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发布：2026-05-20 · 事件：2026-05-20 18:25:45

摘要 为解决煤化工工艺中的碳排放问题，介绍了煤化工工艺中二氧化碳的主要排放环节和相关减排技术，分析了捕集与封存、循环利用、化学转化等多种减排技术的应用现状，提出了引入绿电、绿氢以及推广直接空气捕集（DAC）技术的低碳发展思路，促进了煤化工行业在碳中和目标下的绿色转型与可持续发展。 随着全球气候变化问题的日益严重，碳排放的控制与减少已成为各国关注的焦点。作为温室气体排放的主要来源之一，二氧化碳的减排在应对气候变化中扮演着关键角色。

氢能双碳煤炭环保

摘要 为解决煤化工工艺中的碳排放问题，介绍了煤化工工艺中二氧化碳的主要排放环节和相关减排技术，分析了捕集与封存、循环利用、化学转化等多种减排技术的应用现状，提出了引入绿电、绿氢以及推广直接空气捕集（DAC）技术的低碳发展思路，促进了煤化工行业在碳中和目标下的绿色转型与可持续发展。 随着全球气候变化问题的日益严重，碳排放的控制与减少已成为各国关注的焦点。作为温室气体排放的主要来源之一，二氧化碳的减排在应对气候变化中扮演着关键角色。煤化工产业由于依赖化石燃料，在生产过程中产生大量二氧化碳，是高碳排放行业之一。近年来，国际社会相继提出碳中和目标，各国纷纷出台政策、推行技术以实现产业低碳化，煤化工行业面临着从传统高碳模式向绿色低碳发展的迫切需求。在此背景下，如何有效减少煤化工过程中的二氧化碳排放已成为研究的重点，探索创新技术和优化工艺路径，对实现“碳中和”目标具有重要意义。 1  煤化工工艺中的二氧化碳排放来源 煤化工工艺在能源转化过程中产生了大量的二氧化碳排放，主要源于煤炭在气化、液化和合成反应中的碳基转化。煤制甲醇工艺是重要的排放环节之一，该过程包括煤气化和甲醇合成。在煤气化过程中，煤在氧气和水蒸气环境下反应生成一氧化碳和氢气，但也产生大量二氧化碳，随后在甲醇合成过程中，一氧化碳与氢气反应，生成甲醇的同时继续释放二氧化碳。因此，煤制甲醇的每个步骤都不可避免地伴随碳排放。据统计，每生产 1t 甲醇通常会排放 2t 二氧化碳，这使得该工艺成为煤化工中较为显著的二氧化碳排放源。 此外，煤制油和焦化工艺也对二氧化碳排放产生了重要影响。煤制油包含直接液化和间接液化两种方式，其中，直接液化通过煤与氢气的高温反应生成液体燃料，但在反应过程中形成大量二氧化碳。间接液化则通过煤气化生成合成气，再转化为液态油品，涉及多步催化和精炼处理，在氢气与一氧化碳反应的催化环节进一步生成二氧化碳。同样，煤制烯烃和焦化工艺也是主要的二氧化碳排放源。在煤制烯烃过程中，甲醇合成及后续的烯烃生成步骤会产生显著的二氧化碳排放量，而焦化工艺中，煤炭在高温下的分解反应使得煤气和焦炭产出同时伴随二氧化碳释放。这些工艺流程在能源转化和生产效率上虽有显著效益，但也面临减排压力，对环境产生深远影响。 2  二氧化碳减排的技术路径 为了有效应对煤化工工艺中的高碳排放，实现“碳中和”目标，二氧化碳减排技术的应用至关重要。三种核心处理技术路径见图 1 ，这些技术分别从二氧化碳的收集、再利用以及转化方面入手，为煤化工行业提供了多样化的减排解决方案。通过系统实施这些技术路径，不仅可以显著降低二氧化碳的排放，还能够推动资源的高效利用，为煤化工行业的绿色转型奠定基础。 2.1  捕集与封存技术 捕集与封存技术（ CCS ）是煤化工工艺中减少二氧化碳排放的关键手段之一。其基本原理是将工业生产中产生的二氧化碳进行分离、压缩后注入地下，达到长期封存的目的。这一技术广泛应用于油气田和天然气井的地质层中，封存的二氧化碳不仅能减少温室气体排放，还能够用于提高油气田的采收率，提升资源的经济利用率。捕集与封存技术通常需要高纯度的二氧化碳作为原料，因此在煤化工工艺中，二氧化碳分离是一个重要环节。通过化学吸收、物理吸附和膜分离等多种方法，可以将气体中的二氧化碳进行富集，提高捕集效率。 在煤化工领域， CCS 技术的实施受到一定的技术成本限制，其中包括二氧化碳捕集、压缩、运输和注入封存各个步骤的成本。目前，国内已经建成了一些百万吨级的示范项目，例如，在鄂尔多斯和榆林等地的煤化工基地，成功实现了二氧化碳的封存和资源化利用。在这些项目中，采用的二氧化碳主要来源于煤气化和甲醇制备等过程中提纯的高浓度二氧化碳，极大提高了封存的效率。尽管技术成熟度和经济性限制了该技术的大规模应用，但随着碳中和目标的提出和碳交易市场的推进， CCS 技术的推广具备更大的潜力和必要性。 2.2  循环利用技术 循环利用技术是指对二氧化碳主要进行循环利用操作，在达到节能减排的同时，对二氧化碳气体进行二次利用。但是这些回收再利用的二氧化碳中含有大量的杂质气体，只能用于制造灭火器、食品添加剂等。循环利用技术主要依靠二氧化碳的物理性质进行再次利用，其技术发展至今，诞生出一种超临界萃取技术，通过让二氧化碳作为超临界萃取剂，充分将二氧化碳进行回收再利用。 循环利用技术的应用不仅有效地减少了大气中的二氧化碳含量，同时在资源利用方面具有重要的经济效益。超临界萃取技术在二氧化碳循环利用中的作用尤为突出，这项技术通过控制二氧化碳在超临界状态下的溶解性和扩散性，使其成为高效的溶剂，从而实现对二氧化碳的分离和净化，进一步提高了资源利用率。这种方法相较于传统的回收技术，不仅简化了二氧化碳的回收流程，还提高了纯度，使得其能够更广泛地应用于制造合成材料、化工催化剂和生物制品等高附加值产品。此外，二氧化碳循环利用技术的不断创新还推动了煤化工领域在低碳环保方面的进步，帮助实现煤化工工艺的绿色转型。 2.3  化学转化技术 化学转化技术在我国的煤炭企业当中应用较少，主要在某些大型煤炭企业中有所应用。该类别的二氧化碳减排技术主要是通过一定的化学方法，将二氧化碳转化为其他的有用物质，对其中的碳氢原子进行再次利用。目前，我国主要的化学转化技术是用来制备水杨酸、硼砂、双氰胺、对炔基、苯甲酸、碳酸盐等。 化学转化技术通过催化反应、加氢反应及高温高压条件等多种手段，将二氧化碳转化为其他高附加值的化学品，这不仅能有效降低二氧化碳排放，还为企业增加了潜在的经济收益。近年来，随着催化技术和化学反应条件的不断优化，二氧化碳的化学转化方式逐渐多样化，应用范围也在扩大。例如，通过催化作用将二氧化碳转化为甲酸、甲醇、烯烃等物质，广泛应用于能源、农业和化工等领域。此外，利用二氧化碳制备的碳酸盐和聚合物等材料逐渐在建材和塑料制品中得到应用。 该技术在工业化应用中依然面临一些挑战，如反应条件苛刻、转化效率不稳定以及成本较高等问题。通过引入新型催化剂和反应设备的创新，化学转化技术有望实现高效、低成本的应用。在碳中和目标的背景下，化学转化技术在未来的煤化工工艺中有着广阔的应用前景，将助力实现煤化工行业的绿色低碳转型。 3  基于碳中和的前沿技术耦合 3 . 1  绿电与绿氢的应用 绿电与绿氢的应用在煤化工领域具有显著的碳减排潜力，是实现碳中和的重要前沿技术之一。利用光伏发电和风力发电等清洁能源为煤化工提供电力，可以有效减少对传统火电的依赖，降低二氧化碳的间接排放。同时，绿氢作为一种清洁氢源，通过电解水生成，可用于取代煤化工生产过程中依赖的化石氢气。在煤气化等过程中引入绿氢，不仅能够减少生产环节的碳排放，还能优化工艺流程，提升能源利用效率。绿电和绿氢的耦合应用正在逐步推广，尤其是在煤化工与氢能技术的结合方面，这种方案显现出较强的减碳效果。 随着绿电和绿氢技术的逐步成熟及成本下降，煤化工行业可以借此优化生产结构，通过在制氢、气化、精炼等环节中使用绿氢，减少工艺中的二氧化碳生成。在实际应用中，将绿电和绿氢整合到煤化工基地，不仅能够实现能源的就地生产和利用，还能减少能源输送过程中的损耗。通过推广此类前沿技术，可以加快煤化工产业的绿色转型，显著提升行业的可持续发展能力。 3 . 2 DAC （直接空气捕集）技术 直接空气捕集（ DAC ）技术是通过直接从空气中捕集二氧化碳的方式来减少温室气体排放，为实现碳中和目标提供了新的路径。在 DAC 系统中，二氧化碳通过化学吸附或物理吸附的方式从大气中分离，然后经压缩与处理后，实现封存或资源化利用。与传统的工业捕碳方法不同， DAC 能够有效地减少空气中的二氧化碳浓度，因此，在降低温室气体浓度方面有着独特的优势。 在煤化工领域， DAC 技术的应用可以弥补生产过程中的碳排放，使整个产业链的碳足迹趋于中和。 DAC 技术生成的二氧化碳不仅可被封存，还可用于化学转化，进一步制成甲醇、碳酸盐等产品，为煤化工生产提供资源。同时， DAC 的模块化设计使其适用于煤化工基地的多种应用场景，可以因地制宜地部署于能源密集型设施附近，通过捕集和利用二氧化碳，显著增强碳减排效果。然而， DAC 技术目前仍面临高能耗和成本高昂的问题，这限制了其大规模推广。 4  煤化工工艺的优化与升级 4 . 1  产业结构优化 产业结构优化是推动煤化工工艺减碳增效的重要措施，通过合理调整煤化工产业链布局，集中资源进行高附加值产品的开发，可以有效提升资源利用效率，降低碳排放强度。针对不同煤化工产品的市场需求，将资源更多地分配到低排放、高效率的生产环节中，减少资源浪费，避免高耗能、低产出的无效投入。优化后的产业结构还能够实现煤化工的集约化发展，推动技术共享和资源整合，降低整体的碳足迹。 此外，构建煤化工产业园区模式，将煤制气、煤制油、煤制化工品等不同工艺组合在同一区域内，形成一个高度整合的工业系统，有助于提升区域性减排效率。通过共享能源供应和废弃物处理系统，可以减少各工艺的单独碳排放量，形成协同减排的生态模式。产业结构优化也将推动产业链延伸，在确保主业生产稳定的同时拓展副产物利用，如废气再利用、水资源循环等方面的应用，从而实现煤化工产业的可持续发展。 4 . 2  节能增效措施 为推动煤化工工艺的节能减排，许多企业采用了先进的节能增效措施。通过提升能源利用效率和减少不必要的能耗，这些措施在降低二氧化碳排放的同时，也显著提高了生产的经济效益。几种常用的节能减排措施及其具体应用效果见表 1 ，通过对比能耗和碳排放数据，进一步说明各项技术在节能减排方面的作用。 从表中可以看出，各项节能措施在降低能耗方面效果显著。其中，余热回收系统以 28 ％的能耗减少率居于首位，显示出其在高温工艺中的巨大节能潜力。此外，智能化监控系统和自动化控制系统的实施不仅提高了能源利用效率，还实现了生产过程的精准调节，降低了能耗波动，为煤化工行业提供了稳定的节能解决方案。值得注意的是，改进煤气化工艺和使用节能型设备在减少能耗和二氧化碳排放方面表现出色，分别减少了 9 000t 和 4 800t 的二氧化碳排放。这表明，通过优化核心工艺和设备配置，可以有效减少温室气体排放，符合“碳中和”目标。总的来说，这些节能增效措施在提升资源利用率和减少环境污染方面具有重要的实际意义，未来可以进一步推广和应用，以助力煤化工行业的绿色转型和可持续发展。 5  结语 本文围绕“碳中和”目标下煤化工工艺的二氧化碳减排问题进行了系统分析，指出了煤化工过程中碳排放的主要来源，并探讨了多种减排技术的应用潜力。捕集与封存、循环利用、化学转化等技术在当前煤化工工艺中具有良好的减排效果，而绿电与绿氢的引入以及 DAC 等前沿技术的推广，将在未来进一步提升减排效率。为实现煤化工的低碳转型，行业需加强技术创新，优化产业结构，并在政策和市场的支持下推动清洁能源的应用，促进行业的迅猛发展。 （本文内容来源： 姚帆. 基于碳中和的煤化工工艺中二氧化碳减排技术探讨[J]. 化肥设计, 2025, 63(02): 69-72. ） 中国节能协会碳中和专业委员会秘书处 电话： 010-63839809 邮箱： cnc@cecaweb.org.cn 地址： 北京市丰台区看丹街道五圈南路30号院1号楼B座509 秘书长： 张军涛 13552070628 常务副秘书长： 王 挺 15210302808 副秘书长： 张京良 18618188220 零碳项目部部长： 汪 琼 13810350121 免责声明: 本公众号部分内容来源于合作媒体、企业机构、网友提供和互联网等公开资料，仅供访问者个人学习、参考、研究、交流或欣赏之用，并已表明出处。本公众号对站内所有资讯的内容、观点保持中立，不对其准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。如涉及版权等问题，请及时联系我们，我们将在第一时间妥善处理。