浅谈煤化工CO2的捕集和储存

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【摘 要】本文主要就在煤化工项目开工高峰期，如何做好煤化工项目co2的捕集和储存进行探讨。

【关键词】煤化工；CO2储存；节能减排；合成气净化；经济合理；技术先进

近年来，随着中国经济的高速发展，我国对能源的需求量呈现出加速增长的趋势。巨大的能源消耗一方面对我国资源供应提出很大挑战，另外一方面也对我国乃至全球的气候带来一定的影响。因此，我国在满足能源需求的同时，减少CO2气体排放的任务还很重。基于我国缺油少气的能源储存现状，我国的能源结构中以煤炭为主的格局，在相当长的一段时间内不会改变。面对我国严峻的温室气体减排形势，在煤化工的发展中，CO2捕集和储存问题必须得到解决。

从煤炭和石油的元素组成来看，煤的氢/碳原子比在0.2-1.0之间，而石油的氢/碳原子比达1.6～2.0，以煤替代石油生产传统的石油化工产品的过程一般都伴随着氢/碳原子比的调整。从而排放大量的CO2。

1 对煤直接液化、间接液化、煤制烯烃等新型煤化工技术过程中的CO2排放问题进行分析

1.1 煤直接液化过程中的CO2排放

直接液化是把固体状态的煤在高压和一定温度下直接与氢气反应，使煤炭直接转化成液体油品的工艺技术。从反应过程来看，反应系统中的氧主要来自煤中氧，反应环境氢气纯度较高（氢气纯度>80%），反应后氧主要以水中氧的形式排出体系，CO2产率较低。据估计，煤炭直接液化项目的CO2排放量，每吨液化粗油约为2.1t（此数据不包括燃料排放部分）。

1.2 煤间接液化过程中的CO2排放

煤间接液化工艺主要由三大步骤组成：第一是煤的气化；第二是合成；第三是精炼煤间接液化过程中的CO2主要来自气化和合成两步。在煤的气化过程中，需要加入氧气和水蒸气作为气化剂，因此存在以下的CO2生成反应：

C+O2= CO2

CO+H2O= CO2+H2

在合成步骤中，CO2是主要副产物之一，主要来自：

水煤气变换反应 CO+H2O=CO2+H2

采用铁基催化剂的F-T合成反应：

2CO+H2=―CH2―+CO2

甲烷化反应 2CO+2H2=CH4+CO2

歧化反应 2CO=C+CO2

煤间接液化过程生产每吨液化产品的CO2排放量约为3.3t（此数据不包括燃料排放部分）。

1.3 煤制烯烃过程中的CO2排放

煤制烯烃过程包括煤气化、合成气净化、甲醇合成及甲醇制烯烃四项核心技术。煤制烯烃过程中的CO2主要来自煤气化过程，煤气化过程CO2的产生与前述间接液化类似，煤在氧气和水蒸气存在的条件下，发生以下的CO2生成反应：

C+O2=CO2

CO+H2O=CO2+H2

另外，甲醇合成过程要求原料气中的H2和CO的摩尔比接近2：1，而煤气化过程获得的气体中H2/CO摩尔比小于2，需要将一部分CO通过水煤气变换反应生成H2和CO2以满足甲醇合成的要求，这样又会有部分CO2生成。除少量的CO2（占原料气体总量的3%左右）参与甲醇合成反应外，大部分CO2在合成气净化过程中被脱除而进行排放。煤制烯烃过程的CO2排放量按每吨中间产品甲醇计：约2t，按每吨最终产品烯烃计算：约6t（此数据不包括燃料排放部分）。

2 CO2减排研究现状

目前，国内外关于CO2减排研究主要分两个方面：

（1）提高石化能源的利用效率，减少能源的不必要消耗，在节能的同时，降低温室气体的排放，即节能减排。

（2）将主要CO2排放源排放出的CO2收集起来，暂时埋存到地下，以降低空气中温室气体的浓度。该技术被称为二氧化碳捕集及埋存技术，简称CCS （carboncapture and storage）。近几年，该技术逐渐成为温室气体减排技术研究的热点。世界各国纷纷启动二氧化碳捕集及埋存项目。许多研究机构致力于在二氧化碳捕集环节的优化，为降低捕集的成本，关于二氧化碳埋存技术安全性的研究，尚处于模拟计算阶段。煤化工行业CO2减排对策：CO2转化固化、CO2工业循环利用和CO2埋存等。目前采用地下埋存的方法是目前减少CO2排放的唯一有效途径，根据我国煤化工行业分布特点，CO2埋存技术在煤化工行业应用的存在着区位优势。CO2埋存技术在中国应用前景比较开阔， CO2强化煤层气开采技术的开发更具意义。

捕集问题，另一方面可以通过强化采油或强化开采煤层气，获得可观的能源回报。目前我国正处于煤化工高速发展和CO2排放压力巨大的时期，如何在保证煤化工良好快速发展的同时，尽量减少CO2的排放，尽量减少CO2捕集储存技术应用的成本，值得大家继续深入研究讨论。

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