富含二氧化碳工業(yè)廢氣關(guān)鍵處理技術(shù)開(kāi)發(fā)的研究背景與意義

袁寧寧,李善吉,謝鵬波,趙仕英

(廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院，廣東 廣州 510075)

1 項(xiàng)目研究背景與應(yīng)用前景

新時(shí)代的廣東發(fā)展將給“富含二氧化碳工業(yè)廢氣關(guān)鍵處理技術(shù)開(kāi)發(fā)”的研究和應(yīng)用的帶來(lái)前所未有的機(jī)遇和廣闊前景。

在粵港澳大灣區(qū)9+2城市群中，廣州、惠州、珠海和東莞等主要城市都以石化產(chǎn)業(yè)為支柱產(chǎn)業(yè)?；葜莅汛髞啚扯ㄎ粸椤叭谌牖浉郯拇鬄硡^(qū)，邁向世界級(jí)石化基地”。在東莞麻涌產(chǎn)業(yè)區(qū)正建設(shè)的東莞巨正源科技有限公司120萬(wàn)t/a丙烷脫氫制高性能聚丙烯項(xiàng)目將于2019年初建成投產(chǎn)，項(xiàng)目建成后，將成為國(guó)內(nèi)最大的丙烷脫氫制高性能聚丙烯企業(yè)。珠海高欄港是廣東四大化工基地之一，廣州石化也以“走進(jìn)粵港澳大灣區(qū)綠色發(fā)展新時(shí)代”定位企業(yè)未來(lái)發(fā)展。

從以上各種規(guī)劃發(fā)展中可以看出，在廣東，在黃埔，石油煉制及其下游產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)大發(fā)展，這將產(chǎn)生豐富的石油煉制副產(chǎn)氣二氧化碳，同時(shí)，以上各種規(guī)劃也為此項(xiàng)目的研究和技術(shù)的應(yīng)用提供了廣闊的平臺(tái)和應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展分析

二氧化碳是一種豐富的可利用資源，并且已經(jīng)在食品工業(yè)，機(jī)械加工，石油開(kāi)采，化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域大量應(yīng)用。但是，由于回收利用二氧化碳的方法跟不上需求的增長(zhǎng)，每年回收再利用的二氧化碳很少，目前全球二氧化碳的利用量不足100Mt，而在產(chǎn)生二氧化碳廢氣的工業(yè)中，石油煉制副產(chǎn)氣中的二氧化碳的含量達(dá)98%～99%，如果不能有效回收利用二氧化碳，既造成嚴(yán)重的大氣污染，形成可怕的溫室效應(yīng)，又浪費(fèi)了寶貴的二氧化碳資源[1-2]。因此，國(guó)內(nèi)外圍繞處理含二氧化碳工業(yè)廢氣進(jìn)行了大量的研究。

國(guó)外的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)50年代就對(duì)CO2的回收進(jìn)行了工業(yè)化應(yīng)用。美國(guó)、日本、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家已經(jīng)對(duì)合成氨廠、高爐煉鋼廠、石油化工廠、天然氣回收廠等各行業(yè)生產(chǎn)中的CO2進(jìn)行了回收利用，采取的技術(shù)主要有溶劑回收法、低溫精餾法、變壓吸附法、分離法、壓縮-冷凝法等[3]。含CO2工業(yè)廢氣處理工藝和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)外都已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，其中吸收法和精餾法占了主導(dǎo)地位。膜法作為一種新方法也有所報(bào)道和應(yīng)用。吸收法主要處理低濃度氣體[4]，而對(duì)高濃度二氧化碳?xì)庠磥?lái)說(shuō)，主要使用與催化法或吸附法相結(jié)合的低溫精餾工藝[5-6]。由于在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，二氧化碳的市場(chǎng)需求量比較大，價(jià)格也比較高，一般都采用了能耗較高的精餾法，再與其他方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療、石油開(kāi)采等很多方面對(duì)二氧化碳產(chǎn)品需求量都急劇增加。目前，我國(guó)工業(yè)上分離回收二氧化碳的方法有：溶劑吸收法(物理吸收法和化學(xué)吸收法)、吸附精餾法、變壓吸附法、催化燃燒法、低溫蒸餾法、膜分離法及聯(lián)合工藝等[7]。溶劑吸收法適宜處理二氧化碳含量較低的氣體，分離效果較好，但該方法能耗比較高，投資費(fèi)用大；變壓吸附法能耗低，操作簡(jiǎn)單，不存在腐蝕問(wèn)題，是一種高效分離氣體混合物的新方法，已逐漸成為具有競(jìng)爭(zhēng)力的二氧化碳分離回收技術(shù)；當(dāng)原料氣中的二氧化碳純度高達(dá)90% 以上，只含有少量輕組分和其他雜質(zhì)時(shí)，用吸附劑吸附雜質(zhì)，用精餾法分離出輕組分，可以得到高純度的液體食品級(jí)二氧化碳產(chǎn)品；吸附精餾法具有工藝流程簡(jiǎn)單，能耗低，操作方便，裝置投資少，回收的產(chǎn)品純度高，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)效益好的突出特點(diǎn)，利用該技術(shù)回收精制的二氧化碳可以達(dá)到或超過(guò)食品級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，并且可以靈活調(diào)節(jié)工業(yè)級(jí)或食品級(jí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，市場(chǎng)應(yīng)變能力強(qiáng)。

但使用二氧化碳的領(lǐng)域所需要的都是95%以上的高純二氧化碳，有些領(lǐng)域還要求二氧化碳純度達(dá)到食品級(jí)。因此，要想使我國(guó)二氧化碳的應(yīng)用獲得實(shí)質(zhì)性發(fā)展，還必須研發(fā)二氧化碳回收與提純技術(shù)，并在需求量較大的地區(qū)建設(shè)大型二氧化碳提純裝置，以滿足各領(lǐng)域?qū)Ω呒兌趸嫉男枨蟆?/p>

3 項(xiàng)目研究意義

3.1 減少二氧化碳排放，降低溫室效應(yīng)，構(gòu)建綠色生態(tài)環(huán)境

二氧化碳因其較長(zhǎng)的壽命年限、超高的排放量及其化學(xué)惰性不易去除，是“溫室效應(yīng)”的主要禍?zhǔn)种?。假定世界石油天然氣能源和中等?guó)家經(jīng)濟(jì)都以每年2%～3%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)二氧化碳在22世紀(jì)50年代前仍能達(dá)到580ppm以上，將導(dǎo)致嚴(yán)重的“溫室效應(yīng)”[8-10]。我國(guó)是世界第二大CO2排放國(guó)，2010年CO2排放量達(dá)43億噸，僅煉廠轉(zhuǎn)化制氫裝置排放的尾氣約含有98%以上高濃度二氧化碳[11]。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，作為廢氣的二氧化碳在大量排放，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，給人類(lèi)的生存環(huán)境帶來(lái)了一系列的負(fù)面影響,如，影響生態(tài)系統(tǒng)、破壞生物多樣性、物種滅絕等等[12-18]。我國(guó)政府高度重視并積極應(yīng)對(duì)氣候變化，2007年，我國(guó)政府成立了“國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化領(lǐng)導(dǎo)小組”，制定了《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案》?！斗桨浮分刑岢隽说?010年我國(guó)單位GDP能耗在2005年的基礎(chǔ)上減少20%左右的新目標(biāo)。為了確保實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，政府采取了一系列強(qiáng)制性的有效政策措施。因此，在國(guó)際國(guó)內(nèi)高度重視二氧化碳減排的今天，此項(xiàng)目的研究將使工業(yè)廢氣中二氧化碳變廢為寶，對(duì)減少二氧化碳的排放，降低溫室效應(yīng)，構(gòu)建良好的生態(tài)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.2 服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，推動(dòng)綠色循環(huán)發(fā)展

2017年12月，廣東省政府發(fā)布了《廣東省沿海經(jīng)濟(jì)帶綜合發(fā)展規(guī)劃(2017-2030年)》。此規(guī)劃指出，廣東省將依托港口資源優(yōu)勢(shì)，加速建設(shè)惠州、茂名、湛江、揭陽(yáng)四大煉化一體化基地，適度提高乙烯、煉油等的生產(chǎn)能力。這將意味著石油煉制將大力發(fā)展，這將產(chǎn)生豐富的石油煉制副產(chǎn)氣二氧化碳，此項(xiàng)目的研究將為這些富含二氧化碳的煉制廢氣提供關(guān)鍵處理技術(shù)，將富含二氧化碳的廢氣進(jìn)行一系列處理獲得食品級(jí)二氧化碳，不僅可以促進(jìn)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用，還能促進(jìn)石油煉制企業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，也將為地方經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大利益。因此，此項(xiàng)目的研究對(duì)服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，推動(dòng)綠色循環(huán)發(fā)展具有重要的意義。

3.3 構(gòu)建富含二氧化碳工業(yè)廢氣關(guān)鍵處理技術(shù)，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和理論意義

此項(xiàng)目是將富含二氧化碳石油煉制廢氣處理成為具有食品級(jí)的二氧化碳提供關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)際上，二氧化碳作為一種廉價(jià)的氣體資源，具有廣泛的用途，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要工業(yè)原料之一，廣泛應(yīng)用于石油化工、消防、冶金、電子、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域，怎樣將二氧化碳廢氣處理應(yīng)用于其它各行業(yè)也是值得進(jìn)一步研究的，而此項(xiàng)目研究所獲得的關(guān)鍵處理技術(shù)將為二氧化碳廢氣的進(jìn)一步研究提供理論基礎(chǔ)，具的重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和理論意義。