國內二氧化碳的化工利用途徑探討

王勝全

摘要：隨著我國對碳排放的嚴格要求，以CO2為原料合成有機化合物成為廣大生產企業與科研院所的研究熱點。現代煤化工企業的低溫甲醇洗和鍋爐裝置排放的CO2資源豐富而集中，為CO2資源大規模化工利用奠定了基礎。CO2作為原料的精細化工產業還缺乏大規模工業化應用，例如CO2加氫以及CO2與甲烷制合成氣等反應，需要較高的能源消耗，不具備實現CO2減排的最終目的。

關鍵詞：國內二氧化碳;化工利用;途徑探討

1二氧化碳的綜合利用是煤化工穩步發展的關鍵

煤炭和石油、天然氣為我國的主要能源資源，煤炭資源在總能源中占有很大比重，且其蘊藏量居世界第三位，石油和天然氣資源相對較少。我國石油產量的增長遠不能跟上消費量的增長，石油的資源性缺口很大。我國既是煤炭資源大國，又是煤炭消費大國，將國內的燃料煤利用方式向化工原料提取的利用方式發展，是今后我國煤炭資源開發利用的方向。當前，全球石油資源日益短缺，替代能源的研究和開發雖然非常活躍，但是真正能夠形成一定規模的替代能源距實用階段尚有很大的距離。因此，根據中國國情大力發展煤化工，生產大量的煤化工產品替代原來依賴石油生產的化工產品，讓有限的石油資源更大限度地用于燃料油等緊缺產品的生產，是解決我國原油資源性緊缺的現實性選擇，也是國家能源儲備的需要。然而煤化工企業產生并排放廢水、廢氣、廢渣等多種廢棄物，且排放量很大，若不能在生產過程中進行妥善處理，勢必造成重大的環境污染。其中，二氧化碳的過量排放引起的污染在日常生活中越來越得到體現，以二氧化碳為主的溫室氣體引發的厄爾尼諾、拉尼娜等全球氣候異常，以及由此引發的世界糧食減產、沙漠化等現象已引起全世界的關注。因此，能否解決好煤化工產業發展中的環境污染問題，是關系我國煤化工產業能否可持續發展的重大課題.

2二氧化碳的轉化方式

在二氧化碳轉化方面，目前理想的應用是將二氧化碳轉化為一氧化碳或合成氣，再由合成氣轉化為甲醇或羰基合成醇，由于甲醇是極其重要的化工中間體，以甲醇為基礎的大甲醇裝置的建設出現了飛速發展的局面。近年來我國甲醇產業正在蓬勃發展，生產能力在迅猛增加，并取得了可喜成果。絕大部分是以煤為原料進行轉化，以二氧化碳及氫氣為原料生產甲醇的工藝也得到了應用。

富含氫氣和一氧化碳的合成氣作為石化產品的原料有相當廣泛的應用，這種應用可分為三種類型，一種是利用其中的氫氣，如合成氨、煉廠制氫裝置等;一種是同時利用其中的氫和一氧化碳，如甲醇、丁辛醇、碳基合成醇等;還有一種主要利用其中的一氧化碳，如醋酸、甲酸、光氣、TDI、MDI、DMF、丙醛、丙醇、丙酸、丙酸鹽、聚酮、特戊酸等，這些產品近年來隨著石化工業的發展數量日益增加。二氧化碳是一種寶貴的碳資源，將其轉化為一氧化碳，則使二氧化碳得到了有效地利用。

目前國內外在這方面的研究大致可分為三類：第一類是二氧化碳加氫法;第二類是二氧化碳-甲烷轉化法;第三類是烴類-水蒸汽-二氧化碳轉化法。目前第三類方法是為成熟的技術，應用較普遍，國內齊魯石化公司技術有近30年的應用。第一類方法：需建有制氫裝置，在電力供應充足地區采用這種方法是可行的，如果用化工生產的副產氫氣則更好，如用氯堿廠的副產氫氣。第二類方法：采用天然氣與二氧化碳重整制合成氣，可實現工廠排放的二氧化碳循環利用，降低合成氣的成本，提高下游產品的經濟效益。另外，由于該過程沒有廢水、廢渣、廢氣產生，是一條清潔、環保的綠色工藝路線，因此成為國際、國內科研部門研究的熱點。這項技術的突出特點是適用范圍廣，可以在許多方面發揮作用。比如在化工生產中，合成氣的生產成本占下游產品成本65%的份額。第三類方法：采用天然氣與二氧化碳重整制合成氣，每噸合成氣比煤氣化法大致可節約成本595元。調節原料氣的配比后，用該路線可生產甲醇、丁辛醇、醋酸等許多產品，還可替代用渣油制合成氣，讓渣油發揮更大作用。

3國內CO2化工利用方向

3.1甲醇利用

隨著工業化和城鎮化進程的加快，石油需求將呈強勁增長態勢、如不采取積極有效的措施，到2020年，將產生嚴重的能源危機，中國的石油對外依存度將上升至逾65%。因此，國家制定了節約和替代燃料油的戰略目標，確定以重點發展“潔凈煤、天然氣替代燃料油技術、甲醇和乙醇替代汽油技術”等節油技術為突破口，大力推動以甲醇、乙醇替代成品油的示范工程，國家經貿委在2002年6月下發的《國家產業技術政策》中也指出“要大力發展油氣高效利用、節能和環保技術，新一代石油替代技術”。

甲醇之所以能夠作為汽車燃料，是由甲醇本身的性質特點決定的，主要表現為抗爆性好、理論混合氣熱效率高、著火限寬。甲醇是清潔燃料，為含氧化合物，其辛烷值高，且燃燒充分。與石油類燃料相比，甲醇燃燒排放比石油燃燒所排放的有害物質明顯降低，使用清潔甲醇燃料有利于減少尾氣污染，提高空氣質量。甲醇燃料汽車排放不僅比汽油車好，甚至比壓縮天然氣和液化石油氣汽車的排放都好，真正實現清潔排放。另外，由于甲醇的價格只有汽油的一半，燃燒甲醇比燃燒汽油經濟。

3.2碳酸乙（丙）烯酯

（1）水性PPC乳液：可生產水性木器樹脂、水性膠黏劑、水性可剝離樹脂、水性金屬樹脂。產品具有優異附著力、色彩展示性等特點，能夠完全替代進口水性涂料。

（2）生物降解聚碳酸乙（丙）烯酯塑料：可廣泛應用于農業地膜、一次性餐具、飲料包裝盒、包裝膜、保鮮膜、購物袋、3D打印耗材、緩沖包裝材料、緩釋化肥包覆料等。其中，用量最大的為農業地膜，采用地膜種植比裸地種植普遍能增產40%以上，尤其西北干旱地區地膜增產保產效果更佳顯著。

（3）阻燃泡沫材料：可應用于高阻燃外墻保溫材料、高阻隔（阻氧、阻水）新材料。聚碳酸乙（丙）烯酯的CO2含量達到40%-50%，是目前CO2含量最高的化工產品，能夠減少了CO2的排放量、減輕了“白色污染”問題，對環境保護具有重大意義。

4結語

綜上所述，我國是二氧化碳氣體排放較多的國家之一，雖然對于二氧化碳氣體的治理做了大量工作，但同其它國家一樣，二氧化碳氣體排放的治理和國民經濟快速發展之間，一直處于“難以兩全”的困境中。因此，二氧化碳的綜合利用將為煤化工的穩步發展起到關鍵作用，煤化工行業加大二氧化碳的綜合利用責無旁貸。

參考文獻：

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[2]范維唐，杜銘華.中國煤化工的現狀及展望[J].煤化工，2005，116：1-5.

（作者單位：林德大化（大連）氣體有限公司）