国内二氧化碳的化工利用途径探讨

王胜全

摘要：随着我国对碳排放的严格要求，以CO2为原料合成有机化合物成为广大生产企业与科研院所的研究热点。现代煤化工企业的低温甲醇洗和锅炉装置排放的CO2资源丰富而集中，为CO2资源大规模化工利用奠定了基础。CO2作为原料的精细化工产业还缺乏大规模工业化应用，例如CO2加氢以及CO2与甲烷制合成气等反应，需要较高的能源消耗，不具备实现CO2减排的最终目的。

关键词：国内二氧化碳;化工利用;途径探讨

1二氧化碳的综合利用是煤化工稳步发展的关键

煤炭和石油、天然气为我国的主要能源资源，煤炭资源在总能源中占有很大比重，且其蕴藏量居世界第三位，石油和天然气资源相对较少。我国石油产量的增长远不能跟上消费量的增长，石油的资源性缺口很大。我国既是煤炭资源大国，又是煤炭消费大国，将国内的燃料煤利用方式向化工原料提取的利用方式发展，是今后我国煤炭资源开发利用的方向。当前，全球石油资源日益短缺，替代能源的研究和开发虽然非常活跃，但是真正能够形成一定规模的替代能源距实用阶段尚有很大的距离。因此，根据中国国情大力发展煤化工，生产大量的煤化工产品替代原来依赖石油生产的化工产品，让有限的石油资源更大限度地用于燃料油等紧缺产品的生产，是解决我国原油资源性紧缺的现实性选择，也是国家能源储备的需要。然而煤化工企业产生并排放废水、废气、废渣等多种废弃物，且排放量很大，若不能在生产过程中进行妥善处理，势必造成重大的环境污染。其中，二氧化碳的过量排放引起的污染在日常生活中越来越得到体现，以二氧化碳为主的温室气体引发的厄尔尼诺、拉尼娜等全球气候异常，以及由此引发的世界粮食减产、沙漠化等现象已引起全世界的关注。因此，能否解决好煤化工产业发展中的环境污染问题，是关系我国煤化工产业能否可持续发展的重大课题.

2二氧化碳的转化方式

在二氧化碳转化方面，目前理想的应用是将二氧化碳转化为一氧化碳或合成气，再由合成气转化为甲醇或羰基合成醇，由于甲醇是极其重要的化工中间体，以甲醇为基础的大甲醇装置的建设出现了飞速发展的局面。近年来我国甲醇产业正在蓬勃发展，生产能力在迅猛增加，并取得了可喜成果。绝大部分是以煤为原料进行转化，以二氧化碳及氢气为原料生产甲醇的工艺也得到了应用。

富含氢气和一氧化碳的合成气作为石化产品的原料有相当广泛的应用，这种应用可分为三种类型，一种是利用其中的氢气，如合成氨、炼厂制氢装置等;一种是同时利用其中的氢和一氧化碳，如甲醇、丁辛醇、碳基合成醇等;还有一种主要利用其中的一氧化碳，如醋酸、甲酸、光气、TDI、MDI、DMF、丙醛、丙醇、丙酸、丙酸盐、聚酮、特戊酸等，这些产品近年来随着石化工业的发展数量日益增加。二氧化碳是一种宝贵的碳资源，将其转化为一氧化碳，则使二氧化碳得到了有效地利用。

目前国内外在这方面的研究大致可分为三类：第一类是二氧化碳加氢法;第二类是二氧化碳-甲烷转化法;第三类是烃类-水蒸汽-二氧化碳转化法。目前第三类方法是为成熟的技术，应用较普遍，国内齐鲁石化公司技术有近30年的应用。第一类方法：需建有制氢装置，在电力供应充足地区采用这种方法是可行的，如果用化工生产的副产氢气则更好，如用氯碱厂的副产氢气。第二类方法：采用天然气与二氧化碳重整制合成气，可实现工厂排放的二氧化碳循环利用，降低合成气的成本，提高下游产品的经济效益。另外，由于该过程没有废水、废渣、废气产生，是一条清洁、环保的绿色工艺路线，因此成为国际、国内科研部门研究的热点。这项技术的突出特点是适用范围广，可以在许多方面发挥作用。比如在化工生产中，合成气的生产成本占下游产品成本65%的份额。第三类方法：采用天然气与二氧化碳重整制合成气，每吨合成气比煤气化法大致可节约成本595元。调节原料气的配比后，用该路线可生产甲醇、丁辛醇、醋酸等许多产品，还可替代用渣油制合成气，让渣油发挥更大作用。

3国内CO2化工利用方向

3.1甲醇利用

随着工业化和城镇化进程的加快，石油需求将呈强劲增长态势、如不采取积极有效的措施，到2020年，将产生严重的能源危机，中国的石油对外依存度将上升至逾65%。因此，国家制定了节约和替代燃料油的战略目标，确定以重点发展“洁净煤、天然气替代燃料油技术、甲醇和乙醇替代汽油技术”等节油技术为突破口，大力推动以甲醇、乙醇替代成品油的示范工程，国家经贸委在2002年6月下发的《国家产业技术政策》中也指出“要大力发展油气高效利用、节能和环保技术，新一代石油替代技术”。

甲醇之所以能够作为汽车燃料，是由甲醇本身的性质特点决定的，主要表现为抗爆性好、理论混合气热效率高、着火限宽。甲醇是清洁燃料，为含氧化合物，其辛烷值高，且燃烧充分。与石油类燃料相比，甲醇燃烧排放比石油燃烧所排放的有害物质明显降低，使用清洁甲醇燃料有利于减少尾气污染，提高空气质量。甲醇燃料汽车排放不仅比汽油车好，甚至比压缩天然气和液化石油气汽车的排放都好，真正实现清洁排放。另外，由于甲醇的价格只有汽油的一半，燃烧甲醇比燃烧汽油经济。

3.2碳酸乙（丙）烯酯

（1）水性PPC乳液：可生产水性木器树脂、水性胶黏剂、水性可剥离树脂、水性金属树脂。产品具有优异附著力、色彩展示性等特点，能够完全替代进口水性涂料。

（2）生物降解聚碳酸乙（丙）烯酯塑料：可广泛应用于农业地膜、一次性餐具、饮料包装盒、包装膜、保鲜膜、购物袋、3D打印耗材、缓冲包装材料、缓释化肥包覆料等。其中，用量最大的为农业地膜，采用地膜种植比裸地种植普遍能增产40%以上，尤其西北干旱地区地膜增产保产效果更佳显著。

（3）阻燃泡沫材料：可应用于高阻燃外墙保温材料、高阻隔（阻氧、阻水）新材料。聚碳酸乙（丙）烯酯的CO2含量达到40%-50%，是目前CO2含量最高的化工产品，能够减少了CO2的排放量、减轻了“白色污染”问题，对环境保护具有重大意义。

4结语

综上所述，我国是二氧化碳气体排放较多的国家之一，虽然对于二氧化碳气体的治理做了大量工作，但同其它国家一样，二氧化碳气体排放的治理和国民经济快速发展之间，一直处于“难以两全”的困境中。因此，二氧化碳的综合利用将为煤化工的稳步发展起到关键作用，煤化工行业加大二氧化碳的综合利用责无旁贷。

参考文献：

[1]林泉.发展煤化工所面临的CO2排放问题及其对策[J].化学工业，2007，25（7）：17-28.

[2]范维唐，杜铭华.中国煤化工的现状及展望[J].煤化工，2005，116：1-5.

（作者单位：林德大化（大连）气体有限公司）