富含二氧化碳工業廢氣關鍵處理技術開發的研究背景與意義

袁寧寧,李善吉,謝鵬波,趙仕英

(廣州工程技術職業學院，廣東 廣州 510075)

1 項目研究背景與應用前景

新時代的廣東發展將給“富含二氧化碳工業廢氣關鍵處理技術開發”的研究和應用的帶來前所未有的機遇和廣闊前景。

在粵港澳大灣區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業為支柱產業。惠州把大亞灣定位為“融入粵港澳大灣區，邁向世界級石化基地”。在東莞麻涌產業區正建設的東莞巨正源科技有限公司120萬t/a丙烷脫氫制高性能聚丙烯項目將于2019年初建成投產，項目建成后，將成為國內最大的丙烷脫氫制高性能聚丙烯企業。珠海高欄港是廣東四大化工基地之一，廣州石化也以“走進粵港澳大灣區綠色發展新時代”定位企業未來發展。

從以上各種規劃發展中可以看出，在廣東，在黃埔，石油煉制及其下游產業將迎來大發展，這將產生豐富的石油煉制副產氣二氧化碳，同時，以上各種規劃也為此項目的研究和技術的應用提供了廣闊的平臺和應用領域，具有廣闊的發展前景，將產生巨大的經濟價值和社會價值。

2 國內外研究現狀及發展分析

二氧化碳是一種豐富的可利用資源，并且已經在食品工業，機械加工，石油開采，化學工業等領域大量應用。但是，由于回收利用二氧化碳的方法跟不上需求的增長，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，而在產生二氧化碳廢氣的工業中，石油煉制副產氣中的二氧化碳的含量達98%～99%，如果不能有效回收利用二氧化碳，既造成嚴重的大氣污染，形成可怕的溫室效應，又浪費了寶貴的二氧化碳資源[1-2]。因此，國內外圍繞處理含二氧化碳工業廢氣進行了大量的研究。

國外的工業發達國家早在20世紀50年代就對CO2的回收進行了工業化應用。美國、日本、德國等先進國家已經對合成氨廠、高爐煉鋼廠、石油化工廠、天然氣回收廠等各行業生產中的CO2進行了回收利用，采取的技術主要有溶劑回收法、低溫精餾法、變壓吸附法、分離法、壓縮-冷凝法等[3]。含CO2工業廢氣處理工藝和產品標準在國外都已經發展得比較成熟，其中吸收法和精餾法占了主導地位。膜法作為一種新方法也有所報道和應用。吸收法主要處理低濃度氣體[4]，而對高濃度二氧化碳氣源來說，主要使用與催化法或吸附法相結合的低溫精餾工藝[5-6]。由于在美國、日本等發達國家，二氧化碳的市場需求量比較大，價格也比較高，一般都采用了能耗較高的精餾法，再與其他方法相結合，實現高質量的產品。

近年來，隨著我國經濟的快速發展，農業、工業、國防、醫療、石油開采等很多方面對二氧化碳產品需求量都急劇增加。目前，我國工業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，投資費用大；變壓吸附法能耗低，操作簡單，不存在腐蝕問題，是一種高效分離氣體混合物的新方法，已逐漸成為具有競爭力的二氧化碳分離回收技術；當原料氣中的二氧化碳純度高達90% 以上，只含有少量輕組分和其他雜質時，用吸附劑吸附雜質，用精餾法分離出輕組分，可以得到高純度的液體食品級二氧化碳產品；吸附精餾法具有工藝流程簡單，能耗低，操作方便，裝置投資少，回收的產品純度高，生產成本低，經濟效益好的突出特點，利用該技術回收精制的二氧化碳可以達到或超過食品級標準要求，并且可以靈活調節工業級或食品級產品結構，市場應變能力強。

但使用二氧化碳的領域所需要的都是95%以上的高純二氧化碳，有些領域還要求二氧化碳純度達到食品級。因此，要想使我國二氧化碳的應用獲得實質性發展，還必須研發二氧化碳回收與提純技術，并在需求量較大的地區建設大型二氧化碳提純裝置，以滿足各領域對高純二氧化碳的需求。

3 項目研究意義

3.1 減少二氧化碳排放，降低溫室效應，構建綠色生態環境

二氧化碳因其較長的壽命年限、超高的排放量及其化學惰性不易去除，是“溫室效應”的主要禍手之一。假定世界石油天然氣能源和中等國家經濟都以每年2%～3%的速度增長，預計二氧化碳在22世紀50年代前仍能達到580ppm以上，將導致嚴重的“溫室效應”[8-10]。我國是世界第二大CO2排放國，2010年CO2排放量達43億噸，僅煉廠轉化制氫裝置排放的尾氣約含有98%以上高濃度二氧化碳[11]。隨著現代工業的發展，作為廢氣的二氧化碳在大量排放，造成了嚴重的環境污染，給人類的生存環境帶來了一系列的負面影響,如，影響生態系統、破壞生物多樣性、物種滅絕等等[12-18]。我國政府高度重視并積極應對氣候變化，2007年，我國政府成立了“國家應對氣候變化領導小組”，制定了《中國應對氣候變化國家方案》。《方案》中提出了到2010年我國單位GDP能耗在2005年的基礎上減少20%左右的新目標。為了確保實現這個目標，政府采取了一系列強制性的有效政策措施。因此，在國際國內高度重視二氧化碳減排的今天，此項目的研究將使工業廢氣中二氧化碳變廢為寶，對減少二氧化碳的排放，降低溫室效應，構建良好的生態環境具有重要的現實意義。

3.2 服務地方經濟，促進產業升級，推動綠色循環發展

2017年12月，廣東省政府發布了《廣東省沿海經濟帶綜合發展規劃(2017-2030年)》。此規劃指出，廣東省將依托港口資源優勢，加速建設惠州、茂名、湛江、揭陽四大煉化一體化基地，適度提高乙烯、煉油等的生產能力。這將意味著石油煉制將大力發展，這將產生豐富的石油煉制副產氣二氧化碳，此項目的研究將為這些富含二氧化碳的煉制廢氣提供關鍵處理技術，將富含二氧化碳的廢氣進行一系列處理獲得食品級二氧化碳，不僅可以促進節能減排，實現資源的有效利用，還能促進石油煉制企業產業升級，也將為地方經濟帶來巨大利益。因此，此項目的研究對服務地方經濟，促進產業升級，推動綠色循環發展具有重要的意義。

3.3 構建富含二氧化碳工業廢氣關鍵處理技術，具有重要的學術價值和理論意義

此項目是將富含二氧化碳石油煉制廢氣處理成為具有食品級的二氧化碳提供關鍵技術，實際上，二氧化碳作為一種廉價的氣體資源，具有廣泛的用途，是國民經濟重要工業原料之一，廣泛應用于石油化工、消防、冶金、電子、醫療等各個領域，怎樣將二氧化碳廢氣處理應用于其它各行業也是值得進一步研究的，而此項目研究所獲得的關鍵處理技術將為二氧化碳廢氣的進一步研究提供理論基礎，具的重要的學術價值和理論意義。