進(jìn)行技術(shù)化的改革。現(xiàn)代的煤氣化技術(shù)是一項極為高效環(huán)保的綜合性生產(chǎn)技術(shù)，應(yīng)用于我國的煉油、化工等行業(yè)[3]。高效環(huán)保的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境已經(jīng)為煤化工技術(shù)帶來了充分地發(fā)展，運用該技術(shù)的發(fā)展途徑能夠更好地實現(xiàn)內(nèi)部建設(shè)的基礎(chǔ)穩(wěn)定，使氣體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)傾向于純凈化，避免因氣體內(nèi)部不純而產(chǎn)生的不良影響出現(xiàn)，同時能夠在密閉的環(huán)境中控制生產(chǎn)過程中的實際溫度，從而更好地降低二氧化碳的排放。

（三）廣泛拓展多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用

多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的出現(xiàn)作為我國新一代工業(yè)革命發(fā)展的必然產(chǎn)物，特別在各行各業(yè)當(dāng)中得到了充足的發(fā)展。該系統(tǒng)的應(yīng)用主要是通過各方面資源的整合，并且考慮到多種生產(chǎn)過程中的影響因素，將生產(chǎn)過程中的一氧化碳進(jìn)行充分的反應(yīng)，從而減少了生產(chǎn)過程中二氧化碳?xì)怏w的產(chǎn)生。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的工藝相比，更加節(jié)約生產(chǎn)過程中的資源，實現(xiàn)了二氧化碳減排和資源管控雙重作用的綜合實現(xiàn)[4]。

（四）強化技術(shù)人員的減排意識

意識的提升和強化作為我國建設(shè)的基石，全球環(huán)境惡化、氣候變暖、海平面升高，這些不良現(xiàn)象的出現(xiàn)都是由于二氧化碳?xì)怏w的大量排放所造成，為了更好地實現(xiàn)全球環(huán)境的融合和諧發(fā)展，需要以不同的形式來降低二氧化碳的排放。煤化工工藝的發(fā)展和進(jìn)步標(biāo)志著我國需要對此做出努力進(jìn)步，因此，我國的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)從意識上進(jìn)行充分的認(rèn)識，積極主動地尋找更加合理的生產(chǎn)途徑，從而更好地實現(xiàn)煤化工工藝中二氧化碳減排的最終目的。

（五）加強技術(shù)開發(fā)和研究

當(dāng)下節(jié)能減排已經(jīng)是時代發(fā)展的重要需求，所以必須進(jìn)一步推進(jìn)減排技術(shù)的大力研究與開發(fā)。具體可以在化工企業(yè)的減排節(jié)能研究中投入一定物力、人力和資金，以加快研發(fā)進(jìn)度。同時將當(dāng)下化工企業(yè)的生產(chǎn)減排現(xiàn)狀作為核心，應(yīng)用產(chǎn)學(xué)研彼此結(jié)合的模式，以高校、科研機構(gòu)等為技術(shù)支撐，實現(xiàn)科研成果和實際工藝生產(chǎn)應(yīng)用的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。

（六）改進(jìn)煤化工藝

一是使用適合的煤氣化技術(shù)

即在煤氣化之中，直接把二氧化碳作為重要的傳輸介質(zhì)，以實現(xiàn)對廢棄的再次應(yīng)用，減少排放量。當(dāng)煤和富含氫氣的氣體氣化之后，還能將合成氣當(dāng)中的碳?xì)浔壤嵘纱藢δ芰繐p耗及二氧化碳排量實現(xiàn)有效控制。在合氣技術(shù)的支持下，還能夠保證氫氣的利用率，減少二氧化碳排量。

二是對生產(chǎn)流程及工藝進(jìn)行改造

即主要應(yīng)用冗余氫氣對二氧化碳排量加以控制。如在進(jìn)行甲醇制備的時候，往往會有大量氮氣被積存在反應(yīng)器之中，給其效率帶來不良影響。合成的時候，則要釋放馳放氣，以確保動態(tài)反應(yīng)的平衡性，但馳放氣直接燃燒會使氫氣能源被大量損耗，所以這就可以直接引入膜分離技術(shù)對氫氣進(jìn)行回收，以減少能源消耗。

四、結(jié)束語

總而言之，對于環(huán)境保護(hù)，需要各行各業(yè)都做出貢獻(xiàn)。煤化工工藝中二氧化碳減排技術(shù)的應(yīng)用，可以節(jié)約生產(chǎn)原料和減少不良?xì)怏w排放，并且能夠為我們提供更加高質(zhì)量的生活供應(yīng)，更好地促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展。