论文部分内容阅读
[摘 要] 研究并分析了煤化工艺优化减排二氧化碳的可能，提出了从工艺源头上实现二氧化碳规模化减排的途径和对策。对各种二氧化碳化学利用技术进行了介绍和分析，应高度关注相关技术的研发。
[关键词] 煤化工 二氧化碳 减排
中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0258-01
引言
中國作为世界上最大的发展中国家，从二十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，大大的降低了我国对进口石油的依赖性。但在煤洁净过程中二氧化碳的排放一直制约着煤化工企业的发展，因此，本文针对煤化工过程中二氧化碳减排技术的研究对煤化工企业的发展意义重大。
1.煤化工过程中二氧化碳的排放分析
煤化工过程如图1所示。
1.1 煤制甲醇过程中的二氧化碳排放
煤制甲醇包含三个过程：煤气化、合成气净化、合成甲醇。在三个过程中，产生二氧化碳的主要为煤气化过程。煤在水和氧气共存条件下会发生反应生成二氧化碳和氢气。其中，生成的氢气是合成甲醇的必要原料，除少量的二氧化碳提供到合成甲醇工艺中，大部分的二氧化碳将会在合成气净化过程中排放掉。据统计，制造一吨甲醇需要排放两吨二氧化碳。
1.2 煤直接液化过程中的二氧化碳排放
在高压和一定温度下的固体煤与氢气反应可以直接生成液体油品，这种工艺成为煤直接液化。该工艺中，二氧化碳的产出率比较低，据统计，每生产一吨液化油需要排放两吨多二氧化碳。这是因为，在反应过程中，煤提供了反应中所需的氧，在高纯度的氢气环境反应下，氧气主要从水中排放，所以，二氧化碳的排放量比较低。
1.3 煤间接液化过程中的二氧化碳排放
煤间接液化包含三个过程：煤气化、合成、精炼。在该工艺中，合成和煤气化是产生二氧化碳的两个重要步骤。这与煤制甲醇情况类似，但是 二氧化碳的产出率要高于煤制甲醇，据统计，每生产一吨液化产品要排放3吨以上的二氧化碳。
1.4 煤制烯烃过程中的二氧化碳排放
煤制烯烃是由煤制甲醇过程深化来的，包含四个过程：煤气化、净化合成气、合成甲醇、甲醇制烯烃。二氧化碳产生过程和煤制甲醇类似，据统计，生产每吨烯烃需要排放二氧化碳6吨多。
2.煤化工过程中二氧化碳减排技术
煤化工企业，二氧化碳的减排技术一般有三种，即二氧化碳的收集保存、循环利用二氧化碳以及对二氧化碳进行化学转化。前两种方法的实用性不高，不能最终减低二氧化碳的总量，目的只是防止二氧化碳排放到大气，对全球环境造成影响。化学转化法是将二氧化碳通过某种工艺转化为替代油的化工产品，但是这种化工产品的附加值比较高。但是对目前来说，这种方法虽然有一定的附加值，也算是变废为宝，保护了环境的同时，达到了减排的目的。
2.1 二氧化碳的收集保存
该技术主要是将二氧化碳收集、分离然后进行压缩，最后通过加压动力将压缩后的二氧化碳经管道运送到海底或者地下深层，最终使二氧化碳长期与大气环境隔离，被保存在深层地质结构中。
近几年，煤化工企业将二氧化碳储存到废弃或没有长远用途的地质结构中，比如说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二氧化碳有很好的隔离性，适合长期储存。根据全球二氧化碳保存技术研究来看，通过向废弃的油气田和煤层中注入高压二氧化碳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二氧化碳可提高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，向其内部注入二氧化碳可以使金属离子和二氧化碳在高压下产生碳酸盐，从而达到固定和隔离二氧化碳的目的。挪威海域中的-1000米砂岩咸水层是世界上最大的二氧化碳保存地，每年都将注入120万吨的二氧化碳。目前，全球正在探索的二氧化碳保存方式为海洋储存，在深部海域，将二氧化碳注入到海水中，在高压环境下形成固态水合物。
但是，地下保存二氧化碳也有一定的危险性，比如说二氧化碳会随着地壳运动逃逸出来，污染环境，增加大气环境的温室效应发生率。此外，注入的二氧化碳具有酸性，和地质结构中的重金属元素起反应，并伴随地壳运动渗透到地下水中，污染部分地下水源。
2.2 二氧化碳的循环利用
煤化工企业可以利用二氧化碳的物理性质对其进行再次利用，目前，广泛应用的技术有：制造灭火器、食品添加剂等等。同时，在干粉煤运输过程中用二氧化碳代替氮气，液态二氧化碳煤浆制造过程中用二氧化碳代替水等技术应用也非常广泛。
在二氧化碳循环利用领域中，超临界萃取技术成为国内外研究的热点。该工艺操作简单、分离回收过程不复杂、过程时间短、萃取率高。二氧化碳作为超临界萃取剂，具有化学稳定性好、容易达到临界条件，安全、经济、获得过程简单等特点。目前，该研究是从天然香料或药物中提取高附加值的热敏性有效成分为主。
2.3 二氧化碳的化学转化
利用二氧化碳的化学特性，利用化学方法将其转化为其他物质再进行利用，从而达到对碳氢原子的经济性利用的目的，该过程称为二氧化碳的化学转化。众所周知，植物的光合作用就是化学转化过程。目前。比较成熟的二氧化碳化学转化技术为利用二氧化碳制备碳酸盐、水杨酸、硼砂、双氰胺、对烃基、苯甲酸等产品。
近几年，国内外研究二氧化碳化学转化利用技术中，利用二氧化碳制造可降解塑料为一大热点。该方法只有少数国家如日本、韩国、美国等能实现年产上万吨的规模，由于受到合成率低的影响，我国对该技术的研究还处在年产千吨左右。目前，国内各大高校及研究单位正加紧该技术的实现。该方法具有重要的环保意义，我们期待高效的合成催化剂被研制出来，实现二氧化碳制可降解塑料的大规模生产。
除了上述利用二氧化碳制造可降解塑料外，利用二氧化碳催化生产基础化工原料也是一大热门。目前比较活跃的催化合成技术研究为：二氧化碳制造甲醇、二甲醚、烃类、合成气、酯类以及羧酸类等，但是这些产品都具有高附加值，希望随着进一步研究，能研制出高效的二氧化碳催化剂。
3.结论
在煤化工企业生产工艺过程中，较为常用的二氧化碳减排技术为：二氧化碳的收集保存、二氧化碳的循环利用以及二氧化碳的化学转化。三种方法都具有自身的优势，二氧化碳的收集保存技术可以储存大量的二氧化碳，在处理规模上具有很的优势，而且深部煤层储存和油气田储存技术非常成熟；二氧化碳循环利用技术中超临界萃取术的研究使得二氧化碳变废为宝；二氧化碳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，该技术可有效的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。
参考文献
[1] 高志文，肖林飞，陈静，夏春谷.二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的研究进展[J].催化学报.2008（09）.
[2] 章日光，黄伟，王宝俊.Co/Pd催化剂上CH4/CO2等温两步反应直接合成乙酸的热力学[J].催化学报. 2008（09）.
[关键词] 煤化工 二氧化碳 减排
中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0258-01
引言
中國作为世界上最大的发展中国家，从二十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，大大的降低了我国对进口石油的依赖性。但在煤洁净过程中二氧化碳的排放一直制约着煤化工企业的发展，因此，本文针对煤化工过程中二氧化碳减排技术的研究对煤化工企业的发展意义重大。
1.煤化工过程中二氧化碳的排放分析
煤化工过程如图1所示。
1.1 煤制甲醇过程中的二氧化碳排放
煤制甲醇包含三个过程：煤气化、合成气净化、合成甲醇。在三个过程中，产生二氧化碳的主要为煤气化过程。煤在水和氧气共存条件下会发生反应生成二氧化碳和氢气。其中，生成的氢气是合成甲醇的必要原料，除少量的二氧化碳提供到合成甲醇工艺中，大部分的二氧化碳将会在合成气净化过程中排放掉。据统计，制造一吨甲醇需要排放两吨二氧化碳。
1.2 煤直接液化过程中的二氧化碳排放
在高压和一定温度下的固体煤与氢气反应可以直接生成液体油品，这种工艺成为煤直接液化。该工艺中，二氧化碳的产出率比较低，据统计，每生产一吨液化油需要排放两吨多二氧化碳。这是因为，在反应过程中，煤提供了反应中所需的氧，在高纯度的氢气环境反应下，氧气主要从水中排放，所以，二氧化碳的排放量比较低。
1.3 煤间接液化过程中的二氧化碳排放
煤间接液化包含三个过程：煤气化、合成、精炼。在该工艺中，合成和煤气化是产生二氧化碳的两个重要步骤。这与煤制甲醇情况类似，但是 二氧化碳的产出率要高于煤制甲醇，据统计，每生产一吨液化产品要排放3吨以上的二氧化碳。
1.4 煤制烯烃过程中的二氧化碳排放
煤制烯烃是由煤制甲醇过程深化来的，包含四个过程：煤气化、净化合成气、合成甲醇、甲醇制烯烃。二氧化碳产生过程和煤制甲醇类似，据统计，生产每吨烯烃需要排放二氧化碳6吨多。
2.煤化工过程中二氧化碳减排技术
煤化工企业，二氧化碳的减排技术一般有三种，即二氧化碳的收集保存、循环利用二氧化碳以及对二氧化碳进行化学转化。前两种方法的实用性不高，不能最终减低二氧化碳的总量，目的只是防止二氧化碳排放到大气，对全球环境造成影响。化学转化法是将二氧化碳通过某种工艺转化为替代油的化工产品，但是这种化工产品的附加值比较高。但是对目前来说，这种方法虽然有一定的附加值，也算是变废为宝，保护了环境的同时，达到了减排的目的。
2.1 二氧化碳的收集保存
该技术主要是将二氧化碳收集、分离然后进行压缩，最后通过加压动力将压缩后的二氧化碳经管道运送到海底或者地下深层，最终使二氧化碳长期与大气环境隔离，被保存在深层地质结构中。
近几年，煤化工企业将二氧化碳储存到废弃或没有长远用途的地质结构中，比如说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二氧化碳有很好的隔离性，适合长期储存。根据全球二氧化碳保存技术研究来看，通过向废弃的油气田和煤层中注入高压二氧化碳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二氧化碳可提高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，向其内部注入二氧化碳可以使金属离子和二氧化碳在高压下产生碳酸盐，从而达到固定和隔离二氧化碳的目的。挪威海域中的-1000米砂岩咸水层是世界上最大的二氧化碳保存地，每年都将注入120万吨的二氧化碳。目前，全球正在探索的二氧化碳保存方式为海洋储存，在深部海域，将二氧化碳注入到海水中，在高压环境下形成固态水合物。
但是，地下保存二氧化碳也有一定的危险性，比如说二氧化碳会随着地壳运动逃逸出来，污染环境，增加大气环境的温室效应发生率。此外，注入的二氧化碳具有酸性，和地质结构中的重金属元素起反应，并伴随地壳运动渗透到地下水中，污染部分地下水源。
2.2 二氧化碳的循环利用
煤化工企业可以利用二氧化碳的物理性质对其进行再次利用，目前，广泛应用的技术有：制造灭火器、食品添加剂等等。同时，在干粉煤运输过程中用二氧化碳代替氮气，液态二氧化碳煤浆制造过程中用二氧化碳代替水等技术应用也非常广泛。
在二氧化碳循环利用领域中，超临界萃取技术成为国内外研究的热点。该工艺操作简单、分离回收过程不复杂、过程时间短、萃取率高。二氧化碳作为超临界萃取剂，具有化学稳定性好、容易达到临界条件，安全、经济、获得过程简单等特点。目前，该研究是从天然香料或药物中提取高附加值的热敏性有效成分为主。
2.3 二氧化碳的化学转化
利用二氧化碳的化学特性，利用化学方法将其转化为其他物质再进行利用，从而达到对碳氢原子的经济性利用的目的，该过程称为二氧化碳的化学转化。众所周知，植物的光合作用就是化学转化过程。目前。比较成熟的二氧化碳化学转化技术为利用二氧化碳制备碳酸盐、水杨酸、硼砂、双氰胺、对烃基、苯甲酸等产品。
近几年，国内外研究二氧化碳化学转化利用技术中，利用二氧化碳制造可降解塑料为一大热点。该方法只有少数国家如日本、韩国、美国等能实现年产上万吨的规模，由于受到合成率低的影响，我国对该技术的研究还处在年产千吨左右。目前，国内各大高校及研究单位正加紧该技术的实现。该方法具有重要的环保意义，我们期待高效的合成催化剂被研制出来，实现二氧化碳制可降解塑料的大规模生产。
除了上述利用二氧化碳制造可降解塑料外，利用二氧化碳催化生产基础化工原料也是一大热门。目前比较活跃的催化合成技术研究为：二氧化碳制造甲醇、二甲醚、烃类、合成气、酯类以及羧酸类等，但是这些产品都具有高附加值，希望随着进一步研究，能研制出高效的二氧化碳催化剂。
3.结论
在煤化工企业生产工艺过程中，较为常用的二氧化碳减排技术为：二氧化碳的收集保存、二氧化碳的循环利用以及二氧化碳的化学转化。三种方法都具有自身的优势，二氧化碳的收集保存技术可以储存大量的二氧化碳，在处理规模上具有很的优势，而且深部煤层储存和油气田储存技术非常成熟；二氧化碳循环利用技术中超临界萃取术的研究使得二氧化碳变废为宝；二氧化碳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，该技术可有效的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。
参考文献
[1] 高志文，肖林飞，陈静，夏春谷.二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的研究进展[J].催化学报.2008（09）.
[2] 章日光，黄伟，王宝俊.Co/Pd催化剂上CH4/CO2等温两步反应直接合成乙酸的热力学[J].催化学报. 2008（09）.