企業(yè)研究論文-發(fā)展煤化工所面臨的CO2排放問題及其對策摘要對我國的二氧化碳(CO2)排放現(xiàn)狀和發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)所面臨的CO2排放問題進(jìn)行了分析，對現(xiàn)有的CO2綜合治理技術(shù)進(jìn)行了歸納和總結(jié)，指出地下儲存是解決CO2排放問題較為可行的方案。關(guān)鍵詞煤化工，CO2排放，減排措施CO2是目前最主要的溫室氣體，溫室氣體的大量排放會導(dǎo)致全球氣候變暖，從而給人類的生產(chǎn)活動帶來不可預(yù)知的災(zāi)難。于1997年通過的京都議定書規(guī)定各發(fā)達(dá)國家必須在2008年到2012年間將CO2排放量消減到1990年以前的水平，為此，許多工業(yè)化發(fā)達(dá)國家加大了對CO2捕集和處理技術(shù)的研究力度。目前我國的CO2排放量已高居世界第二位，雖然現(xiàn)階段對發(fā)展中國家尚未提出減排要求，但我國近年來CO2排放量的快速增長將使我國不得不面對越來越大的國際壓力。2006年，我國原油進(jìn)口量超過1.4億t，原油對外依存度達(dá)44%左右。我國擁有較為豐富的煤炭資源，煤炭保有儲量超過1萬億t，發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)將成為今后一段時期內(nèi)我國化工行業(yè)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。我國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要中明確指出，要“發(fā)展煤化工，開發(fā)煤基液體燃料，有序推進(jìn)煤炭液化示范工程建設(shè)，促進(jìn)煤炭深度加工轉(zhuǎn)化”。近期國家發(fā)改委組織編制了煤化工產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃(征求意見稿)，明確我國將建成七大煤化工產(chǎn)業(yè)區(qū)，從2006年至2020年，我國煤化工總計投資將超過1萬億元。發(fā)展煤化工符合我國多煤少油的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可有效緩解國內(nèi)對進(jìn)口原油的依賴程度，同時采用先進(jìn)的潔凈煤技術(shù)及污染物處理技術(shù)，通過集中處理的方式，可有效減少污染物的排放，相比傳統(tǒng)的煤直接燃燒方式，可大大降低對環(huán)境的污染。然而，發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)也面臨CO2排放的問題，從煤炭和石油的元素組成來看，煤的氫碳原子比在0.2-1.0之間，而石油的氫碳原子比達(dá)1.62.0，以煤替代石油生產(chǎn)傳統(tǒng)的石油化工產(chǎn)品的過程一般都伴隨著氫碳原子比的調(diào)整.從而排放大量的CO2。以下對煤直接液化、間接液化、煤制烯烴等新型煤化工技術(shù)過程中的CO2排放問題進(jìn)行分析。1、煤直接液化過程中的CO2排放直接液化是把固體狀態(tài)的煤在高壓和一定溫度下直接與氫氣反應(yīng)，使煤炭直接轉(zhuǎn)化成液體油品的工藝技術(shù)。見圖1。從反應(yīng)過程來看，反應(yīng)系統(tǒng)中的氧主要來自煤中氧，反應(yīng)環(huán)境氫氣純度較高(氫氣純度80%)，反應(yīng)后氧主要以水中氧的形式排出體系，CO2產(chǎn)率較低。神華上灣煤在日本NEDOL工藝1tdPSU裝置上的CO2產(chǎn)率(daf煤為原料)約為2%，在美國HTI工藝PDU裝置上的CO2產(chǎn)率(daf煤為原料)為0.34%。據(jù)估計，煤炭直接液化項目的CO2排放量，每噸液化粗油約為2.1t(此數(shù)據(jù)不包括燃料排放部分)。2、煤間接液化過程中的CO2排放煤間接液化工藝主要由三大步驟組成：第一是煤的氣化；第二是合成；第三是精煉(見圖2)。煤間接液化過程中的CO2主要來自氣化和合成兩步。在煤的氣化過程中，需要加入氧氣和水蒸氣作為氣化劑，因此存在以下的CO2生成反應(yīng)：C+O2=CO2CO+H2O=CO2+H2在合成步驟中，CO2是主要副產(chǎn)物之一，主要來自：水煤氣變換反應(yīng)CO+H2O=CO2+H2采用鐵基催化劑的F-T合成反應(yīng)：2CO+H2=CH2+CO2甲烷化反應(yīng)2CO+2H2=CH4+CO2歧化反應(yīng)2CO=C+CO2煤間接液化過程生產(chǎn)每噸液化產(chǎn)品的CO2排放量約為3.3t(此數(shù)據(jù)不包括燃料排放部分)。3、煤制烯烴過程中的CO2排放煤制烯烴過程包括煤氣化、合成氣凈化、甲醇合成及甲醇制烯烴四項核心技術(shù)(見圖3)。煤制烯烴過程中的CO2主要來自煤氣化過程，煤氣化過程CO2的產(chǎn)生與前述間接液化類似，煤在氧氣和水蒸氣存在的條件下，發(fā)生以下的CO2生成反應(yīng)：另外，甲醇合成過程要求原料氣中的H2和CO的摩爾比接近2：1，而煤氣化過程獲得的氣體中H2CO摩爾比小于2，需要將一部分CO通過水煤氣變換反應(yīng)生成H2和CO2以滿足甲醇合成的要求，這樣又會有部分CO2生成。除少量的CO2(占原料氣體總量的3%左右)參與甲醇合成反應(yīng)外，大部分CO2在合成氣凈化過程中被脫除而進(jìn)行排放。煤制烯烴過程的CO2排放量按每噸中間產(chǎn)品甲醇計：約2t，按每噸最終產(chǎn)品烯烴計算：約6t(此數(shù)據(jù)不包括燃料排放部分)。4、發(fā)展煤化工面臨較大的CO2排放壓力根據(jù)國家發(fā)改委煤化工產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃(征求意見稿)的初步規(guī)劃，到2020年煤制油的發(fā)展規(guī)模將達(dá)到3000萬ta，煤制烯烴規(guī)模將達(dá)到800萬ta，煤制甲醇將超過6000萬ta(含煤制烯烴所需甲醇用量)。按照各種煤化工工藝路線的平均CO2排放量進(jìn)行估算，屆時生產(chǎn)上述煤化工產(chǎn)品所排放的CO2將超過2億t，因此發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)面臨較大的CO2排放壓力。5、CO2治理技術(shù)目前的CO2治理技術(shù)可歸納為以下三個方面：(1)CO2儲存技術(shù)；(2)CO2轉(zhuǎn)化技術(shù)；(3)CO2循環(huán)利用技術(shù)。在以上三個方面的治理技術(shù)中，(1)和(3)并不能減少CO2的總量，但能阻止和延緩CO2對大氣環(huán)境的影響，而(2)則可以通過把CO2轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)來減少CO2的總量。下面分別對以上三個方面的CO2治理技術(shù)作簡要介紹。5.1、CO2儲存技術(shù)CO2儲存技術(shù)是通過對CCO2進(jìn)行收集、分離和壓縮，然后通過管道，在動力的作用下，送人地下或海底，儲存在地質(zhì)構(gòu)造中，使之在相當(dāng)長的時間內(nèi)與大氣隔絕，從而起到控制大氣中CO2濃度的目的。目前，在研究或已采用的用于儲存CO2的主要地質(zhì)體包括：(1)開采的和不經(jīng)濟(jì)的或耗竭的油氣儲；(2)深部不可開采煤層；(3)陸上或海上深部咸水儲集層；(4)海洋。氣田、油田和深部煤層作為常規(guī)的地質(zhì)圈閉，從理論上說能夠在足夠長的時間內(nèi)保持隔離狀態(tài)，不被釋放到