捕碳用碳化害为利

2012-01-13□

中国石化 2012年5期

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南化集团二氧化碳捕集新技术成功应用于华能上海石洞口第二发电厂，每年可捕获二氧化碳10万吨，相当于在上海种下500多万棵树。

□ 图为南化集团研究院气体净化所科研人员在进行二氧化碳高效捕集试验。陈斌摄

二氧化碳在空气中的含量为0.03%，正常情况下不会对人类造成危害，还是我们日常生活的帮手：夏天喝的汽水、用于人工降雨的干冰、造船业的焊接保护气等，都离不开二氧化碳。但是，随着人类对能源需求的不断加大，大量煤、石油等化石燃料被开采利用，排放出大量的二氧化碳，导致了气候变暖，引发环境问题。

2011年，中国石化确定绿色低碳发展战略，积极推进二氧化碳的捕集、封存、利用前瞻性研究，科技主战场上又将演绎出更多捕碳用碳的故事。

捕碳技术国内领先

2010年，上海世博会召开之前，南化集团研究院二氧化碳捕集新技术成功应用于华能上海石洞口第二发电厂，每年可捕获二氧化碳10万吨，相当于在上海种下了500多万棵树。

这项技术是怎样实现捕碳的呢？南化集团研究院气体净化所所长助理、年轻的女博士江洋洋的介绍像放映了一部3D电影：黑色的煤粉借助鼓风机飞进炉堂，如礼花般绚丽绽放，巨大的热能将遍布炉内管道里的水迅速汽化，含有烟尘、二氧化碳、二氧化硫、氮化物的烟气夺路而逃，顺着粗大的烟囱壁一路攀援而上。在一个弯道处，它们先被引入烟尘处理系统，洗了个“淋浴”，去除大部分粉尘，再进入二氧化碳捕集装置，守候着它们的新型捕集溶剂好比一个强力电磁铁，将其中的二氧化碳牢牢“吸住”，送进“禁闭室”进行压缩液化，输送到指定容器内……

“火力发电厂是二氧化碳排放大户，排放量约占总量的50%。”“全国五一劳动奖章”获得者、院副总工程师毛松柏介绍，华能上海石洞口发电有限责任公司总装机容量360万千瓦，是上海市乃至华东地区的主力电厂，距离市中心33公里。该公司第二发电厂二氧化碳捕集项目2009年底建成投产，为全球最大的燃煤电厂二氧化碳捕集项目。二氧化碳捕获率在80%以上，二氧化碳纯度在99.6%以上。

同年6月，被国资委领导称为“为推进我国二氧化碳减排、发展低碳经济迈出了重要一步”的华能北京热电厂“燃煤电厂3000吨/年二氧化碳捕集装置自主研发及工程示范”项目技术鉴定暨验收会在北京召开。这是国内第一家，也是世界首个工业化应用的燃煤电厂二氧化碳捕集示范工程。在一长串鉴定暨验收委员会专家所在单位中，提供核心技术——低分压（烟气等）二氧化碳捕集新技术的南化集团研究院，却因为“不是一个系统”没有被提及。幕后英雄们很坦然：“作为央企员工，我们默默地为国家作贡献就很好。”

奉献石化大显身手

“我们院开始研发二氧化碳捕集技术的初衷就是为了用碳。”毛松柏说。贵州赤天化集团有限公司有一套以天然气为原料的30万吨/年合成氨装置。为了解决尿素生产中缺碳问题，曾建有一套采用MEA法捕集烟道气中3000标准立方米/小时二氧化碳装置，建成投产后一直存在MEA氧化降解严重、蒸汽耗量高、设备腐蚀、二氧化碳产量低等问题。1999年1月，他们采用了南化集团研究院研发的低分压（烟气等）二氧化碳捕集技术，由于溶液中添加了活性胺、高效抗氧剂和缓蚀剂，MEA降解损耗和蒸汽消耗明显降低。经过10多年运行考察，二氧化碳产量完全达到设计标准，并消除了设备腐蚀，生产操作稳定。

50多年前就从事气体净化技术重点研究的南化集团研究院，拥有国内领先、国际先进的二氧化碳捕集技术，包括低供热源变压再生等催化热钾碱法新工艺、改良MDEA法脱碳技术、NHD等物理法净化技术等，二氧化碳捕集技术已占据90%的国内市场份额，应用范围已从传统的合成气二氧化碳捕集不断拓展到天然气、炼厂气、EO/EG循环气、F-T合成循环气、各种烟气、高炉气、窑气等领域。低供热源变压再生等催化热钾碱法新工艺用于国内70多套生产装置。NHD法净化技术应用于50多套生产装置。上世纪90年代初开发的多胺法（改良MDEA法）脱碳技术，已用于近200套生产装置。

“我们所的二氧化碳捕集利用技术已获得43项国家发明专利，4项技术成果被列入‘八五’和‘九五’期间国家科技成果重点推广计划。获省部级以上奖励29项，其中国家发明奖1项，国家科技进步奖7项，全国科学大会奖4项。”作为南京市和江苏省气体净化新型溶剂工程技术研究中心的新成员，年轻的博士们提及前辈们在绿色低碳科研领域取得的突出成绩倍感自豪。

南化研究院经过近10年的努力研发成功的低分压（烟气等）二氧化碳捕集新技术，较传统的MEA法蒸汽消耗下降20%以上，胺耗下降35%以上，二氧化碳增产25%以上，解决了胺降解和腐蚀问题，溶液不再频繁更换，生产操作稳定。该技术于2003年1月通过集团公司组织的成果鉴定，拥有3项国家发明专利，获中国石化技术发明二等奖、江苏省科技进步二等奖、国际发明展览会金奖等多项大奖。

目前此项技术已在四川维尼仑厂、青海油田格尔木炼油厂、胜利电厂等30多家企业的天然气锅炉烟气、燃煤锅炉烟气以及其他类型的烟气二氧化碳捕集成功应用，装置的最大处理能力为11800标准立方米/小时，从烟气中捕集的高纯度二氧化碳每年有100多万吨，用于生产醋酸、甲醇、尿素及食品二氧化碳等，既保护了环境，又为用户创造了数亿元的直接经济效益和巨大的社会效益。

持续创新任重道远

“二氧化碳封存主要包括地质封存、海洋封存、陆地生态系统封存、矿物封存等技术方法。可用于地质封存的有石油和天然气储层、深盐沼池构造和不可开采的煤层。”4月20日，在研究院气体净化所实验场一套标有“烟气二氧化碳捕集模试”的装置里，值了一夜班、正忙着进行高效二氧化碳捕集模拟试验的江洋洋，一边和同事进行系统置换，一边介绍最新科研动态。

集团公司确定绿色低碳发展战略后，研究院不断致力于研发新型的大规模二氧化碳捕集技术，提高捕集过程的经济性和稳定性。“2009年，我院就承担了国家‘863’计划‘二氧化碳驱油提高石油采收率与封存关键技术研究’项目，负责开发高效、低耗、经济的二氧化碳分离技术，目前进展顺利。今年3月，我院作为课题承担单位之一，成功申报了国家科技支撑计划项目‘大规模燃煤电厂烟气二氧化碳捕集、驱油及封存技术开发及应用示范’。”江洋洋说。

同时，研究院积极开展了膜吸收技术、离子液体技术、新型胺基溶剂捕集技术等新型捕集技术的研究与开发工作。其中，膜吸收法二氧化碳捕集技术研究自2010年被列为江苏省科技支撑计划，离子液体法捕集二氧化碳技术2009年作为研究院前瞻性项目立项，目前正联合上海石化研究院申请国家重点基础研究发展计划（‘973’计划）。