現(xiàn)代煤化工清潔高效的關(guān)鍵技術(shù)——碳一化工

以傳統(tǒng)煤、石油等化石燃料為能源的現(xiàn)代工業(yè)是碳排放的主要來源之一。作為化工行業(yè)重要的碳排放領(lǐng)域，煤化工是未來重點的改造、升級產(chǎn)業(yè)。對此，現(xiàn)代煤化工應(yīng)運而生，其以煤氣化為基礎(chǔ)，基于合成氣催化轉(zhuǎn)化，有利于污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(shù)是現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，近10年來在工業(yè)化應(yīng)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、CO2、CH4、CH3OH及HCHO等）為原料，轉(zhuǎn)化合成化工產(chǎn)品或液體燃料或化工材料的過程，特別是以合成氣（CO+H2）為基礎(chǔ)原料的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)。

煤氣化設(shè)備（來源：新華網(wǎng)）

碳一化工技術(shù)原料及應(yīng)用

碳一化工技術(shù)的傳統(tǒng)原料以煤和重油為主，隨著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及低碳政策驅(qū)動，甲烷資源也逐漸成為原料之一。碳一化工主要應(yīng)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、高級醇、酯類等。含氮化合物合成，例如氫氰酸、二甲基甲酰胺(DMF)、異氰酸酯(TDI、MDI)、氨基酸類產(chǎn)品等。

碳一化工領(lǐng)域的高效催化技術(shù)

碳一化工熱催化技術(shù)：碳一化工過程主要是以合成氣和甲醇為基礎(chǔ)物料的熱催化轉(zhuǎn)化過程，特別是近20年以大規(guī)模煤氣化為基礎(chǔ)的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，推動了熱催化基礎(chǔ)理論和工藝技術(shù)的逐步成熟。如，CO加氫催化轉(zhuǎn)化為甲烷、烴類油品、甲醇等產(chǎn)物已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用；甲醇催化脫水可以逐步轉(zhuǎn)化為二甲醚、烯烴、芳烴和汽油等產(chǎn)品，類似于CO加氫催化，CO2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(chǎn)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(chǎn)品或燃料，可以解決二氧化碳加氫反應(yīng)中H2來源問題，有可能實現(xiàn)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(fā)生還原反應(yīng)的過程，光催化二氧化碳還原反應(yīng)以二氧化碳為原料，在可持續(xù)太陽能的驅(qū)動下將二氧化碳轉(zhuǎn)化為能源產(chǎn)品和有機化學(xué)品。

碳一化工技術(shù)的發(fā)展前景

近年來，碳一化工領(lǐng)域的高效催化技術(shù)、綠色低碳技術(shù)、分離凈化技術(shù)、反應(yīng)器大型化、系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)等方面，取得了初步工業(yè)化或工程化進步，推動了我國能源化工產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

碳一化工技術(shù)的核心是CO、甲醇以及二氧化碳等小分子的催化轉(zhuǎn)化，探索新的工藝路線和催化劑制備技術(shù)，提高催化轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)品選擇性，降低過程能耗，減少碳排放，將是碳一化工技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵核心要素。

碳一化工涉及的產(chǎn)品繁多,工藝路線繁雜,可使許多有機化工產(chǎn)品從對石油的依賴中轉(zhuǎn)變到煤上來,還能實現(xiàn)對現(xiàn)有某些工業(yè)中的“廢氣”(CO、CO2)合理利用，特別是對煤的利用上，真正實現(xiàn)高附加值化及資源、能源、環(huán)保的高度統(tǒng)一，推動化工可持續(xù)發(fā)展。

中國科協(xié)科普部

新華網(wǎng)

聯(lián)合出品