富含二氧化碳工业废气关键处理技术开发的研究背景与意义

袁宁宁,李善吉,谢鹏波,赵仕英

(广州工程技术职业学院，广东 广州 510075)

1 项目研究背景与应用前景

新时代的广东发展将给“富含二氧化碳工业废气关键处理技术开发”的研究和应用的带来前所未有的机遇和广阔前景。

在粤港澳大湾区9+2城市群中，广州、惠州、珠海和东莞等主要城市都以石化产业为支柱产业。惠州把大亚湾定位为“融入粤港澳大湾区，迈向世界级石化基地”。在东莞麻涌产业区正建设的东莞巨正源科技有限公司120万t/a丙烷脱氢制高性能聚丙烯项目将于2019年初建成投产，项目建成后，将成为国内最大的丙烷脱氢制高性能聚丙烯企业。珠海高栏港是广东四大化工基地之一，广州石化也以“走进粤港澳大湾区绿色发展新时代”定位企业未来发展。

从以上各种规划发展中可以看出，在广东，在黄埔，石油炼制及其下游产业将迎来大发展，这将产生丰富的石油炼制副产气二氧化碳，同时，以上各种规划也为此项目的研究和技术的应用提供了广阔的平台和应用领域，具有广阔的发展前景，将产生巨大的经济价值和社会价值。

2 国内外研究现状及发展分析

二氧化碳是一种丰富的可利用资源，并且已经在食品工业，机械加工，石油开采，化学工业等领域大量应用。但是，由于回收利用二氧化碳的方法跟不上需求的增长，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，而在产生二氧化碳废气的工业中，石油炼制副产气中的二氧化碳的含量达98%～99%，如果不能有效回收利用二氧化碳，既造成严重的大气污染，形成可怕的温室效应，又浪费了宝贵的二氧化碳资源[1-2]。因此，国内外围绕处理含二氧化碳工业废气进行了大量的研究。

国外的工业发达国家早在20世纪50年代就对CO2的回收进行了工业化应用。美国、日本、德国等先进国家已经对合成氨厂、高炉炼钢厂、石油化工厂、天然气回收厂等各行业生产中的CO2进行了回收利用，采取的技术主要有溶剂回收法、低温精馏法、变压吸附法、分离法、压缩-冷凝法等[3]。含CO2工业废气处理工艺和产品标准在国外都已经发展得比较成熟，其中吸收法和精馏法占了主导地位。膜法作为一种新方法也有所报道和应用。吸收法主要处理低浓度气体[4]，而对高浓度二氧化碳气源来说，主要使用与催化法或吸附法相结合的低温精馏工艺[5-6]。由于在美国、日本等发达国家，二氧化碳的市场需求量比较大，价格也比较高，一般都采用了能耗较高的精馏法，再与其他方法相结合，实现高质量的产品。

近年来，随着我国经济的快速发展，农业、工业、国防、医疗、石油开采等很多方面对二氧化碳产品需求量都急剧增加。目前，我国工业上分离回收二氧化碳的方法有：溶剂吸收法(物理吸收法和化学吸收法)、吸附精馏法、变压吸附法、催化燃烧法、低温蒸馏法、膜分离法及联合工艺等[7]。溶剂吸收法适宜处理二氧化碳含量较低的气体，分离效果较好，但该方法能耗比较高，投资费用大；变压吸附法能耗低，操作简单，不存在腐蚀问题，是一种高效分离气体混合物的新方法，已逐渐成为具有竞争力的二氧化碳分离回收技术；当原料气中的二氧化碳纯度高达90% 以上，只含有少量轻组分和其他杂质时，用吸附剂吸附杂质，用精馏法分离出轻组分，可以得到高纯度的液体食品级二氧化碳产品；吸附精馏法具有工艺流程简单，能耗低，操作方便，装置投资少，回收的产品纯度高，生产成本低，经济效益好的突出特点，利用该技术回收精制的二氧化碳可以达到或超过食品级标准要求，并且可以灵活调节工业级或食品级产品结构，市场应变能力强。

但使用二氧化碳的领域所需要的都是95%以上的高纯二氧化碳，有些领域还要求二氧化碳纯度达到食品级。因此，要想使我国二氧化碳的应用获得实质性发展，还必须研发二氧化碳回收与提纯技术，并在需求量较大的地区建设大型二氧化碳提纯装置，以满足各领域对高纯二氧化碳的需求。

3 项目研究意义

3.1 减少二氧化碳排放，降低温室效应，构建绿色生态环境

二氧化碳因其较长的寿命年限、超高的排放量及其化学惰性不易去除，是“温室效应”的主要祸手之一。假定世界石油天然气能源和中等国家经济都以每年2%～3%的速度增长，预计二氧化碳在22世纪50年代前仍能达到580ppm以上，将导致严重的“温室效应”[8-10]。我国是世界第二大CO2排放国，2010年CO2排放量达43亿吨，仅炼厂转化制氢装置排放的尾气约含有98%以上高浓度二氧化碳[11]。随着现代工业的发展，作为废气的二氧化碳在大量排放，造成了严重的环境污染，给人类的生存环境带来了一系列的负面影响,如，影响生态系统、破坏生物多样性、物种灭绝等等[12-18]。我国政府高度重视并积极应对气候变化，2007年，我国政府成立了“国家应对气候变化领导小组”，制定了《中国应对气候变化国家方案》。《方案》中提出了到2010年我国单位GDP能耗在2005年的基础上减少20%左右的新目标。为了确保实现这个目标，政府采取了一系列强制性的有效政策措施。因此，在国际国内高度重视二氧化碳减排的今天，此项目的研究将使工业废气中二氧化碳变废为宝，对减少二氧化碳的排放，降低温室效应，构建良好的生态环境具有重要的现实意义。

3.2 服务地方经济，促进产业升级，推动绿色循环发展

2017年12月，广东省政府发布了《广东省沿海经济带综合发展规划(2017-2030年)》。此规划指出，广东省将依托港口资源优势，加速建设惠州、茂名、湛江、揭阳四大炼化一体化基地，适度提高乙烯、炼油等的生产能力。这将意味着石油炼制将大力发展，这将产生丰富的石油炼制副产气二氧化碳，此项目的研究将为这些富含二氧化碳的炼制废气提供关键处理技术，将富含二氧化碳的废气进行一系列处理获得食品级二氧化碳，不仅可以促进节能减排，实现资源的有效利用，还能促进石油炼制企业产业升级，也将为地方经济带来巨大利益。因此，此项目的研究对服务地方经济，促进产业升级，推动绿色循环发展具有重要的意义。

3.3 构建富含二氧化碳工业废气关键处理技术，具有重要的学术价值和理论意义

此项目是将富含二氧化碳石油炼制废气处理成为具有食品级的二氧化碳提供关键技术，实际上，二氧化碳作为一种廉价的气体资源，具有广泛的用途，是国民经济重要工业原料之一，广泛应用于石油化工、消防、冶金、电子、医疗等各个领域，怎样将二氧化碳废气处理应用于其它各行业也是值得进一步研究的，而此项目研究所获得的关键处理技术将为二氧化碳废气的进一步研究提供理论基础，具的重要的学术价值和理论意义。