煤化工工藝中二氧化碳減排技術(shù)及應(yīng)用研究

王琦

摘 要：我國(guó)的煤化工產(chǎn)業(yè)對(duì)于工業(yè)經(jīng)濟(jì)具有非常重要的作用。近幾年，受社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的影響，煤化工產(chǎn)品的需求也不斷上升，這也就對(duì)煤化工工藝提出了更高的要求。除了要對(duì)煤化工產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行保證之外，也要對(duì)生產(chǎn)環(huán)保進(jìn)行重視，特別是CO2減排。文章針對(duì)煤化工工藝中的 CO2排放，分析了CO2減排技術(shù)以及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤化工工藝；二氧化碳；減排技術(shù)；應(yīng)用

眾所周知，煤炭資源在我國(guó)經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的角色，尤其是在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期，煤炭在國(guó)民生活和基礎(chǔ)設(shè)施中起了重要的作用。由煤炭衍生的大量的化工用品也在人民生活中扮演了重要的角色。但隨著煤炭的大量使用，環(huán)境污染問(wèn)題也接踵而來(lái)。大量的焚燒不但使得煤炭的使用率較低，而且污染也相當(dāng)嚴(yán)重。這也使得我國(guó)的煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展遇到瓶頸。在全球氣候逐漸變暖的大前提下，我國(guó)作為碳排量大國(guó)，應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展二氧化碳減排技術(shù)。

1 煤化工生產(chǎn)中CO2的排放

當(dāng)前，主要在這幾個(gè)煤化工工藝中會(huì)排放 CO2：（1）煤制甲醇，在該生產(chǎn)工藝中，一般要經(jīng)過(guò)煤氣化、合成氣的有效凈化及甲醇的合成等過(guò)程，其中以煤氣化中的 CO2產(chǎn)生最多，原因在于煤炭在 H2O、O2一同存在狀態(tài)下出現(xiàn)燃燒反應(yīng)而產(chǎn)生 CO2和 H2，而 H2乃甲醇合成不可或缺的一個(gè)原料，除極少部分 CO2應(yīng)用到甲醇合成中，絕大部分在合成凈化中被排放。有數(shù)據(jù)顯示，生產(chǎn)1t 甲醇會(huì)排放2～2.5t 的 CO2。（2）煤炭液化，現(xiàn)階段在高壓、既定溫度狀態(tài)下可將固態(tài)煤和 H2反應(yīng)轉(zhuǎn)變成液體油品，這就是煤炭液化工藝。相對(duì)而言，該工藝中的 CO2排放量較少，據(jù)估計(jì)產(chǎn)出1t 液化油品會(huì)排放1～1.5t 的 CO2。

2 二氧化碳減排技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于二氧化碳減排研究主要有兩個(gè)方向。一種是提高煤炭等其他化石能源的使用效率，從根本減少消耗，即節(jié)能減排。另一種則是將排放出的二氧化碳收集起來(lái)埋存到地下，這樣做可以降低空氣中二氧化碳的濃度[1]。目前來(lái)講，煤化工企業(yè)的二氧化碳的減排技術(shù)一般有二氧化碳的收集保存、循環(huán)利用以及化學(xué)轉(zhuǎn)化三種。前2種方法可以阻止二氧化碳排放到大氣中，但用性不高。而化學(xué)轉(zhuǎn)化法是將二氧化碳轉(zhuǎn)化為化工產(chǎn)品變廢為寶，保護(hù)了環(huán)境的同時(shí)，也達(dá)到了減排的目的。

2.1 收集保存技術(shù)

這個(gè)技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用較多的技術(shù)。先將二氧化碳收集，然后經(jīng)過(guò)分離和壓縮等程序，最后把壓縮后的二氧化碳輸送到地下深層并妥善保存。保存的地層主要是開采完的石油和天然氣井，這種技術(shù)在我國(guó)得到了相當(dāng)大的發(fā)展。研究還表明，儲(chǔ)存了二氧化碳的油氣田的回采率大大提高，大概可以增加油田產(chǎn)量約10%左右[2]。另外，往海底深咸水層中存入二氧化碳之后，還可以與周圍的金屬離子在高壓下生成碳酸鹽。但是，這種技術(shù)并不是十分安全的，二氧化碳在地殼運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)逃逸，污染環(huán)境的同時(shí)還會(huì)加劇氣溫的上升。此外，二氧化碳還會(huì)與地下的重金屬元素發(fā)生反應(yīng)，滲透到地下會(huì)污染地下水。

2.2 二氧化碳的循環(huán)利用

對(duì)二氧化碳進(jìn)行循環(huán)利用不僅可以變廢為寶，還可以達(dá)到節(jié)能減排的作用。煤化工生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳濃度高并含有大量雜質(zhì)氣體，這給循環(huán)利用帶來(lái)了很大的麻煩。煤化工企業(yè)可以利用二氧化碳的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)其進(jìn)行再次利用，比如制造滅火器、食品添加劑等等。近年來(lái)，超臨界萃取技術(shù)在二氧化碳的再循環(huán)過(guò)程中發(fā)揮了很大的作用。二氧化碳作為超臨界萃取劑，它的化學(xué)穩(wěn)定性好，而且容易達(dá)到臨界條件，在操作過(guò)程中也比較安全和簡(jiǎn)單，所以該項(xiàng)技術(shù)在今后還有很大的發(fā)展前景。

2.3 二氧化碳的分離和輸送

二氧化碳的分離和輸送技術(shù)，相對(duì)而言比較有效。這是因?yàn)槊夯み^(guò)程中產(chǎn)出的二氧化碳濃度較高，這樣就比較好收集，進(jìn)而節(jié)約成本。例如以純氧為氧化劑的現(xiàn)代氣流床煤氣化技術(shù)生產(chǎn)的合成氣，它的二氧化碳分離成本都是較低的。在進(jìn)行分離和輸送的時(shí)候因?yàn)槎趸贾械碾s質(zhì)氣體，所以需要特殊的管材來(lái)進(jìn)行運(yùn)輸。通過(guò)分離和輸送二氧化碳，在減排的同時(shí)還不會(huì)影響日常的煤化工生產(chǎn)和加工，該項(xiàng)技術(shù)還是值得大力發(fā)展。

2.4 二氧化碳的轉(zhuǎn)化固化

煤化工行業(yè)二氧化碳的減排除了收集保存之外，還可以將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這樣才可以達(dá)到一種良性循環(huán)[3]。目前，二氧化碳的轉(zhuǎn)化、固化技術(shù)也在大力發(fā)展。二氧化碳固化主要指的是生物吸收二氧化碳之后生成有機(jī)物質(zhì)，這主要是通過(guò)大自然中的生物進(jìn)行，屬于天然的良性循環(huán)。生物固化二氧化碳沒(méi)有任何的后顧之憂，減少二氧化碳排放同時(shí)，還可以利用光合成生成柴油。

2.5 二氧化碳的化學(xué)轉(zhuǎn)化

二氧化碳的化學(xué)轉(zhuǎn)化顧名思義主要是利用化學(xué)方法將其轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，對(duì)碳?xì)湓拥倪€可以再利用。我們知道，植物通過(guò)光合作用吸收二氧化碳生成氧氣就是化學(xué)過(guò)程。目前，比較成熟的二氧化碳化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)主要是制備碳酸鹽、水楊酸、硼砂、雙氰胺、對(duì)烴基、苯甲酸等產(chǎn)品。近幾年，利用二氧化碳制造可降解塑料成為一個(gè)新的研究方向。我國(guó)是世界上最大的塑料制品生產(chǎn)國(guó)，而塑料制品原材料還在依靠進(jìn)口。二氧化碳制取塑料技術(shù)將極大地降低塑料原材料的進(jìn)口，生產(chǎn)成本大大降低，故該技術(shù)未來(lái)可能形成規(guī)?；a(chǎn)。不僅可以制備可降解塑料還可以減少二氧化碳的排放，一舉兩得。目前，只有日本、韓國(guó)、美國(guó)等能實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)上萬(wàn)t的規(guī)模。我國(guó)由于合成率的限制，年產(chǎn)只有千t左右。該方法不僅具有經(jīng)濟(jì)意義，還具有重要的環(huán)保意義，各大研究中心和高校應(yīng)該將此作為重要的研究課題，加大高效率合成催化劑的研究力度，為我國(guó)二氧化碳可降解塑料的規(guī)模生產(chǎn)和二氧化碳的減排做出貢獻(xiàn)。除了以上轉(zhuǎn)化技術(shù)之外，目前還可應(yīng)用催化合成技術(shù)利用二氧化碳生產(chǎn)甲醇、烴類、酯類等化工產(chǎn)品；蔬菜、瓜果的保鮮貯藏也離不開二氧化碳，因?yàn)樗闹评湫Ч?，成本低，又沒(méi)有二次污染；二氧化碳在飲料行業(yè)也大有用處，我國(guó)的飲料消費(fèi)約占消費(fèi)量的30%，這是很有發(fā)展?jié)摿Φ模欢趸歼€可用于在煙草工業(yè)。在前面提到的二氧化碳減排技術(shù)中，二氧化碳的收集保存、循環(huán)利用和化學(xué)轉(zhuǎn)化這3種方法都具有自身的優(yōu)勢(shì)。其中，二氧化碳的儲(chǔ)存技術(shù)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗膬?chǔ)存量大，而且這個(gè)技術(shù)很成熟，全球有很多國(guó)家都有應(yīng)用，但并不能從根本上減少二氧化碳的總量，只是暫時(shí)緩解它對(duì)氣候造成的影響。二氧化碳的化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)相比較其他而言，現(xiàn)在還不能大規(guī)模的投入生產(chǎn)，但這個(gè)技術(shù)可以生產(chǎn)附加值很高的化工產(chǎn)品，還可以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，擴(kuò)大規(guī)模，形成很有價(jià)值的工業(yè)產(chǎn)鏈，是實(shí)現(xiàn)減排的重要的關(guān)鍵技術(shù)，我國(guó)應(yīng)該大力發(fā)展這種技術(shù)。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，當(dāng)前階段，為了推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速、穩(wěn)定發(fā)展，提升環(huán)境效益，加大對(duì)環(huán)境生態(tài)保護(hù)的重視力度非常重要，同時(shí)這也是新時(shí)期下經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要需求。處于經(jīng)濟(jì)全球化日益深入的現(xiàn)在，為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及國(guó)家戰(zhàn)略的多項(xiàng)需求，煤化工工藝發(fā)展已經(jīng)成為一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)CO2減排也就成為煤化工行業(yè)發(fā)展過(guò)程中面臨的新挑戰(zhàn)。二氧化碳減排技術(shù)的應(yīng)用，有利于滿足國(guó)家能源需求，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排的根本目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]翟明洋，林千果，王香增，高瑞民，陶紅勝，江紹靜，王宏，梁凱強(qiáng). 二氧化碳管道運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化模型及其應(yīng)用[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，（08）：1-9.

[2]李玲. 技術(shù)進(jìn)步對(duì)二氧化碳減排效應(yīng)影響研究——基于2002-2012年中國(guó)工業(yè)行業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)證分析[J]. 經(jīng)濟(jì)師，2017，（03）：9-11.

[3]宋名秀，孫洪志，阿布都拉江？那斯?fàn)?，王付燕，王倩，朱維群. 二氧化碳減排技術(shù)路線探討[J]. 現(xiàn)代化工，2013，（08）：5-8.endprint