低碳排放导向下的煤气化工艺优化研究

张晓文

（国能新疆煤制气有限公司，新疆 昌吉 831700）

摘  要：煤气化作为煤炭清洁转化路径的重要组成，其碳排放水平已成为制约行业绿色转型的核心瓶颈。当前主流气化工艺普遍存在碳转化率偏低、副产路径价值链断裂与热能回收利用不足等问题，亟待从源头路径重构与系统协同层面开展优化探索。面向低碳排放导向需求，系统分析了典型煤气化工艺中的碳损耗机制与能效瓶颈，构建了四维度工艺优化策略，涵盖反应气氛调控、热量回收系统改造、碳源捕集模块集成及副产资源协同路径。模拟工艺环境进行了应用验证，围绕碳排强度、能源利用效率与系统经济性三维指标进行了效果量化，验证了所提工艺策略的可行性与适配性，为煤化工行业绿色转型提供了技术支撑。

关键词：煤气化；碳排控制；工艺优化；能源效率；资源协同

0 引言

煤气化在煤基清洁能源体系中占据关键地位，其过程碳排放直接影响化工行业“双碳”目标达成速度。现行气化工艺在碳转化率、能源利用率和尾气处理水平方面仍存在显著差距，高温高压反应条件下副产CO2占比较高，热管理不均、反应气组成波动和工艺路径单一成为制约低碳发展的技术瓶颈。在政策倒逼与市场驱动双重背景下，优化气化系统结构、重构反应路径、引入碳源耦合利用技术已成为高碳排放行业推进绿色转型的核心方向。基于对典型煤气化装置运行规律和能碳耦合机制的深入剖析，围绕反应气氛调控、热量回收利用、碳源捕集集成与副产资源化4个方面展开研究，为构建低碳导向下的煤气化工艺提供可落地的技术路径支撑。

1 煤气化碳排放现状统计

数据显示，常规气化装置单位产品CO2排放强度普遍维持在180~250kg/t煤范围，远高于国际先进水平，部分企业在高负荷运行条件下甚至出现阶段性碳排超额，排放总量持续攀升，已对区域碳配额管理形成现实压力。排碳问题多源于反应热力学路径固定、副产气中CO占比过高、部分未反应碳源以CO2形式直接排出、低值气体难以再利用等结构性问题，形成了高碳损耗、高能耗、低产出比的运行局面。部分老旧装置在流程设计阶段未考虑碳资源二次利用，碳流动路径冗余，缺乏全流程排碳监测体系，致使排放控制长期处于粗放管理状态。随着碳达峰约束目标向产业链各层级深入推进，煤化工企业对碳排指标的响应边界愈加收紧，亟须在保持装置连续、安全、稳定运行前提下推动碳源分级利用、产品结构调整及碳流闭合循环。传统以合成气产率与转化效率为核心的工艺设计逻辑已难以适应以碳效率为导向的控制需求。

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