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摘要：目前，伴随着我国经济的快速增长，煤化工企业也迅速发展起来。我国石油对外依存度超过了50%，使用储量丰富的煤炭资源生产替代油化工产品成为必然的现实选择。但在环境保护日益受到重视的今天，发展煤化工产业首先面临的一个问题是CO2的减排。本文对主要的煤化工产业中的煤制甲醇、煤的直接或间接液化、煤制烯烃的生产过程中CO2的排放进行了说明，并详细介绍了几种CO2的减排技术，为煤化工产业在CO2的循环利用提供有益参考。
关键词：煤化工；CO2排放；减排技术；要点
引言
中国作为世界上最大的发展中国家，从20世纪初期便成为了石油进口国，2009年进口石油存储量达到了国内石油存储量的50%，对国外石油的依赖程度较大。随着我国煤化工工艺的发展，煤炭洁净技术逐渐成熟，开始生产出代替石油的化工产品，大大地降低了我国对进口石油的依赖性。但在煤洁净过程中CO2的排放一直制约着煤化工企业的发展，因此，文中针对煤化工过程中CO2减排技术的研究对煤化工企业的发展意义重大。
1概述
作为世界上最大发展中国家的中国,自21世纪初成为石油进口国以来,2009年对外依存度已超过50%,因此以国内丰富的煤炭资源,采用先进的洁净煤技术生产代油化工产品,可有效缓解国内对进口原油的依赖程度,具有重要的战略意义。但是,在发展煤化工产业时,必然面临排放大量CO2的问题,因此在目前煤化工产业快速发展中,研究CO2的排放问题及其减排技术途径显得尤为重要。
2煤化工工艺过程CO2排放
2.1煤制甲醇工艺流程中CO2的排放
煤制甲醇的主要工艺流程包括：煤气化、合成气的净化、合成甲醇。在这一过程中，CO2的排放主要来自煤气化。煤气化指的是煤在气化炉的高温下和氧气及水蒸气及其它气化剂发生气化反应的过程，反应机理非常复杂，其中生成二氧化碳的反应主要有：a.C+O2=CO2；b.CO+H20=CO2+H2。同时，因为煤气化过程获得的H2/CO的摩尔比小于用于合成甲醇的原料气中H2/CO摩尔比（接近2），所以必须将部分CO通过水煤气变换反应生成H2和CO2，这样又再次产生CO2。
2.2煤直接液化工艺过程
煤直接液化工艺的基本原理，是将原本处于固体状态的煤放入高温高压环境下，与氢气发生直接反应，从而将其转化为液体油品。结合反应过程分析，氧气主要来自煤炭本身，在氢气含量较高的反应环境中，氧气在参与反应后会以水的形式排出，产生的CO2很少。以美国HTI工艺为例，CO2的产率一般不会超过0.34%，据统计，煤炭直接液化工艺中，每生产1t液化油品，CO2的排放量约为2.1t。
2.3煤制油间接液化法工艺流程中CO2的排放
煤间接液化石油，主要包括三个步骤：煤气化、煤化气合成、精炼。这一过程CO2主要来自煤气化和煤化气合成。煤气化过程中CO2的生成和煤制甲醇相似。同时，在煤化气的合成阶段也会发生一系列的CO2生成反应，其中主要有：a.水煤气变换反应：CO+H2O=CO2+H2；b.铁基催化剂参与的F-T反应：2CO+H2=CO2+CH2；c.甲烷化反应：2CO+2H2=CH4+CO2；e.歧化反应：2CO=C+CO2。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆据计算，采用间接液化法生产一吨液化产品排放CO2约为3.3吨。
3煤化工工艺过程CO2减排技术
3.1CO2的收集保存
该技术主要是将CO2收集、分离然后进行压缩，最后通过加压动力将压缩后的CO2经管道运送到海底或者地下深层，最终使CO2长期与大气环境隔离，被保存在深层地质结构中。近几年，煤化工企业将CO2储存到废弃或没有长远用途的地质结构中，比如已经开采完成的油气田、经济效益差的石油开采地质结构、没有开采价值或高开采成本的煤层以及深部海域的咸水层。从污染角度讲，深部煤层、废弃油气田等地质结构对CO2有很好的隔离性，适合长期储存。根据全球CO2保存技术研究来看，通过向废弃的油气田和煤层中注入高压CO2可以使煤层或油气田增加回采率，实践表明，向废弃油气田注入高压CO2可提高20%左右的油产量。此外，由于海底深部咸水层含有丰富的金属离子，向其内部注入CO2可以使金属离子和CO2在高压下产生碳酸盐，从而达到固定和隔离CO2的目的。挪威海域中的-1000m砂岩咸水层是世界上最大的CO2保存地，每年都将注入120万t的CO2。
3.2CO2循环利用技术
CO2在社会经济的许多方面发挥着重要作用。例如利用液态CO2气化时和植物迅速分离的特性，可以作为高效率的溶剂使用；液态CO2在放出大量热气时会固化成干冰，干冰广泛应用于食品除残渣、工业模具清洗、印刷清污等等方面，甚至可以用于美容，通过冷冻治疗青春痘。另外，国内外医药行业正在发展一种新型的CO2利用技术，即CO2超临界萃取技术。该技术现阶段研究的主要目的是从一些天然的药物或香料提取高附加值的热敏性有效成分，CO2具有安全性好、原料易于获取、化学性质稳定等优良特性，是超临界萃取技术萃取剂的首选。在煤炭行业，一些利用CO2的新兴技术也在研发和应用。主要的有以下几种：a.利用CO2替代N2进行粉煤的密相输送介质技术。粉煤加压气化的关键技术是密相输送技术。密相输送是气力输送的一种，指的是在密闭管道内输送颗粒状物料（粉煤），并在输送的同时进行加热、干燥、冷却、气流分级等化学或物理操作。用于粉煤密相输送的气体可以是N2或CO2，经研究发现，用CO2代替N2作为输送粉煤的介质，同时CO2还可以充当气化剂在输送过程中与焦煤反应生成CO，明显减少合成气中H2含量，更加有利于合成气的后续煤化工加工。b.利用液态CO2取代或部分取代水煤浆中水制取液态二氧化碳煤浆技术。液态二氧化碳煤浆是近几年开发的一类新型燃料。
3.3CO2转化技术
CO2转化技术主要是结合CO2的化学性质，通过化学反应将其转化为其他物质，然后进行资源化利用，最具代表性的例子就是绿色植物的光合作用，在吸收CO2后，能够生成氧气。而在人工技术领域，可以利用CO2进行水杨酸、双氰胺、碳酸盐等的制备。这里对几种比较先进的CO2转化技术进行简单分析：一是将CO2转化为脂类，如碳酸二甲酯等，转化后的产品具备较高的附加值，能够为企业带来更多的经济利润；二是将CO2转化为可降解塑料。塑料在人们的日常生活中非常常见，应用范围极其广泛，能够为人们提供便利，但是其本身很难降解，在大量使用塑料制品的情况下，由此引发的“白色污染”也变得更加严重，对于生态环境产生了巨大破坏。
结语
在煤化工企业生产工艺过程中，较为常用的CO2减排技术为：CO2的收集保存、CO2的循环利用以及CO2的化学转化。3种方法都具有自身的优势，CO2的收集保存技术可以储存大量的CO2，在处理规模上具有很大的优势，而且深部煤层储存和油气田储存技术非常成熟；CO2循环利用技术中超临界萃取术的研究使得CO2变废为宝；CO2的化学转化技术是目前减排措施的最关键技术，虽然还不能实现大规模的处理，但是，该技术可有效地利用碳氢原子使其转化为油化工产品，提高了碳氢原子的经济效益的同时扩大了煤化工企业的产业规模，应引起科研部门的高度重视。
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论文作者:赵录辉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/22
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