煤化工工艺中二氧化碳排放与减排分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 10 日 作者简介：贺锋（1986），男，汉族，陕西横山人，本科，工程师，研究方向为化学工程与工艺。-152-煤化工工艺中二氧化碳排放与减排分析 贺 锋 陕西延长石油榆神能源化工有限责任公司，陕西 榆林 719000 摘要：摘要：本文通过对煤化工工艺中二氧化碳排放与减排进行深入分析，旨在探讨可持续发展的路径，先研究了当前煤化工过程中的二氧化碳排放情况，明确了问题的严重性，随后，通过分析不同减排技术的效果，提出了一系列可行的减排策略，包括二氧化碳存储技术、二氧化碳循环利用技术、二氧化碳的分离和输送技术等方面。在此基础上，结合经济、环境和社会影响因素，制定全面的减排政策和标准，以实现煤化工工艺的可持续发展。关键词：关键词：煤化工工艺；二氧化碳；减排 中图分类号：中图分类号：T-0 0 前言 煤化工工艺作为能源和化工行业的关键组成部分，其发展在推动经济增长的同时也带来了严重的环境问题，其中二氧化碳排放是不可忽视的因素，随着全球气候变化的威胁日益凸显，煤化工行业的二氧化碳排放问题成为亟待解决的挑战之一。本文将通过系统的分析和研究，深入挖掘煤化工工艺中二氧化碳排放的源头和特点，同时探讨可持续发展的路径，以降低二氧化碳排放，推动行业朝着更环保和可持续的方向发展。1 煤化工生产过程中二氧化碳的来源 1.1 煤制甲醇工艺流程中排放二氧化碳 在煤制甲醇的工艺流程中，二氧化碳的排放主要与煤的气化、合成甲醇反应以及能源供应等环节密切相关，在煤气化阶段，煤炭通过高温反应产生合成气，其中含有一定量的二氧化碳，气化反应通常采用水蒸气气化或部分氧化气化，而其中一些反应路径可能伴随着二氧化碳的生成。同时，合成甲醇反应是煤制甲醇的关键步骤，通常通过催化剂将合成气中的一氧化碳和二氧化碳转化为甲醇，然而，在这一过程中，无法完全避免一部分二氧化碳的产生，成为反应的不可避免的副产物。1.2 直接液化工艺过程中排放二氧化碳 在气化阶段，是直接液化工艺中二氧化碳排放的起始点，气化过程中采用的气化剂和气化条件将直接影响二氧化碳的生成量。然后，在气化产物处理中，通过一系列的工艺步骤，其包括气体洗涤、气体净化等，将含有一定量二氧化碳的气体从气化产物中分离出来，这个分离过程旨在提高甲烷等主要液化产品的纯度，但难以完全避免二氧化碳的副产品排放。1.3 间接液化法过程中排放二氧化碳 在煤化工生产过程中，间接液化法是一种常见的生产技术，其过程涉及多个阶段，其中二氧化碳的排放成为一个重要关注点，在这种方法中，通常采用气化煤的方式，将煤转化为一氧化碳和氢气，在气化过程中，产生的一氧化碳与水蒸气反应生成合成气，再通过催化剂的作用转化为液体燃料或化学品。然而，在这个复杂的过程中，二氧化碳的排放是难以避免的副产品，主要的排放来源包括煤的氧化反应以及气化过程中一氧化碳转化的副产物，这些二氧化碳排放对环境产生负面影响，因为二氧化碳是一种温室气体，对气候变化有直接影响。1.4 煤制天然气工艺流程中排放二氧化碳 在合成天然气的过程中，二氧化碳的排放主要来自两个阶段，第一，合成气中的二氧化碳需要被分离出来，以提高天然气的甲烷含量，这涉及到脱碳工序，其中二氧化碳被从合成气中抽取出来，第二，合成天然气的催化合成反应本身也会生成一定量的二氧化碳作为副产品。尽管煤制天然气工艺在提供清洁能源方面具有潜在优势，然而，对于工艺中二氧化碳的排放问题，可采取一系列技术措施，相关技术的应用可以帮助减少工艺流程中产生的二氧化碳排放，实现更为环保和可持续的煤制天然气生产。中国科技期刊数据库 工业 A-153-2 煤化工生产流程中二氧化碳气体排放概况 2.1 单个排放源二氧化碳气体排放强度较大 在煤化工生产流程中，需要关注单个排放源的二氧化碳气体排放强度，这一指标对于评估环境影响和推动碳减排具有重要意义，某些煤化工生产单元，如煤气化和合成气制备过程，往往涉及高温高压条件下的反应，导致较大量的二氧化碳排放，这主要是由于在这些过程中，煤炭中的碳元素与气体反应形成 CO2，而这些过程通常伴随着能源密集型操作，导致相对较高的排放水平。然后，一些特殊的煤化工工艺，如煤制油和煤制化学品生产，涉及多个步骤的复杂化学反应，其中一些步骤可能会产生大量二氧化碳，特别是在碳捕获和碳储存技术尚未广泛应用的情况下，这些过程可能对整体排放强度产生显著影响。解决这一问题的途径包括引入更清洁、高效的生产技术，以减少能源消耗和相应的二氧化碳排放。2.2 煤化工生产工艺流程中二氧化碳气体排放 在煤气化阶段，煤炭被转化为合成气的过程中，反应中不可避免地伴随着一些碳元素的氧化，产生大量二氧化碳，这一步骤通常是整个生产流程中二氧化碳排放最为显著的环节之一，由于煤气化过程涉及高温高压条件，确保能源效率的同时，减少二氧化碳排放成为一项挑战。然后，在合成气制备的过程中，进一步的反应和转化也可能释放二氧化碳，尤其是在生成合成气后的加工步骤中，如合成气制备液体燃料或化学品，会伴随着一系列化学变化，其中一些反应产生的副产品是二氧化碳。3 煤化工产业发展中对二氧化碳进行科学减排的必要性 3.1 气候变化挑战 在煤化工产业的发展中，科学减排二氧化碳显得尤为迫切，其中对气候变化挑战的解决成为当务之急，二氧化碳是主要的温室气体，其大量排放导致全球气温升高，引发气候变化，这变化显著地威胁到生态平衡和社会经济稳定，极端天气事件的增多、海平面上升、生态系统的紊乱等问题都与过量的二氧化碳排放密切相关。减排二氧化碳对于降低全球气温，减缓气候变化的速度至关重要，科学减排努力将有助于减少极端天气事件的频率和强度，减缓冰川融化速度，以及减少对生态系统造成的压力，特别是对于那些依赖于气候稳定的农业和渔业产业，减排二氧化碳将在维护食品安全和可持续发展方面发挥关键作用。3.2 环境保护 在煤化工产业的发展过程中，大量的二氧化碳排放不仅对大气质量产生直接影响，还会引发一系列环境问题，其中，酸雨是一个突出的例子，其造成的酸性降水不仅对土壤和水体造成腐蚀，还对植物和水生生物产生有害影响，危及整个生态系统的稳定性。通过科学减排二氧化碳，煤化工产业有望减缓这些负面环境效应，采用清洁能源和低碳技术将有助于削减有毒气体的排放，改善大气质量，减少酸雨的形成，这不仅有助于保护自然生态系统的健康，还将减轻对水资源和土壤的污染压力。总之，环境保护不仅仅关乎生态平衡的维持，也直接关系到人类的健康和生活质量，通过科学减排二氧化碳，煤化工产业能够更好地履行社会责任，为建设清洁、可持续的未来提供积极贡献，这一努力不仅有助于改善环境质量，还将为后代留下更为可持续的自然资源和生态环境1。3.3 可持续发展 随着全球对气候变化和环境问题的关切不断上升，煤化工产业面临着推动可持续发展的重大责任，科学减排二氧化碳对于确保产业的长期繁荣至关重要。在追求可持续发展的过程中，科学减排二氧化碳还能够提高煤化工产业的社会形象和市场竞争力，符合环保和可持续标准的产业更容易受到投资者和消费者的青睐，而且在全球范围内也更容易满足不断增加的环保法规和国际减排承诺。因此，煤化工产业应当将科学减排二氧化碳，通过技术创新和战略调整，实现经济增长与环境保护的有机融合，为未来打造一个更为可持续、健康的产业格局2。3.4 国际合作与法规压力 当前，国际社会通过气候协定和框架公约等机制加强了对温室气体减排的共同努力，煤化工产业涉及的二氧化碳排放在全球气候变化中占据重要地位，因此，国际合作是推动减排技术创新和共享最佳实践的关键。同时，全球范围内的法规压力也在逐步升级，各国纷纷制定更为严格的环保法规和标准，要求企业采取更加环保和可持续的生产方式，煤化工企业要在国际市场中保持竞争力，必须遵守这些法规，并积极中国科技期刊数据库 工业 A-154-参与国际减排合作，这不仅有助于改善环境质量，还有助于提升企业形象，获得国际社会的认可。4 煤化工工艺中二氧化碳减排策略 4.1 二氧化碳存储技术 煤化工工艺中的二氧化碳存储技术涉及对废气中的二氧化碳进行收集、分离，并通过压缩处理后输送至未完全开采的煤层或油气层，相关研究指出，将大量二氧化碳注入油气层可在一定程度上提高回采率，同时减少大气污染，并提升地下煤矿的利用价值，该技术操作简单、经济高效，效果良好。此外，还可通过管道将压缩后的二氧化碳输送至海底深处，尽管存在与海水反应形成碳酸盐的问题，以及地壳运动可能导致气体释放到大气中的安全隐患，因此，目前仍需要研究人员进一步完善该技术以应对这些挑战3。4.2 二氧化碳循环利用技术 二氧化碳气体的循环利用技术被广泛视为一项有益的资源再利用手段，契合绿色生产理念，并在煤化工产业中成为二氧化碳减排的主流趋势，在煤化工工艺中，产生的二氧化碳气体具有高浓度和多种杂质，这使得其循环利用面临一定挑战。近年来，煤化工企业通过采用超临界萃取技术对二氧化碳气体进行循环再利用的工艺进行了优化，这种技术以其简便操作、工艺简约、高萃取率和易分解的特性备受关注。二氧化碳气体具有化学性质稳定、无毒无刺激、低成本等特点，适用于作为临界萃取剂，可从天然香料中提取出高附加值的热敏性组分（如图 1 所示）。图 1 二氧化碳循环利用技术 4.3 二氧化碳的分离和输送技术 在煤化工工艺中，采用先进的二氧化碳分离和输送技术是极为重要的，这一过程涉及多个步骤，其中包括高效的分离、安全的输送和有效的监测。一方面，二氧化碳的分离是关键的环节，常见的分离方法包括物理吸附、化学吸收和膜分离等，物理吸附利用吸附剂选择性地吸附二氧化碳；而化学吸收则通过溶液中的特定化学反应将二氧化碳吸收；膜分离采用半透膜来选择性地分离二氧化碳。通过这些方法，可以高效地从煤化工产生的气体中提取出纯净的二氧化碳。另一方面，一旦二氧化碳被分离出来，需要安全而高效地进行输送，输送管道系统是常见的方式，确保将捕集到的二氧化碳安全地送至储存或利用地点，这些管道系统必须具备足够的密闭性和耐腐蚀性，以防止二氧化碳泄漏和对环境造成潜在危害。但在输送的同时，建立健全的监测系统至关重要，监测系统可实时追踪二氧化碳的输送情况，监测管道系统的温度、压力等参数，以及检测任何潜在的泄漏风险，这有助于及时发现问题并采取紧急措施，确保输送过程的安全性和可靠性4。4.4 氧化碳的化学转化技术 在煤化工工艺中，化学转化技术是其中一项重要手段，通过将二氧化碳转化成有价值的产物，既能减少温室气体排放，又能实现资源的有效利用。一种常见的二氧化碳化学转化技术是碳捕集与利用，通过使用吸附剂或催化剂，可以捕集煤化工过程中产生的二氧化碳，并将其转化为有机物或其他有用的化合物。例如，利用催化剂将二氧化碳与氢气反应生成甲烷，这不仅降低了温室气体排放，还生产了一种清洁燃气。另一种常见的方式则是二氧化碳的矿化，即将二氧化碳与碱性物质反应形成碳酸盐，这种方法可以通过引入碱性废弃物或天然碱性物质来实现，有效地将二氧化碳长期封存于地下。且在此过程中，还可以利用生物转化技术，如微生物发酵或植物光合作用，这也是一种潜在的二氧化碳减排途径，通过这些生物过程，二氧化碳可以被转化为生物质或其他有机物，实现生态友好型的减排效果。4.5 二氧化碳的转化、固化技术 在煤化工工艺中，为了实现有效的减排策略，需要采用多种技术来转化和固化二氧化碳。二氧化碳的转化技术包括碳捕获和利用，碳捕获技术通过化学吸附或物理吸附等方法从排放源中捕获二氧化碳，将其分离出来以防止直接释放到大气中，捕获后的二氧化碳可用于不同的利用途径，如合成燃料、化学品或其他有价值的产品，从而实现资源的再利用。同时，固化技术是将二氧化碳永久封存的关键步骤，这包括碳中国科技期刊数据库 工业 A-155-封存、岩石矿化等方法。碳封存通过将捕获的二氧化碳注入地下储层，如深层地层或油气田，实现长期的储存；岩石矿化则利用化学反应将二氧化碳转化成稳定的碳酸盐，以固化并封存在岩石中，减少其对大气的贡献5。5 结论 综合研究表明，在当前全球环境保护的背景下，煤化工工艺中的二氧化碳排放问题亟需采取切实有效的减排措施。通过引入先进的碳捕获和储存技术，优化生产流程，以及加强政策引导，可以有效地减少煤化工工艺中的二氧化碳排放。此外，通过鼓励清洁能源的应用和提升能源利用效率，也将为煤化工行业实现可持续发展提供有力支持，这些努力不仅有助于缓解全球气候变化压力，也将为企业走向绿色、低碳的未来奠定坚实基础。参考文献 1赵国良.探究化工工艺的风险识别和安全评价J.山西化工,2022,42(03):228-229.2卫立功,孙东峰.煤化工工艺二氧化碳减排技术研究J.化工设计通讯,2020,46(08):14+21.3孔德会.煤化工工艺过程 CO_2 排放分析及其减排技术J.化工设计通讯,2020,46(03):18-19.4郭琦.煤化工工艺技术评述与展望J.化工管理,2020(09):118-119.5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(07):108-109.