煤化工生产和消费过程的碳利用分析

孟祥瑞

摘 要：考虑到煤化工产品的消费，煤制油、煤制甲醇、煤制化肥等产品在使用过程中会释放碳并将其转化为二氧化碳。而煤制化学品具有较强的留碳能力，产品中的碳可以得到更长久的利用。

关键词：煤化工生产;消费过程;碳利用;分析

1煤化学工业的发展方向和特点

随着各种科学技术的不断发展和应用，煤炭行业相关新产品和新工艺不断出现，创新逐渐成为发展的核心驱动力，促进中国的煤炭、石油和化工产业发展。改革开放40年来，中国煤化工行业在技术和产品创新方面取得了一系列突破。在煤炭气化技术方面，我国的煤气化领域逐渐呈现出长周期、规模化的发展趋势。我国多个高校与科研单位进行多方面合作，成功实现了基于多个喷嘴的日处理量达三千吨级的巨型煤炭气化技术，成为世界上在这个阶段已经掌握了这种技术唯一的国家，为我国煤炭化工行业的大规模化发展提供重要的技术保证。在煤炭液化技术领域，我国相关产业呈现出技术产品多样化、生产工艺高效化的趋势。神华集团作为中国著名的煤化工企业，在不同的煤液化条件和工艺开发出清洁汽油等新产品和新技术。在烷烃、烯烃、芳烃的制造技术上，我国化工产业创新性地提出了基于硅化物的单铁催化方式，大大提高了以甲烷为原料的各种烃类产品的生产效率。

2煤化工企业安全生产现状

煤化工行业通常是指以化学加工为主要原料，将煤转化为固体、液体和气体的过程。在煤化工企业的日常生产过程中，无法避免对人体的危害，因此加强煤化工企业的安全生产十分重要。准确来说，煤炭化工企业安全生产主要是指一种提前预防措施，借以防止事故的发生，以此来保证广大员工的人身安全，它为煤炭化工企业的正常和稳定的生产提供了重要的安全保障。在煤化工的日常生产过程中，一般都是在高温高压下进行的，整个过程复杂多变，整体反应速度比较快。如果处理不当，很容易失去控制，进而导致一系列安全事故现象的发生。中国是一个能源分配不平衡的国家，一般来说，石油和天然气十分稀缺，但煤炭资源非常丰富。近年来，煤化工企业发展势头迅猛，发展规模越来越大，随着单罐储量的不断增加，一些煤化工产品往往不能很好的控制整体。常常存在一些煤化工产品整体控制不到位的现象发生。随着煤化工企业综合装置规模不断扩大，在短时间内提升了单个装置处理物料的总量，与此同时还应该把原先独立运转装置充分连接起来，使得他们之间能够联系更加密切。因此通常一个设备出现问题，会严重影响其他设备的安全稳定，进而给整个系统带来不稳定。

3 现代煤化工产品生产过程中典型的碳排放

现代煤化工产品生产技术主要是以煤炭为原料进行转化，经过一系列的工艺变换过程，在酸性气体脱除工艺环节中会产生大量的二氧化碳并排放出去，而且这个过程中的二氧化碳浓度较高，属于工艺碳排放。另外，在煤炭转化的其他工艺环节中也有二氧化碳的排放，像蒸汽、电力等系统环节中排放的二氧化碳，这些是属于公共碳排放，浓度相对而言较低，在烟道气中存在。工艺碳排放和公共碳排放是煤转化过程中单位产品的二氧化碳排放量，公用设施较少且工艺过程相对较短的，其二氧化碳的排放量就较少，相反则会增多。

4 煤化工行业节碳能力分析

4.1 煤化工行业运行现状

煤制氮化肥、煤制甲醇已成为行业主流，电石已成为乙炔化工最重要的原料。我国现代煤化工自2005年以来发展迅速，目前已形成了较大的工业规模，成为煤炭清洁高效利用和油气替代的重要途径。煤化工生产中未利用的碳仍将主要以CO2的形式排放。由于不同的煤炭消耗量和不同的产品含碳量，生产单位产品的CO2排放值也有较大的差异。根据煤转化单位的碳排放量，煤化工的CO2排放值在2.1 t / tce到2.5 t / tce之间。燃煤发电的总碳转化为二氧化碳，每单位碳排放煤炭转化为3.1吨/吨标煤0.855（100% - -2%）44/123.1 t /吨标煤根据标准煤0.855 t / t的碳含量和碳灰渣率2%。即煤化工与燃煤发电、转换数据来源：1）石油化工规划研究院统计;2）中国氮肥行业协会统计;3）中国电石行业协会统计。

4.2煤化工生产过程碳排放

生产单位CO2排放、煤转化单位CO2排放、能源产品热值单位CO2排放。计算过程如下：（1）二氧化碳排放单位产品（单位产品的碳原煤+单位产品的碳的燃料煤）——（单位产品的碳+碳每+碳副产品灰渣）4412年的灰渣碳包括煤炭气化灰渣碳和燃煤锅炉灰渣碳。夹带流动气化炉渣中残余碳的设计值一般小于1%。实际生产受到煤质、反应条件等因素的影响。粗煤渣的残碳率一般小于5%，细煤渣的残碳率一般大于15%甚至更高，分别为2%和20%。燃煤锅炉产生的粉煤灰和炉渣含碳量与燃煤品质、锅炉运行参数和运行负荷有关。粉煤灰的碳含量是0.74%ー2.1%，渣的碳含量是0.6%ー3.11%。（2）转化单位煤二氧化碳排放值生产单位产品二氧化碳排放值（单位产品原料煤消耗量+单位产品燃料煤消耗量）（3）生产单位热值能源产品二氧化碳排放值生产单位产品热值。煤化工生产中未利用的碳仍将主要以CO2的形式排放。由于不同的煤炭消耗量和不同的产品含碳量，生产单位产品的CO2排放值也有较大的差异。根据煤转化单位的碳排放量，煤化工的CO2排放值在2.1 t / tce到2.5 t / tce之间。燃煤发电的总碳转化为二氧化碳，每单位碳排放煤炭转化为3.1吨/吨标煤0.855（100% - -2%）44/123.1 t /吨标煤根据标准煤0.855 t / t的碳含量和碳灰渣率2%。也就是说，与燃煤发电相比，转换单位煤的碳排放强度降低了19% ～ 32%。间接液化路线为0.22 kg / MJ，煤制天然气路线为0.13 kg / MJ。煤发电单位热值308 GCE / kWh、3600 KJ / kWh时，煤发电单位热值碳排放量为0.27 kg / MJ 0.3080.855100%-2% 44 / 12 / 3.60.27 kg / MJ。可以看出，煤转油、煤转天然气路线的CO2排放强度低于燃煤发电。

5煤化工产品消费过程碳利用分析

煤化工产品被广泛使用，消费领域不同，碳产品的命运也不同。总体上，可按煤制燃料、煤制肥料、煤制化学品分别考虑碳去向。煤基燃料主要包括煤基石油、煤基天然气和煤基甲醇（约占煤基甲醇总量的20%）。这些产品在使用中释放碳，转化为二氧化碳，不再具有碳利用的功能。因此，煤基燃料的节碳能力主要体现在生产过程的节能高效上。以煤为基础的肥料是一种肥料，它被喷洒到土壤中，被作物吸收，其中的一些碳进入作物中，被转化成营养物质，然后通过动物或人类的复杂循环释放到大气中，它不是碳中性的。煤基化工主要包括煤基烯烃、煤基乙二醇、电石、煤基甲醇等化工原料（约占煤基甲醇的80%）。这些产品下游生产多种化工产品，碳繼续使用，短期内不会转化为二氧化碳。因此，可以认为煤基化学品具有很强的碳利用功能。在煤化工方面，2018年中国煤化工行业实际节碳能力约1.15亿吨，实际实现节碳约9700万吨。

6结论

总体上、煤炭化工过程具有较高的效率和节碳能力时产生的石油和天然气产品煤为原料，并具有较强的碳保留能力时产生的化学物质，这有利于提高煤炭资源的价值，促进节碳利用煤炭。

参考文献

[1] 阮立军，杨芊.我国现代煤化工产业面临的形势和发展机会[J].煤炭加工与综合利用，2018（02）：1-5+8.

[2] 蔡涛，刘宏卫，包兴.煤化工行业二氧化碳利用技术的分析研究[J].中国煤炭，2018，44（01）：98-105.