捕碳用碳 化害為利

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南化集團二氧化碳捕集新技術成功應用于華能上海石洞口第二發電廠，每年可捕獲二氧化碳10萬噸，相當于在上海種下500多萬棵樹。

□ 圖為南化集團研究院氣體凈化所科研人員在進行二氧化碳高效捕集試驗。 陳斌 攝

二氧化碳在空氣中的含量為0.03%，正常情況下不會對人類造成危害，還是我們日常生活的幫手：夏天喝的汽水、用于人工降雨的干冰、造船業的焊接保護氣等，都離不開二氧化碳。但是，隨著人類對能源需求的不斷加大，大量煤、石油等化石燃料被開采利用，排放出大量的二氧化碳，導致了氣候變暖，引發環境問題。

2011年，中國石化確定綠色低碳發展戰略，積極推進二氧化碳的捕集、封存、利用前瞻性研究，科技主戰場上又將演繹出更多捕碳用碳的故事。

捕碳技術國內領先

2010年，上海世博會召開之前，南化集團研究院二氧化碳捕集新技術成功應用于華能上海石洞口第二發電廠，每年可捕獲二氧化碳10萬噸，相當于在上海種下了500多萬棵樹。

這項技術是怎樣實現捕碳的呢？南化集團研究院氣體凈化所所長助理、年輕的女博士江洋洋的介紹像放映了一部3D電影：黑色的煤粉借助鼓風機飛進爐堂，如禮花般絢麗綻放，巨大的熱能將遍布爐內管道里的水迅速汽化，含有煙塵、二氧化碳、二氧化硫、氮化物的煙氣奪路而逃，順著粗大的煙囪壁一路攀援而上。在一個彎道處，它們先被引入煙塵處理系統，洗了個“淋浴”，去除大部分粉塵，再進入二氧化碳捕集裝置，守候著它們的新型捕集溶劑好比一個強力電磁鐵，將其中的二氧化碳牢牢“吸住”，送進“禁閉室”進行壓縮液化，輸送到指定容器內……

“火力發電廠是二氧化碳排放大戶，排放量約占總量的50%。”“全國五一勞動獎章”獲得者、院副總工程師毛松柏介紹，華能上海石洞口發電有限責任公司總裝機容量360萬千瓦，是上海市乃至華東地區的主力電廠，距離市中心33公里。該公司第二發電廠二氧化碳捕集項目2009年底建成投產，為全球最大的燃煤電廠二氧化碳捕集項目。二氧化碳捕獲率在80%以上，二氧化碳純度在99.6%以上。

同年6月，被國資委領導稱為“為推進我國二氧化碳減排、發展低碳經濟邁出了重要一步”的華能北京熱電廠“燃煤電廠3000噸/年二氧化碳捕集裝置自主研發及工程示范”項目技術鑒定暨驗收會在北京召開。這是國內第一家，也是世界首個工業化應用的燃煤電廠二氧化碳捕集示范工程。在一長串鑒定暨驗收委員會專家所在單位中，提供核心技術——低分壓（煙氣等）二氧化碳捕集新技術的南化集團研究院，卻因為“不是一個系統”沒有被提及。幕后英雄們很坦然：“作為央企員工，我們默默地為國家作貢獻就很好。”

奉獻石化大顯身手

“我們院開始研發二氧化碳捕集技術的初衷就是為了用碳。”毛松柏說。貴州赤天化集團有限公司有一套以天然氣為原料的30萬噸/年合成氨裝置。為了解決尿素生產中缺碳問題，曾建有一套采用MEA法捕集煙道氣中3000標準立方米/小時二氧化碳裝置，建成投產后一直存在MEA氧化降解嚴重、蒸汽耗量高、設備腐蝕、二氧化碳產量低等問題。1999年1月，他們采用了南化集團研究院研發的低分壓（煙氣等）二氧化碳捕集技術，由于溶液中添加了活性胺、高效抗氧劑和緩蝕劑，MEA降解損耗和蒸汽消耗明顯降低。經過10多年運行考察，二氧化碳產量完全達到設計標準，并消除了設備腐蝕，生產操作穩定。

50多年前就從事氣體凈化技術重點研究的南化集團研究院，擁有國內領先、國際先進的二氧化碳捕集技術，包括低供熱源變壓再生等催化熱鉀堿法新工藝、改良MDEA法脫碳技術、NHD等物理法凈化技術等，二氧化碳捕集技術已占據90%的國內市場份額，應用范圍已從傳統的合成氣二氧化碳捕集不斷拓展到天然氣、煉廠氣、EO/EG循環氣、F-T合成循環氣、各種煙氣、高爐氣、窯氣等領域。低供熱源變壓再生等催化熱鉀堿法新工藝用于國內70多套生產裝置。NHD法凈化技術應用于50多套生產裝置。上世紀90年代初開發的多胺法（改良MDEA法）脫碳技術，已用于近200套生產裝置。

“我們所的二氧化碳捕集利用技術已獲得43項國家發明專利，4項技術成果被列入‘八五’和‘九五’期間國家科技成果重點推廣計劃。獲省部級以上獎勵29項，其中國家發明獎1項，國家科技進步獎7項，全國科學大會獎4項。”作為南京市和江蘇省氣體凈化新型溶劑工程技術研究中心的新成員，年輕的博士們提及前輩們在綠色低碳科研領域取得的突出成績倍感自豪。

南化研究院經過近10年的努力研發成功的低分壓（煙氣等）二氧化碳捕集新技術，較傳統的MEA法蒸汽消耗下降20%以上，胺耗下降35%以上，二氧化碳增產25%以上，解決了胺降解和腐蝕問題，溶液不再頻繁更換，生產操作穩定。該技術于2003年1月通過集團公司組織的成果鑒定，擁有3項國家發明專利，獲中國石化技術發明二等獎、江蘇省科技進步二等獎、國際發明展覽會金獎等多項大獎。

目前此項技術已在四川維尼侖廠、青海油田格爾木煉油廠、勝利電廠等30多家企業的天然氣鍋爐煙氣、燃煤鍋爐煙氣以及其他類型的煙氣二氧化碳捕集成功應用，裝置的最大處理能力為11800標準立方米/小時，從煙氣中捕集的高純度二氧化碳每年有100多萬噸，用于生產醋酸、甲醇、尿素及食品二氧化碳等，既保護了環境，又為用戶創造了數億元的直接經濟效益和巨大的社會效益。

持續創新任重道遠

“二氧化碳封存主要包括地質封存、海洋封存、陸地生態系統封存、礦物封存等技術方法。可用于地質封存的有石油和天然氣儲層、深鹽沼池構造和不可開采的煤層。”4月20日，在研究院氣體凈化所實驗場一套標有“煙氣二氧化碳捕集模試”的裝置里，值了一夜班、正忙著進行高效二氧化碳捕集模擬試驗的江洋洋，一邊和同事進行系統置換，一邊介紹最新科研動態。

集團公司確定綠色低碳發展戰略后，研究院不斷致力于研發新型的大規模二氧化碳捕集技術，提高捕集過程的經濟性和穩定性。“2009年，我院就承擔了國家‘863’計劃‘二氧化碳驅油提高石油采收率與封存關鍵技術研究’項目，負責開發高效、低耗、經濟的二氧化碳分離技術，目前進展順利。今年3月，我院作為課題承擔單位之一，成功申報了國家科技支撐計劃項目‘大規模燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集、驅油及封存技術開發及應用示范’。”江洋洋說。

同時，研究院積極開展了膜吸收技術、離子液體技術、新型胺基溶劑捕集技術等新型捕集技術的研究與開發工作。其中，膜吸收法二氧化碳捕集技術研究自2010年被列為江蘇省科技支撐計劃，離子液體法捕集二氧化碳技術2009年作為研究院前瞻性項目立項，目前正聯合上海石化研究院申請國家重點基礎研究發展計劃（‘973’計劃）。

□ 采用南化研究院低分壓CO2回收新技術，我國首座年捕集能力3000噸的燃煤電廠煙氣CO2捕集試驗示范裝置在華能北京熱電廠建成投產。 陳斌 攝

成立剛兩年的研究院油田化學品研究所里，從事“二氧化碳泡沫封竄技術”研究的朱魁博士，一邊調試著手中的試驗儀器，一邊介紹：“這項研究主要是解決二氧化碳驅油存在的介質向周邊孔洞、縫隙逃逸，問題提高驅油效率，進而提高二氧化碳利用的經濟效益。”研發計劃將在2013年完成。