現代煤化工清潔高效的關鍵技術——碳一化工

本文轉自：新華網

以傳統煤、石油等化石燃料為能源的現代工業是碳排放的主要來源之一。作為化工行業重要的碳排放領域，煤化工是未來重點的改造、升級產業。對此，現代煤化工應運而生，其以煤氣化為基礎，基於合成氣催化轉化，有利於汙染物集中脫除和治理，是煤炭清潔高效利用的有效途徑。

其中碳一化工技術是現代煤化工產業的關鍵技術，近10年來在工業化應用上已取得重大成功。

碳一化工（C1化工）是指以一個碳原子化合物（CO、CO

2

、CH

4

、CH

3

OH及HCHO等）為原料，轉化合成化工產品或液體燃料或化工材料的過程，特別是以合成氣（CO+H

2

）為基礎原料的現代煤化工產業。

#FormatImgID_1#

煤氣化裝置（來源：新華網）

碳一化工技術原料及應用

碳一化工技術的傳統原料以煤和重油為主，隨著能源結構的調整以及低碳政策驅動，甲烷資源也逐漸成為原料之一。碳一化工主要應用有以下三個方面：烴和燃料油類合成。含氧化合物合成，例如甲醇、甲酸、甲醛、醋酸、醋酐、高階醇、酯類等。含氮化合物合成，例如氫氰酸、二甲基甲醯胺（DMF）、異氰酸酯（TDI、MDI）、氨基酸類產品等。

碳一化工領域的高效催化技術

碳一化工熱催化技術：碳一化工過程主要是以合成氣和甲醇為基礎物料的熱催化轉化過程，特別是近20年以大規模煤氣化為基礎的現代煤化工產業的迅猛發展，推動了熱催化基礎理論和工藝技術的逐步成熟。如，CO加氫催化轉化為甲烷、烴類油品、甲醇等產物已經實現大規模工業化應用；甲醇催化脫水可以逐步轉化為二甲醚、烯烴、芳烴和汽油等產品，類似於CO加氫催化，CO

2

加氫催化也可以選擇性獲得甲烷、甲醇、二甲醚和烴類化合物如烯烴、芳烴和油品等產品。

碳一化工光電催化：利用光電催化進行二氧化碳還原合成化工產品或燃料，可以解決二氧化碳加氫反應中H2來源問題，有可能實現二氧化碳的負排放。電催化是溶液中的二氧化碳分子或二氧化碳溶劑化離子從電極表面獲得電子而發生還原反應的過程，光催化二氧化碳還原反應以二氧化碳為原料，在可持續太陽能的驅動下將二氧化碳轉化為能源產品和有機化學品。

碳一化工技術的發展前景

近年來，碳一化工領域的高效催化技術、綠色低碳技術、分離淨化技術、反應器大型化、系統最佳化技術等方面，取得了初步工業化或工程化進步，推動了我國能源化工產業的高質量發展。

碳一化工技術的核心是CO、甲醇以及二氧化碳等小分子的催化轉化，探索新的工藝路線和催化劑製備技術，提高催化轉化效率和產品選擇性，降低過程能耗，減少碳排放，將是碳一化工技術發展的關鍵核心要素。

碳一化工涉及的產品繁多，工藝路線繁雜，可使許多有機化工產品從對石油的依賴中轉變到煤上來，還能實現對現有某些工業中的“廢氣”（CO、CO

2

）合理利用，特別是對煤的利用上，真正實現高附加值化及資源、能源、環保的高度統一，推動化工可持續發展。

中國科協科普部