低成本低碳排放煤制芳烃工艺的构建与优化研究

为解决传统煤制芳烃(CTA)工艺高碳排放与成本问题，中国科学院团队通过集成天然气干重整、蒸汽重整及电解水制氢技术，构建了三种优化工艺方案。研究表明，采用电解水制氢的Case 3能效达78.08%，碳排放降至3.90 kgCO2-eq·kg?1，成本较Case 1/2降低17.24%/7.04%，为煤化工低碳转型提供关键技术路径。

　　

芳烃作为塑料、农药等化工产品的核心原料，全球市场规模预计2025年达1.69亿吨。中国作为"富煤贫油"国家，煤制芳烃(CTA)技术虽具成本优势，但面临CO₂排放高（传统工艺达6.12 kgCO₂-eq·kg^?1）的环保瓶颈。山西大学团队在《Journal of Cleaner Production》发表研究，首次系统对比CTA与石油制芳烃(OTA)的全生命周期表现，并创新性提出三种集成工艺方案。

研究采用Aspen Plus流程模拟技术，结合技术经济分析(TEA)和生命周期评价(LCA)方法，对传统CTA、OTA及三种改进工艺（Case 1:天然气干重整；Case 2:蒸汽重整；Case 3:电解水制氢）进行多维度评估。样本数据来源于中国典型煤化工企业运营参数。

技术比较
通过元素流分析发现，传统CTA碳利用率(61.25%)虽低于OTA(74.29%)，但能效(65.97%)显著优于OTA(52.41%)。电解水制氢工艺(Case 3)通过绿氢替代使碳利用率提升至72.18%，同时将CO₂排放削减36.27%。

经济分析
Case 3单位产品成本降至1,156/t，较OTA(1,538/t)低24.84%。敏感性分析显示，当电价低于0.05$/kWh时，电解水工艺具备绝对经济优势。

环境评估
Case 3实现废水减排61.2%，全生命周期碳足迹较传统CTA下降43.6%。其单位产品能耗(28.37 GJ/t)较煤基路线基准值降低31.8%。

该研究证实电解水耦合工艺能突破煤化工"高碳锁定"困境，为行业提供兼具78.08%能效和3.90 kgCO₂-eq·kg^?1排放的清洁生产方案。Zhang Junqiang团队提出的技术路径，不仅使CTA成本竞争力提升17.24%，更通过氢能替代使每吨芳烃减少2.22 kgCO₂排放，对实现中国"双碳"目标具有示范意义。研究建议未来应重点开发质子交换膜电解槽与煤化工的深度集成技术，进一步降低绿氢成本。