煤焦二氧化碳?xì)饣に嚨暮侠硇苑治?/h1>
2015-06-29 10:54甄志偉河北旭陽焦化有限公司河北保定100107
安徽化工 2015年2期
甄志偉（河北旭陽焦化有限公司，河北保定100107）
煤焦二氧化碳?xì)饣に嚨暮侠硇苑治?/p>
甄志偉
（河北旭陽焦化有限公司，河北保定100107）
摘要：提出了二氧化碳在焦化中還原為一氧化碳，并加以利用的設(shè)想，從而將二氧化碳重新引入化工鏈。它可以作為煤清潔利用的手段，也是減少大氣中二氧化碳的一種途徑，一旦實(shí)現(xiàn)，則具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
關(guān)鍵詞：煤焦；氣化；二氧化碳利用；一氧化碳
1 引言
我國有很大的煤炭儲備資源，是世界上最大的煤炭產(chǎn)出國和消費(fèi)國，但是現(xiàn)階段煤炭利用合理性不強(qiáng)，利用率僅為27%[1，2]。我國煤污染嚴(yán)重，大氣中燃煤所釋放的SO2占到全國總排放量的87%，CO271%、NO 67%、粉塵60%[1]。二氧化碳的大量排放形成溫室效應(yīng)，但是二氧化碳若利用好又是寶貴的碳資源。本文主要分析煤焦二氧化碳?xì)饣に囎鳛椤懊焊咝Ю猛瑫r作為減輕溫室效應(yīng)途徑”的優(yōu)勢和可能性。
2 煤焦二氧化碳?xì)饣に嚨膬?yōu)勢
2.1解決二氧化碳污染問題
二氧化碳再利用首先要解決二氧化碳的捕集回收和儲存問題。目前，為減輕溫室效應(yīng)，可以將二氧化碳掩埋在地下，但是此技術(shù)目前還不成熟，且將二氧化碳捕集下來的成本較高，若要將其埋存在地下不但經(jīng)濟(jì)性差，且會有風(fēng)險，如大量CO2逃逸進(jìn)入大氣環(huán)境，將造成地下水污染，誘發(fā)地震活動，引起地面沉降或升高[3]。其它的二氧化碳應(yīng)用途徑有催化加氫合成甲醇和二甲醚、烴類、羧酸、尿素；超臨界CO2萃取技術(shù)合成碳酸鈣碳酸鎂、可降解塑料、膨化煙絲等[4-6]。其中二氧化碳合成碳酸鈣碳酸鎂、可降解塑料、尿素、膨化煙絲技術(shù)成熟，但是用量小，不能作為解決溫室效應(yīng)的途徑。其它的二氧化碳應(yīng)用技術(shù)還不成熟，且易造成二次污染。
熱電廠、煉鋼企業(yè)的廢氣中含有大量二氧化碳，可以將其捕獲后進(jìn)行煤焦氣化反應(yīng)。
下面計算此工藝的耗煤量和消耗的二氧化碳量。
按等化學(xué)計量比計算（反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需考慮吸熱量。對于二氧化碳?xì)饣瘎?，可以將二氧化碳與氧氣按一定配比混合，解決吸熱問題，或直接用清潔能源提供熱量），按生產(chǎn)1×106m3一氧化碳計算，二氧化碳消耗量為5×105m3，結(jié)果見表1。
表1 空氣、二氧化碳?xì)饣瘎┫膶Ρ?/p>
表1表明生產(chǎn)相同量的一氧化碳，二氧化碳做氣化劑相比氧氣做氣化劑消耗煤炭量大大減少。對于水蒸氣做氣化劑的情況，由于氣化產(chǎn)物有氫氣（也是一種能源），所以不便做耗能上的優(yōu)劣對比。但要對比消耗的碳量，同樣按生產(chǎn)1×106m3一氧化碳計算，水蒸氣氣化劑耗碳735.27 kg（按反應(yīng)方程式計算的理論值），遠(yuǎn)大于二氧化碳?xì)饣瘎┑暮奶剂俊?/p>
可見，此工藝可以節(jié)約碳資源，不但沒有排放二氧化碳，而且利用了二氧化碳資源。產(chǎn)物一氧化碳是最重要的碳基合成有機(jī)化工產(chǎn)品原料，它可以制備光氣；通過羧基化反應(yīng)制備醇、醛、酸、酯、酐、醚、酰胺；并且CO 與H2的混合氣可以合成液體燃料和其它一系列化學(xué)品[7]。尤其是費(fèi)托法合成烴（如乙烯）最為重要。乙烯工業(yè)是石油化工產(chǎn)業(yè)的核心，乙烯產(chǎn)品占石化產(chǎn)品的70%以上，所以一氧化碳為原料的費(fèi)托合成法制乙烯使煤替代石油成為可能。自從石油危機(jī)以來，很多國家大力發(fā)展此項目，日本和南非已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[7]。
2.2實(shí)現(xiàn)煤清潔利用
目前工業(yè)化的煤氣化反應(yīng)主要以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作氣化劑，氣化所得的氣體包括一氧化碳、氫氣和甲烷等。水蒸氣為氣化劑的煤氣化反應(yīng)的活性遠(yuǎn)大于二氧化碳為氣化劑的煤氣化反應(yīng)[8-9]，且很早就實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，但也存在能源利用不合理和污染環(huán)境問題，如循環(huán)洗滌水中有氰、氨等污染物[9]。產(chǎn)生氣中的一氧化碳經(jīng)轉(zhuǎn)化工段轉(zhuǎn)化為二氧化碳，不能有效利用一氧化碳，且產(chǎn)生的二氧化碳排入大氣中造成污染。
二氧化碳做氣化劑的獨(dú)特優(yōu)勢：此工藝中煤氣化所得氣體中大部分為一氧化碳，少部分為二氧化碳，沒有氫氣。在分離少量二氧化碳后，可以得到純凈的一氧化碳?xì)怏w，從而將二氧化碳重新引入化工產(chǎn)業(yè)鏈，重新利用了二氧化碳中寶貴的碳資源。
該工藝如果實(shí)現(xiàn)，首先，可以節(jié)省煤炭資源；其次，不但沒有排放二氧化碳，而且能解決二氧化碳污染問題；第三，可以將二氧化碳作為碳資源重新引入化工鏈進(jìn)而得到純凈的一氧化碳。但是，煤焦二氧化碳?xì)饣磻?yīng)活性低，且其反應(yīng)速率比水蒸氣氣化反應(yīng)速率慢很多[8-9]，所以反應(yīng)活性低是面臨的主要問題，有待進(jìn)一步研究。
3 結(jié)束語
綜上所述，煤焦二氧化碳?xì)饣夹g(shù)可以作為煤清潔利用和減少二氧化碳排放的研究方向。雖然技術(shù)上可行，但實(shí)現(xiàn)工業(yè)化為時尚早，還需要解決回收、儲存問題，同時還存在轉(zhuǎn)化為一氧化碳的技術(shù)問題。但煤焦二氧化碳?xì)饣夹g(shù)一旦成功，將有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用前景廣闊。
參考文獻(xiàn)
[1]余力.中國煤炭資源的開發(fā)和利用[J].中國煤炭，2008，34（6）：27- 31.
[2]宣能嘯.我國能源效率問題分析[J].煤炭經(jīng)濟(jì)研究，2004（9）：4- 7.
[3]李雪靜，喬明.二氧化碳捕獲與封存技術(shù)進(jìn)展及存在的問題分析[J].中外能源，2008，13（5）：104- 107.
[4]陳桂林.漫談二氧化碳（CO2）[J].氣體分離，2007（5）：28- 43.
[5]王奔，陳紅萍，芮玉蘭，等.甲醇和二氧化碳合成碳酸二甲酯的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2010（29）：305- 309.
[6]甘芝霖，于明，胡雪芳，等.超臨界二氧化碳萃取孜然油工藝技術(shù)研究[J].食品工業(yè)科技，2010，31（8）：283- 289.
[7]戴服管，游家驪.我國工業(yè)廢氣中的一氧化碳及其利用[J].化學(xué)進(jìn)展，1990（1）:29- 48.
[8]楊小風(fēng)，周靜，龔欣，等.煤焦水蒸氣氣化特性及動力學(xué)研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2003，26（4）：46- 50.
[9]張林仙.中國無煙煤焦氣化活性的研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報，2006，34（3）:265- 269.□
doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.02.022
中圖分類號：TQ54
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號：1008- 553X（2015）02- 0061- 02
收稿日期：2014- 12- 01
作者簡介：甄志偉（1985-），男，助理工程師，從事煤焦化技術(shù)工作，15033205035。
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甄志偉（河北旭陽焦化有限公司，河北保定100107）
煤焦二氧化碳?xì)饣に嚨暮侠硇苑治?/p>
甄志偉
（河北旭陽焦化有限公司，河北保定100107）
摘要：提出了二氧化碳在焦化中還原為一氧化碳，并加以利用的設(shè)想，從而將二氧化碳重新引入化工鏈。它可以作為煤清潔利用的手段，也是減少大氣中二氧化碳的一種途徑，一旦實(shí)現(xiàn)，則具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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2 煤焦二氧化碳?xì)饣に嚨膬?yōu)勢
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熱電廠、煉鋼企業(yè)的廢氣中含有大量二氧化碳，可以將其捕獲后進(jìn)行煤焦氣化反應(yīng)。
下面計算此工藝的耗煤量和消耗的二氧化碳量。
按等化學(xué)計量比計算（反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，需考慮吸熱量。對于二氧化碳?xì)饣瘎?，可以將二氧化碳與氧氣按一定配比混合，解決吸熱問題，或直接用清潔能源提供熱量），按生產(chǎn)1×106m3一氧化碳計算，二氧化碳消耗量為5×105m3，結(jié)果見表1。
表1 空氣、二氧化碳?xì)饣瘎┫膶Ρ?/p>
表1表明生產(chǎn)相同量的一氧化碳，二氧化碳做氣化劑相比氧氣做氣化劑消耗煤炭量大大減少。對于水蒸氣做氣化劑的情況，由于氣化產(chǎn)物有氫氣（也是一種能源），所以不便做耗能上的優(yōu)劣對比。但要對比消耗的碳量，同樣按生產(chǎn)1×106m3一氧化碳計算，水蒸氣氣化劑耗碳735.27 kg（按反應(yīng)方程式計算的理論值），遠(yuǎn)大于二氧化碳?xì)饣瘎┑暮奶剂俊?/p>
可見，此工藝可以節(jié)約碳資源，不但沒有排放二氧化碳，而且利用了二氧化碳資源。產(chǎn)物一氧化碳是最重要的碳基合成有機(jī)化工產(chǎn)品原料，它可以制備光氣；通過羧基化反應(yīng)制備醇、醛、酸、酯、酐、醚、酰胺；并且CO 與H2的混合氣可以合成液體燃料和其它一系列化學(xué)品[7]。尤其是費(fèi)托法合成烴（如乙烯）最為重要。乙烯工業(yè)是石油化工產(chǎn)業(yè)的核心，乙烯產(chǎn)品占石化產(chǎn)品的70%以上，所以一氧化碳為原料的費(fèi)托合成法制乙烯使煤替代石油成為可能。自從石油危機(jī)以來，很多國家大力發(fā)展此項目，日本和南非已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[7]。
2.2實(shí)現(xiàn)煤清潔利用
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二氧化碳做氣化劑的獨(dú)特優(yōu)勢：此工藝中煤氣化所得氣體中大部分為一氧化碳，少部分為二氧化碳，沒有氫氣。在分離少量二氧化碳后，可以得到純凈的一氧化碳?xì)怏w，從而將二氧化碳重新引入化工產(chǎn)業(yè)鏈，重新利用了二氧化碳中寶貴的碳資源。
該工藝如果實(shí)現(xiàn)，首先，可以節(jié)省煤炭資源；其次，不但沒有排放二氧化碳，而且能解決二氧化碳污染問題；第三，可以將二氧化碳作為碳資源重新引入化工鏈進(jìn)而得到純凈的一氧化碳。但是，煤焦二氧化碳?xì)饣磻?yīng)活性低，且其反應(yīng)速率比水蒸氣氣化反應(yīng)速率慢很多[8-9]，所以反應(yīng)活性低是面臨的主要問題，有待進(jìn)一步研究。
3 結(jié)束語
綜上所述，煤焦二氧化碳?xì)饣夹g(shù)可以作為煤清潔利用和減少二氧化碳排放的研究方向。雖然技術(shù)上可行，但實(shí)現(xiàn)工業(yè)化為時尚早，還需要解決回收、儲存問題，同時還存在轉(zhuǎn)化為一氧化碳的技術(shù)問題。但煤焦二氧化碳?xì)饣夹g(shù)一旦成功，將有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用前景廣闊。
參考文獻(xiàn)
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[4]陳桂林.漫談二氧化碳（CO2）[J].氣體分離，2007（5）：28- 43.
[5]王奔，陳紅萍，芮玉蘭，等.甲醇和二氧化碳合成碳酸二甲酯的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2010（29）：305- 309.
[6]甘芝霖，于明，胡雪芳，等.超臨界二氧化碳萃取孜然油工藝技術(shù)研究[J].食品工業(yè)科技，2010，31（8）：283- 289.
[7]戴服管，游家驪.我國工業(yè)廢氣中的一氧化碳及其利用[J].化學(xué)進(jìn)展，1990（1）:29- 48.
[8]楊小風(fēng)，周靜，龔欣，等.煤焦水蒸氣氣化特性及動力學(xué)研究[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2003，26（4）：46- 50.
[9]張林仙.中國無煙煤焦氣化活性的研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報，2006，34（3）:265- 269.□
doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2015.02.022
中圖分類號：TQ54
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號：1008- 553X（2015）02- 0061- 02
收稿日期：2014- 12- 01
作者簡介：甄志偉（1985-），男，助理工程師，從事煤焦化技術(shù)工作，15033205035。
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