工業(yè)尾氣中二氧化碳的綜合利用進展與案例分析

軒衛(wèi)華，李進，馮俊

工業(yè)尾氣中二氧化碳的綜合利用進展與案例分析

軒衛(wèi)華，李進，馮俊

（新疆天業(yè)（集團）有限公司研究院，新疆石河子832000）

介紹了近年來工業(yè)尾氣中二氧化碳綜合利用進展與現(xiàn)狀。目前二氧化碳利用主要集中在物理應用領域，工業(yè)應用作為二氧化碳減排不容忽視的途徑探索，正越來越多地受到國內外企業(yè)和研究院校的關注，諸多應用新技術取得新突破。在此基礎上，以新疆天業(yè)（集團）有限公司為例，闡述了其圍繞循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈在二氧化碳綠色資源化利用方面的工作進展。

工業(yè)尾氣；二氧化碳；利用；案例分析

鑒于我國“富煤貧油少氣”的能源特點，煤化工成為我國化工產(chǎn)業(yè)的主流產(chǎn)業(yè)。由于煤化工資源消耗多，排污量大，隨之而來的環(huán)境問題及資源問題變得日益突出。工業(yè)尾氣排放成為我國大氣污染的主要來源。能源專家預測，到2030年全球二氧化碳（CO2）的排放量可能超過380億t，由此引發(fā)的溫室效應將嚴重威脅人類的生存。然而，從另一個層面上看，工業(yè)尾氣CO2在化工領域也是一種相當寶貴的資源，雖然目前全球CO2利用量不足1億t，但變廢為寶的CO2利用新途徑正在受到越來越多的關注和研究。

1　二氧化碳利用途經(jīng)分析

二氧化碳的利用分為物理應用、化學應用和生物應用3種。

1.1物理應用

CO2常溫常壓下為無色的氣體，具有易液化和固化、安全無毒、使用方便等物理性質，使物理方面的綜合利用范圍不斷擴大，且用量逐年增加。目前，國內外二氧化碳利用其物化性質主要應用在：飲料、焊接、鑄造、低溫萃取、金屬加工、金屬切削、冷處理、激光、醫(yī)療、食品保藏、氣肥、殺蟲劑、防腐劑、保鮮劑、發(fā)泡劑、油田驅油等方面。在油田采油作業(yè)中CO2用作驅油，可以對殘留60%～70%的油進行再次開采，大幅度提高了采油率；用作蔬菜水果保質保鮮時，可延長儲藏150 d以上，是當今世界上最為現(xiàn)代化的蔬菜水果保鮮劑；CO2超臨界萃取是一種新型低溫萃取分離技術，目前在中藥、食品、香料、石油化工、生物化工、環(huán)境化工、無水印染、新型洗滌技術等方面已取得突破性進展，未來將受到更多學者的青睞。

1.2生化應用

CO2作為工業(yè)原料進行資源循環(huán)再利用，是實現(xiàn)CO2變廢為寶、創(chuàng)造新的價值增長點的重要途徑。傳統(tǒng)化學應用中，主要用于生產(chǎn)尿素、輕質碳酸鈣等碳酸鹽、高錳酸鉀、白炭黑和硼砂等無機化工產(chǎn)品［1］，并且生產(chǎn)技術相對成熟。近年來，CO2應用途徑得到進一步拓展延伸，尤其在生物技術應用及有機化工方面，取得很多新的進展。

1.2.1生物應用

1.2.1.1微藻固碳

利用微藻固定CO2是一種具有相當可行性和經(jīng)濟價值的CO2固定技術。從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，采用微藻固定CO2實現(xiàn)工業(yè)尾氣CO2減排，具有環(huán)保、經(jīng)濟、符合自然界循環(huán)的獨特優(yōu)勢，為人類解決能源、環(huán)境問題提供了一條全新而有效的固碳模式。南京理工大學華英等通過探索火力電廠尾氣中二氧化碳的生物利用技術，表明合適的通氣量可以促進螺旋藻生長［2］。

目前，該技術仍處于初步研發(fā)階段，離實際工業(yè)應用還有一段的距離。

1.2.1.2CO2基聚合物

CO2降解塑料作為環(huán)保產(chǎn)品和高科技產(chǎn)品，正成為當今世界矚目的研究開發(fā)熱點。目前我國在CO2基聚合物研發(fā)領域的絕對優(yōu)勢，為其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了良機。這類產(chǎn)品不僅能將工業(yè)廢氣CO2制成對環(huán)境友好的可降解塑料，而且還避免了傳統(tǒng)塑料產(chǎn)品對環(huán)境的二次污染。以聚碳酸酯（PC）為例，生產(chǎn)1 t PC需要消耗CO20.2～0.4 t，該產(chǎn)品的規(guī)模化推廣應用將對化工行業(yè)碳減排事業(yè)起到十分重要的示范和推動作用。

寧波浙鐵大風化工有限公司一期10萬t PC（總規(guī)劃30萬t）項目2015年投產(chǎn)滿負荷運行，年耗CO23.6萬t。據(jù)悉，這是國內第一套具有獨立知識產(chǎn)權的聚碳酸酯裝置，項目的成功標志著我國聚碳酸酯工藝技術取得了重大突破，也改寫了國內無萬噸級以上自主工業(yè)化裝置的歷史。

1.2.2化學應用

1.2.2.1煤焦CO2氣化實現(xiàn)煤清潔利用

煤焦CO2氣化技術是一種清潔高效的煤利用新途徑，不僅實現(xiàn)了碳資源的有效利用，還能減輕大氣中CO2的排放［3］。該技術采用CO2作為氣化劑，直接得到純凈的CO作為化工原料，具有很好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。目前該技術的研究尚不是很深入，需要廣大科研工作者和學者的積極關注與參入。

1.2.2.2碳酸二甲酯（DMC）

DMC是近年來受到國內外廣泛關注的環(huán)保綠色化工產(chǎn)品，是一種重要的有機合成中間體，可替代光氣。我國以CO2為原料，采用反應精餾酯交換技術，流程短，產(chǎn)品純度很高，轉化率、選擇性和收率都接近百分之百。華東理工大學［4］用二氧化碳與環(huán)氧烷烴合成環(huán)狀碳酸烷基酯，再與甲醇酯交換生產(chǎn)DMC，其工藝特點是利用了國內價廉易得的工業(yè)廢氣CO2和甲醇為原料生產(chǎn)DMC，環(huán)氧烷烴作為載體聯(lián)產(chǎn)生成二元醇。

1.2.2.3二甲醚

二甲醚既是一種基本的化工原料，又是一種新型動力燃料。將工業(yè)尾氣CO2和H2反應生成具有高附加值的二甲醚產(chǎn)品，不僅能解決石化資源短缺問題，同時也降低了CO2排放對大氣環(huán)境的影響。但CO2的化學惰性限制了CO2轉化技術的發(fā)展，開發(fā)高效的CO2活化催化劑以及對CO2合成二甲醚的反應過程進行機理探究，是推廣CO2轉化技術的關鍵。廣西大學劉瑞雯對Cu-Fe-Zr/HZSM-5催化劑及其催化CO2合成二甲醚反應進行了研究［5］。研宄表明最優(yōu)工藝條件為：還原溫度為300℃、反應溫度為260℃、反應壓力為3.0 MPa、空速為1 500 mL·gcat-1·h-1時，CO2的轉化率為28.4%，二甲醚的選擇性為64.5%，且催化劑的反應活性在16 h內保持穩(wěn)定。

2　二氧化碳綜合利用案例分析

綜上所述，雖然目前CO2的利用多集中在物理應用領域，但其在工業(yè)領域的應用技術開發(fā)逐漸受到大家的追捧，將成為碳減排又一重要途徑。

新疆天業(yè)（集團）有限公司（以下簡稱天業(yè)集團）作為國內大型氯堿化工傳統(tǒng)企業(yè)，一直致力于企業(yè)綠色低碳發(fā)展。在全國經(jīng)濟較為低迷的發(fā)展關鍵時期，天業(yè)集團始終在思考、在探索，如何做優(yōu)做強現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)，如何發(fā)展下游產(chǎn)業(yè)鏈，以調整產(chǎn)業(yè)結構，促進企業(yè)技術進步和產(chǎn)業(yè)升級，為社會綠色發(fā)展進獻責任。目前，天業(yè)集團循環(huán)經(jīng)濟全產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)逐漸優(yōu)化升級。

2.1天業(yè)集團高純CO2工業(yè)尾氣生產(chǎn)碳酸鈣項目

2016年4月，天業(yè)集團高純CO2工業(yè)尾氣生產(chǎn)5萬t碳酸鈣項目正式破土動工。項目分兩期建設，一期建設3萬t輕質碳酸鈣。項目以天業(yè)集團電石廠產(chǎn)生的鈣基廢渣及乙二醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)生的CO2尾氣為原料，采用間歇攪拌式碳化法技術生產(chǎn)碳酸鈣系列產(chǎn)品（工藝流程見圖1）。產(chǎn)品既可單獨銷售，也可作為添加劑用于傳統(tǒng)聚氯乙烯樹脂的改性，生產(chǎn)高性能聚氯乙烯復合樹脂，提高傳統(tǒng)聚氯乙烯樹脂價值，拓展其應用領域。

圖1　二氧化碳生產(chǎn)碳酸鈣工藝流程圖

項目不僅提高了企業(yè)廢物資源化利用率，為工業(yè)排放CO2及氧化鈣廢渣提供了一條全新的高附加值利用途徑；同時也進一步實現(xiàn)了天業(yè)集團循環(huán)經(jīng)濟全產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化。

2.2產(chǎn)品經(jīng)濟效益分析

表1是利用工業(yè)尾氣CO2和廢渣氧化鈣生產(chǎn)碳酸鈣5萬t裝置的年物料消耗。

根據(jù)輕質活性鈣的市場價1 200元/t，納米碳酸鈣1 500元/t核算，3萬t輕質活性鈣和2萬t納米碳酸鈣年收入6 600萬元，原料及折舊成本5 300萬元，毛利率達到22%，經(jīng)濟效益良好。

表1　CO2生產(chǎn)碳酸鈣成本估算表

3　總結

如今，盡管利用CO2的前景非常樂觀，但很多技術的開發(fā)仍處于初始階段，離工業(yè)應用仍有距離，仍需廣大學者積極投身其中。作為企業(yè)，在保證運營經(jīng)濟效益的同時，更應該提倡環(huán)保效益，踐行社會責任，積極思考打造企業(yè)綠色低碳發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈，為社會營造友好的工業(yè)發(fā)展環(huán)境。

［1］齊向盛，甘力強，李新.工業(yè)廢氣二氧化碳應用研究進展［J］.科技創(chuàng)新導報，2008（24）:13-15.

［2］華英.火力電廠尾氣中二氧化碳的生物利用技術研究［D］.南京:南京理工大學，2010.

［3］劉俊然.煤清潔利用新途徑—煤焦二氧化碳氣化法［J］.安徽化工，2015，41（3）:15-17.

［4］田恒水，李峰，陸文龍，等.發(fā)展二氧化碳的綠色高新精細化工產(chǎn)業(yè)鏈促進產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化節(jié)能減排［J］.化工進展，2010，29（6）: 977-983.

［5］劉瑞雯.Cu-Fe-Zr/HZSM-5催化二氧化碳加氫合成二甲醚的研究［D］.廣西:廣西大學，2014.

易再生推出廢家電價格指數(shù)

易再生O 2O交易平臺聯(lián)合中國物資再生協(xié)會電子產(chǎn)品回收利用分會共同編制了易再生廢家電價格指數(shù)。指數(shù)已于2016年8月26日正8時正式發(fā)布。其中包含了廢電視機價格指數(shù)、廢冰箱價格指數(shù)、廢空調價格指數(shù)、廢洗衣機價格指數(shù)和廢電腦價格指數(shù)。

易再生廢家電價格指數(shù)為了確保準確性和權威性，指數(shù)價格來源于東北、華北、華東、華中和華南地區(qū)五大重點區(qū)域超60余家資深廢家電拆解企業(yè)（總資質量占109家電廢企業(yè)的75%），桑德再生等龍頭企業(yè)的150家規(guī)模供貨商（總供貨量超過全國回收量的80%）的銷售價格，和易再生O 2O平臺的實際成交價格，能夠全面反映市場真實行情。為了確保指數(shù)的精準性，根據(jù)廢家電不同尺寸和型號的價格進行加權平均、綜合測算。易再生廢家電價格指數(shù)每周統(tǒng)計五大地域價格變動，同時由資深分析師進行分析點評。

基于客觀、準確、權威的市場數(shù)據(jù)，廣泛的行業(yè)認可度，專業(yè)的分析團隊使易再生廢家電價格指數(shù)更具行業(yè)權威性。易再生廢家電價格指數(shù)的誕生不僅引導行業(yè)健康良性發(fā)展，對下游企業(yè)的投資、決策、運營有著更為深遠的指導意義。同時為協(xié)會、科研機構提供精準的數(shù)據(jù)及判斷方向，對國家相關政府部門調整產(chǎn)業(yè)政策發(fā)揮重要的參考價值。

易再生O 2O交易平臺是中國再生資源全產(chǎn)業(yè)鏈交易支付平臺，目前020線上交易已突破6000萬元。

The progress and case analysis of comprehensive utilization of carbon dioxide

XUAN Weihua，LI jin，F(xiàn)ENG jun（Chemical Engineering Research Institute of Xinjiang Tianye（Group）Co.，Ltd.，Shihezi 832000，China）

The development and progress of comprehensive utilization of carbon dioxide in industrial off-gases was introduced.Carbon dioxide was mostly used in physical application field currently.But industrial application as a way of carbon dioxide emission reduction was being studied，which more and more enterprises and scientific research institutes abroad and home focused on.The breakthrough of varieties of techniques provided new ideas for carbon dioxide emission reduction in domestic companies.On the basis，The progress of green resourceful utilization of carbon dioxide was introduced，which was a part of Xinjiang Tianye ICCE.

industrial off-gases；carbon dioxide；utilization；case analysis

X701

A

1674-0912（2016）09-0030-03

2014年國家發(fā)改委園區(qū)循環(huán)化改造重點建設項目

軒衛(wèi)華（1985-），女，河南人，碩士研究生，工程師，專業(yè)方向：應用化學。

（2016－07－29）