低碳經(jīng)濟與煤化工的若干問題(2)

ywhdywhd 2011-09-14

展開全文

3 CO₂ 的危害及處理

3.1 CO₂ 的危害

在煤化工排放的氣體中，硫的排放受大家重視的程度是比較高的，各種脫硫和硫回收的方法發(fā)展得比較快，在實際使用中也有較好的效果。但是對CO₂的排放，長期以來重視程度不夠，往往認(rèn)為只要達(dá)標(biāo)就可以，基本上是任意排放。

目前，工業(yè)化的大國CO₂排放量是比較大的，2007年公布的數(shù)據(jù)表明，美國是現(xiàn)今二氧化碳排放最多的國家，中國緊隨其后，其次分別為俄羅斯、印度、日本、德國。

地球上CO₂的積累引起的溫室效應(yīng)直接后果是全球變暖，已經(jīng)給人類的生活帶來嚴(yán)重的影響；若不加以控制，其中有些影響（譬如海面上升、氣候帶移動）等可能對人類造成災(zāi)難。

3.2　CO₂ 的處理

CO₂處理的問題現(xiàn)在國際上的叫法是CO₂的捕捉和封存。

在化工上，CO₂的捕捉也叫脫碳。它的含義是從工藝氣體或排放氣體中把CO₂和其它氣體分開。在單純脫除CO₂的工藝中，通常是由吸收和解析兩個塔來完成?；静缓珻O₂的吸收液被稱為貧液，吸收CO₂后的溶液稱為富液。為了降低能量的消耗，在大型裝置中往往采用半貧液和貧液分段吸收，吸收了部分CO₂的溶液稱為半貧液。當(dāng)前醇胺溶液的方法很收歡迎，吸收液以Ｎ-甲基二乙醇胺為主要成分即MDEA，主要添加哌嗪等活化劑，這樣的工藝在以天然氣為原料的合成氨和甲醇工業(yè)中普遍使用。

在煤化工中，工藝氣體中往往同時存在CO₂ 和H₂S，因此普遍使用低溫甲醇洗和NHD（聚乙二醇二甲醚）的物理吸收溶液方法來進行脫碳。

關(guān)于CO₂的處理，是一個需要綜合治理的問題，絕非把CO₂弄到地下就完事；另外，目前關(guān)于處理CO₂的辦法中，存在不少誤區(qū)，有的辦法是無效的，有的辦法是在幫倒忙。。

3.2.1 有效行為

(1)深埋

地下封存包括不可采煤層埋存、采空的油氣層埋存、強化采油回注埋存、深部鹽水層埋存等多種方式。總體而言，這些利用天然儲層的埋存方式比較安全可靠，不僅應(yīng)用上較靈活，而且也有較充裕的埋存能力。目前，這個方法在歐洲受到青睞，不僅有研究機構(gòu)，而且已經(jīng)在IGCC電站中進行示范運用。2009年，澳大利亞也已經(jīng)列入計劃。我國正在開展前期研究，還沒有進入實質(zhì)性的研究階段。

針對我國的具體情況，這個辦法盡管不錯，但是有一定的難度。原因是：

①煤化工企業(yè)不在油田上，這需要長距離輸送CO₂，要建造很長距離的管道。

②注入地下的CO₂不能全部永遠(yuǎn)留在地下，隨著油田開采的深入，回到地面的CO₂數(shù)量將不斷增加。

③單純將CO₂封閉在地下的辦法困難比較大。特別是我國的地形特殊，山地很多，地震活躍。一旦封存地發(fā)生地震，氣源噴發(fā)出來，災(zāi)區(qū)民眾可能遭受窒息而更難生存，加大救災(zāi)難度，后果嚴(yán)重。

因此，我國的地下封存法還要經(jīng)過嚴(yán)格的科學(xué)驗證。

海洋埋存是實現(xiàn)大規(guī)模長期埋存二氧化碳的理想方式，但有技術(shù)經(jīng)濟、環(huán)境影響等一系列復(fù)雜的問題有待解決，故目前尚處于探索階段。在上世紀(jì)90年代，國外曾經(jīng)研究過在海洋里撒入純鐵粉，使海水吸收CO₂促使海藻生長，但是后來發(fā)現(xiàn)這將對漁業(yè)產(chǎn)生不利影響，這個方法也就作罷。

(2)溫棚吸碳

將工業(yè)排放的CO₂，用管道輸送到農(nóng)田的溫棚中，就是“溫棚吸碳”技術(shù)，或“溫棚CO₂施肥技術(shù)”。

利用農(nóng)作物吸收CO₂，是利用或消除CO₂的良好方法。這是國內(nèi)外正在大力提倡和推廣的辦法。

(3)植樹造林

森林和綠地生態(tài)埋存是回收CO₂最好的辦法，主要依靠大自然的陽光、水的力量，在光化學(xué)的作用下，將CO₂ 轉(zhuǎn)變成有機化合物，同時提供O₂，真乃一舉兩得，缺點是投資較大。森林和綠地回收CO₂的能力，或許可通過表4的一組數(shù)據(jù)來說明。

表4 綠地吸收CO₂的能力

吸收 CO₂/d

放出 O₂/d

10000m²(1公頃)闊葉林

1000 kg

730 kg

0000m²(1公頃)

草坪

900kg

650 kg

具體來說，以合成油和甲醇為例，每生產(chǎn)1t油品所排向大氣的CO₂約是8.8t；每生產(chǎn)1t甲醇排向大氣的CO₂約是2.3t。

10000m²闊葉林每天能夠吸收1.0tCO₂。一個年產(chǎn)16萬t的合成油廠需要有4224公頃闊葉林相伴，即42.24平方千米闊葉林地；年產(chǎn)180萬t的甲醇廠(5500t/d)，需要128平方千米闊葉林地相伴；年產(chǎn)500萬t的合成油廠，需要1320平方千米闊葉林地相伴。

由此我們可以得到結(jié)論：煤化工應(yīng)與綠地相伴！

3.2.2無效行為

在飲食業(yè)中， CO₂循環(huán)利用技術(shù)是指利用CO₂的物理特性來實現(xiàn)CO₂的資源化利用的技術(shù)，如用CO₂制作干冰、滅火劑、制冷劑、食品添加劑及超臨界萃取劑等。

目前，CO₂主要用在食品行業(yè)。在美國，CO₂消費量的48%用于食品的保鮮冷卻、冷藏和惰化，19.5%用于飲料碳酸化；在西歐，68%的CO₂用于飲料碳酸化和食品加工。在我國，預(yù)計在5年內(nèi)對食品級CO₂的需求將達(dá)到1000萬t以上。

值得提及的是，該種利用方式與減排溫室氣體和低碳經(jīng)濟無關(guān)，CO₂僅僅是一種媒介，用完后仍然回歸大氣，不能減少大氣中CO₂的含量。

3.2.3逆效行為

僅僅用化學(xué)能將CO₂轉(zhuǎn)化為其它化學(xué)物不可能使CO₂的排放減少。這個結(jié)論也許大家都明白，但是在實際工作中，想只用化學(xué)能將CO₂轉(zhuǎn)化為其它化學(xué)物以使CO₂的排放減少的案例很多。

(1)CO₂加氫制甲醇、二甲醚

一些學(xué)者認(rèn)為^[4]：CO₂是重要的碳一化學(xué)原料，可以合成多種化工產(chǎn)品。于是推薦用CO₂制取甲醇和二甲醚，認(rèn)為可以利用這種方式把目前排空的二氧化碳利用起來。

這個思路產(chǎn)生于甲醇熱的高潮中，并不奇怪。但這種工藝不能達(dá)到減排CO₂的目的，因為在煤等化石原料制H₂的過程中會產(chǎn)生大量的CO₂，也就是說用CO₂作原料生產(chǎn)甲醇和二甲醚后，也許新產(chǎn)生的CO₂更多，見圖1。

(2)CO₂與甲烷制合成氣

用甲烷與二氧化碳重整制備合成氣，從熱力學(xué)角度來看，該反應(yīng)是可行的，實驗室和試驗裝置也取得實效。反應(yīng)是強吸熱的，反應(yīng)式為：

CH₄十C0₂ ＝ 2CO+ 2H₂， △H₂₉₈＝+247kJ／mol

因此，有文獻(xiàn)認(rèn)為“CH₄-CO₂重整制取合成氣的過程是甲烷、二氧化碳利用的一條有效途徑”，“該過程的開發(fā)和研究對緩解能源危機、減少溫室氣體排放以改善人類的生存環(huán)境具有重要的意義。”^[5]

事實上，這個反應(yīng)作為甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的補碳是可行的，在工業(yè)中也確有使用，為了防止催化劑結(jié)碳，還要加入一定量的水蒸氣。但是如果單獨用于“消除”CO₂，是不能達(dá)到目的的，圖2表明，在這樣的工業(yè)過程中，用CO₂和CH₄制取CO+H₂，CO₂ 會越來越多。

上述這些案例，通過化學(xué)能將CO₂轉(zhuǎn)化為其它化工產(chǎn)品，是為了利用CO₂，但無論這些方法設(shè)計得多么巧妙，要達(dá)到使CO₂的排放減少的目的，幾乎是不可能的。這個做法違背了基本的化學(xué)和熱力學(xué)原理。

提出這些方法的作者對于這類化學(xué)過程的工業(yè)化進程不太了解，不清楚參與和CO₂進行反應(yīng)作原料的其它化學(xué)品的來源會產(chǎn)生更多的CO₂。

另一種情況是，企業(yè)為了標(biāo)榜把自己產(chǎn)生的CO₂消除了，卻不經(jīng)意地給社會產(chǎn)生更多的CO₂。

實際上，利用CO₂和消除CO₂是不一樣的，企業(yè)利用CO₂是無可非議的，但是不要輕易與消除CO₂聯(lián)系在一起，否則誤解將由此產(chǎn)生。

當(dāng)然，如果使用非化學(xué)能，如風(fēng)能、太陽能、核裂變能等將CO₂轉(zhuǎn)化為其他化工產(chǎn)品，可以達(dá)到減少地球表面上的CO₂的目的，但是目前在經(jīng)濟性方面可以說極不經(jīng)濟。只有在核聚變實現(xiàn)以后，才有可能變?yōu)楝F(xiàn)實。

4 結(jié)論

(1)低碳經(jīng)濟是一種現(xiàn)代化的高效經(jīng)濟模式，應(yīng)該積極支持。

(2)煤化工的發(fā)展應(yīng)預(yù)防過熱，一定要有一個科學(xué)的發(fā)展規(guī)劃。

(3)要區(qū)別應(yīng)用CO₂和消除CO₂之間的差別，許多應(yīng)用CO₂的方法，不能消除CO₂，雖然用掉了本企業(yè)的CO₂，但是給社會產(chǎn)生新的CO₂，反而使CO₂越來越多。