现代煤化工清洁高效的关键技术——碳一化工

以传统煤、石油等化石燃料为能源的现代工业是碳排放的主要来源之一。作为化工行业重要的碳排放领域，煤化工是未来重点的改造、升级产业。对此，现代煤化工应运而生，其以煤气化为基础，基于合成气催化转化，有利于污染物集中脱除和治理，是煤炭清洁高效利用的有效途径。

其中碳一化工技术是现代煤化工产业的关键技术，近10年来在工业化应用上已取得重大成功。

碳一化工（C1化工）是指以一个碳原子化合物（CO、CO2、CH4、CH3OH及HCHO等）为原料，转化合成化工产品或液体燃料或化工材料的过程，特别是以合成气（CO+H2）为基础原料的现代煤化工产业。

煤气化设备（来源：新华网）

碳一化工技术原料及应用

碳一化工技术的传统原料以煤和重油为主，随着能源结构的调整以及低碳政策驱动，甲烷资源也逐渐成为原料之一。碳一化工主要应用有以下三个方面：烃和燃料油类合成。含氧化合物合成，例如甲醇、甲酸、甲醛、醋酸、醋酐、高级醇、酯类等。含氮化合物合成，例如氢氰酸、二甲基甲酰胺(DMF)、异氰酸酯(TDI、MDI)、氨基酸类产品等。

碳一化工领域的高效催化技术

碳一化工热催化技术：碳一化工过程主要是以合成气和甲醇为基础物料的热催化转化过程，特别是近20年以大规模煤气化为基础的现代煤化工产业的迅猛发展，推动了热催化基础理论和工艺技术的逐步成熟。如，CO加氢催化转化为甲烷、烃类油品、甲醇等产物已经实现大规模工业化应用；甲醇催化脱水可以逐步转化为二甲醚、烯烃、芳烃和汽油等产品，类似于CO加氢催化，CO2加氢催化也可以选择性获得甲烷、甲醇、二甲醚和烃类化合物如烯烃、芳烃和油品等产品。

碳一化工光电催化：利用光电催化进行二氧化碳还原合成化工产品或燃料，可以解决二氧化碳加氢反应中H2来源问题，有可能实现二氧化碳的负排放。电催化是溶液中的二氧化碳分子或二氧化碳溶剂化离子从电极表面获得电子而发生还原反应的过程，光催化二氧化碳还原反应以二氧化碳为原料，在可持续太阳能的驱动下将二氧化碳转化为能源产品和有机化学品。

碳一化工技术的发展前景

近年来，碳一化工领域的高效催化技术、绿色低碳技术、分离净化技术、反应器大型化、系统优化技术等方面，取得了初步工业化或工程化进步，推动了我国能源化工产业的高质量发展。

碳一化工技术的核心是CO、甲醇以及二氧化碳等小分子的催化转化，探索新的工艺路线和催化剂制备技术，提高催化转化效率和产品选择性，降低过程能耗，减少碳排放，将是碳一化工技术发展的关键核心要素。

碳一化工涉及的产品繁多,工艺路线繁杂,可使许多有机化工产品从对石油的依赖中转变到煤上来,还能实现对现有某些工业中的“废气”(CO、CO2)合理利用，特别是对煤的利用上，真正实现高附加值化及资源、能源、环保的高度统一，推动化工可持续发展。

中国科协科普部

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