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)開發(fā)”的研究和應(yīng)用的帶來前所未有的機(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)展新時代”定位企業(yè)未來發(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，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)價值和社會價值。

2 國內(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，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。

國外的工業(yè)發(fā)達(dá)國家早在20世紀(jì)50年代就對CO2的回收進(jìn)行了工業(yè)化應(yīng)用。美國、日本、德國等先進(jìn)國家已經(jīng)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(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道和應(yīng)用。吸收法主要處理低濃度氣體[4]，而對高濃度二氧化碳?xì)庠磥碚f，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、日本等發(fā)達(dá)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(jié)合，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的產(chǎn)品。

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防、醫(yī)療、石油開采等很多方面對二氧化碳產(chǎn)品需求量都急劇增加。目前，我國工業(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(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，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二氧化碳產(chǎn)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(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)到或超過食品級標(biāo)準(zhǔn)要求，并且可以靈活調(diào)節(jié)工業(yè)級或食品級產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，市場應(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。因此，要想使我國二氧化碳的應(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國家?jīng)濟(jì)都以每年2%～3%的速度增長，預(yù)計二氧化碳在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]。我國是世界第二大CO2排放國，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，給人類的生存環(huán)境帶來了一系列的負(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]。我國政府高度重視并積極應(yīng)對氣候變化，2007年，我國政府成立了“國家應(yīng)對氣候變化領(lǐng)導(dǎo)小組”，制定了《中國應(yīng)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(chǔ)上減少20%左右的新目標(biāo)。為了確保實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，政府采取了一系列強(qiáng)制性的有效政策措施。因此，在國際國內(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，推動綠色循環(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，加速建設(shè)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(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，也將為地方經(jīng)濟(jì)帶來巨大利益。因此，此項(xiàng)目的研究對服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級，推動綠色循環(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的氣體資源，具有廣泛的用途，是國民經(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)價值和理論意義。