低碳經(jīng)濟(jì)下煤化工的科學(xué)發(fā)展

1、1 低碳經(jīng)濟(jì)下煤化低碳經(jīng)濟(jì)下煤化 工的科學(xué)發(fā)展工的科學(xué)發(fā)展 2011.12 2 1 1 概述概述 2 2 煤化工在低碳經(jīng)濟(jì)中的地位煤化工在低碳經(jīng)濟(jì)中的地位 3 3 排放排放coco2 2的危害的危害 4 4 節(jié)能降耗是減少排放節(jié)能降耗是減少排放coco2 2的重的重 要措施要措施 5 co5 co2 2 的處理的處理 6 6 低碳經(jīng)濟(jì)下煤化工發(fā)展的主攻低碳經(jīng)濟(jì)下煤化工發(fā)展的主攻 方向方向 7 7 結(jié)論結(jié)論 3 1 概述概述 4 “低碳經(jīng)濟(jì)低碳經(jīng)濟(jì)”(low carbon economy) 的說法是在的說法是在2003年的英國能源白皮年的英國能源白皮 書書我們能源的未來我們能源的未來:創(chuàng)建低碳經(jīng)

2、創(chuàng)建低碳經(jīng) 濟(jì)濟(jì)中提出的。中提出的。 5 全球變暖導(dǎo)致海平面加速上升全球變暖導(dǎo)致海平面加速上升; 南北極冰山漂移、喜馬拉雅山雪線南北極冰山漂移、喜馬拉雅山雪線 上升上升; 到到2100年，海平面將上升年，海平面將上升1米。米。 到到2050年年紐約，上海，東京紐約，上海，東京將淹于將淹于 水中。水中。 6 正是在這樣的大背景下，正是在這樣的大背景下，“低碳經(jīng)低碳經(jīng) 濟(jì)濟(jì)”的概念應(yīng)運(yùn)而生。隨著全球人的概念應(yīng)運(yùn)而生。隨著全球人 口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增長，能源使口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷增長，能源使 用帶來的環(huán)境問題及其誘因不斷地用帶來的環(huán)境問題及其誘因不斷地 為人們所認(rèn)識。為人們所認(rèn)識。 7 20世紀(jì)世紀(jì)9

3、0年代，丹麥遵從歐盟減排年代，丹麥遵從歐盟減排 目標(biāo)，以在成員國內(nèi)部承諾二氧化目標(biāo)，以在成員國內(nèi)部承諾二氧化 碳（碳（co2）減排）減排21為國家目標(biāo)，為國家目標(biāo)， 采取了多方面措施控制采取了多方面措施控制co2排放并排放并 收到了預(yù)期效果，為全球做出了榜收到了預(yù)期效果，為全球做出了榜 樣。樣。 8 我們需要這樣的一種低碳經(jīng)濟(jì)模式，我們需要這樣的一種低碳經(jīng)濟(jì)模式， 即以低能耗、低污染、低排放為基即以低能耗、低污染、低排放為基 礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。 毫無疑問，這是人類社會繼農(nóng)業(yè)文毫無疑問，這是人類社會繼農(nóng)業(yè)文 明、工業(yè)文明之后的又一次重大科明、工業(yè)文明之后的又一次重大科 技進(jìn)步技

4、進(jìn)步生態(tài)文明。生態(tài)文明。 9 低碳經(jīng)濟(jì)的四大特征低碳經(jīng)濟(jì)的四大特征 (1)提高能源的利用率提高能源的利用率 (2)降低所有的污染排放降低所有的污染排放 (3)針對所有溫室氣體：針對所有溫室氣體：co2，ch4、 、 n2o、hfcs、pfcs、sf6 (4)采用低碳或非碳能源：太陽能、采用低碳或非碳能源：太陽能、 風(fēng)能、核能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能，風(fēng)能、核能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能， 實(shí)現(xiàn)綠色實(shí)現(xiàn)綠色gdp。 10 2 煤化工在低碳煤化工在低碳 經(jīng)濟(jì)中的地位經(jīng)濟(jì)中的地位 11 排放排放co2量最大的不是煤化工，而量最大的不是煤化工，而 是熱電工業(yè)。是熱電工業(yè)。 客觀來說，熱電工業(yè)是這樣一種工客觀來說，熱

5、電工業(yè)是這樣一種工 業(yè)：把動力、溫暖、光明送給人類，業(yè)：把動力、溫暖、光明送給人類， 但也侵蝕著人類的環(huán)境。但也侵蝕著人類的環(huán)境。 12 2006年我國用煤分布年我國用煤分布 億噸億噸 13 然而為什么在排放然而為什么在排放co2問題上，煤問題上，煤 化工受到很大壓力呢？化工受到很大壓力呢？ 主要是目前各地的煤化工規(guī)劃太大，主要是目前各地的煤化工規(guī)劃太大， 動不動就是上百萬噸規(guī)模的甲醇、動不動就是上百萬噸規(guī)模的甲醇、 二甲醚、烯烴、煤制油。二甲醚、烯烴、煤制油。 自己把自己放到被告席上，自己把自己放到被告席上， 14 這個問題不公平，那些炒房的投機(jī)這個問題不公平，那些炒房的投機(jī) 者為了謀取錢財

6、，美其名曰者為了謀取錢財，美其名曰“投投 資資”，從來沒有在，從來沒有在co2排放的問題排放的問題 上受到真正的譴責(zé)。上受到真正的譴責(zé)。 2010年，正是它們把粗鋼產(chǎn)量推到年，正是它們把粗鋼產(chǎn)量推到 6.2665億噸、把規(guī)模以上水泥的產(chǎn)億噸、把規(guī)模以上水泥的產(chǎn) 量達(dá)到量達(dá)到18.68億噸，導(dǎo)致億噸，導(dǎo)致co2的排放的排放 居高不下。居高不下。 15 溫總理的話溫總理的話 公平和正義比公平和正義比 太陽還有光輝太陽還有光輝 16 3 排放排放co2的危害的危害 17 地球上地球上co2的積累引起的溫室效應(yīng)，的積累引起的溫室效應(yīng)， 已經(jīng)給人類的生活帶來嚴(yán)重的影響，已經(jīng)給人類的生活帶來嚴(yán)重的影響，

7、直接后果是全球變暖，其中有些對直接后果是全球變暖，其中有些對 人類來講是災(zāi)難。人類來講是災(zāi)難。 18 地球大氣層中的地球大氣層中的co2 時期空氣中co2的含量 ppm 工業(yè)革命開始(1750年)280 1958年315 1997年363 2008年385 每年增加值2 避免失去極地冰源和 其它災(zāi)難的最大值 350 2030年(采取捕集和封存 后) 400 19 (1) 給沿海地區(qū)帶來災(zāi)難：兩極和給沿海地區(qū)帶來災(zāi)難：兩極和 高山的冰川融化，海面上升，將使高山的冰川融化，海面上升，將使 沿海低地淹沒、沿海土壤鹽堿化、沿海低地淹沒、沿海土壤鹽堿化、 海水倒灌、洪水加劇、破壞港口及海水倒灌、洪水加劇

8、、破壞港口及 影響航運(yùn)等。影響航運(yùn)等。 (2) 氣候帶移動帶來復(fù)雜的影響；氣候帶移動帶來復(fù)雜的影響； 對農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)都產(chǎn)生對農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)都產(chǎn)生 令人難以想象的各種復(fù)雜的影響。令人難以想象的各種復(fù)雜的影響。 20 2007年年 世界上排放世界上排放co2前前10位的國家位的國家 位次國家co2排放總量(千噸) 1中國中國6,538,367 2美國美國5,838,381 3印度印度1,612,362 4俄羅斯俄羅斯1,537,357 5日本日本1,254,543 6德國德國787,936 7加拿大加拿大557,340 8英國英國539,617 9韓國韓國503,321 10伊朗

9、伊朗495,987 全球合計全球合計29,321,302 21 4 節(jié)能降耗是減少節(jié)能降耗是減少 排放排放co2 的重要措施的重要措施 22 我國的能源利用率比較低，單位我國的能源利用率比較低，單位 gdp能耗是美國和日本的能耗是美國和日本的3倍以上。倍以上。 政府的目標(biāo)是每年平均降低政府的目標(biāo)是每年平均降低4%。 五年來五年來 gdp能耗下降了能耗下降了19.1%。到。到 2020年，單位年，單位gdp能耗、二氧化碳能耗、二氧化碳 排放要降低排放要降低40%-45%。 23 我國政府還決定：我國政府還決定： 通過大力發(fā)展可再生能源、積極推通過大力發(fā)展可再生能源、積極推 進(jìn)核電建設(shè)等行動進(jìn)核電

10、建設(shè)等行動,到到2020年我國年我國 非化石能源占一次能源消費(fèi)的比重非化石能源占一次能源消費(fèi)的比重 達(dá)到達(dá)到15左右左右; 通過植樹造林和加強(qiáng)森林管理通過植樹造林和加強(qiáng)森林管理,森森 林面積比林面積比2005年增加年增加4000萬公頃萬公頃 。 24 從目前的世界經(jīng)濟(jì)波動來看，煤化從目前的世界經(jīng)濟(jì)波動來看，煤化 工大發(fā)展遇到了相當(dāng)大的困難，但工大發(fā)展遇到了相當(dāng)大的困難，但 步伐不能停止，但愿我國下一個煤步伐不能停止，但愿我國下一個煤 化工大發(fā)展周期是化工大發(fā)展周期是“節(jié)能節(jié)水降污節(jié)能節(jié)水降污 減排減排” 改造。改造。 25 幾十年合成氨工業(yè)發(fā)展的歷史，就幾十年合成氨工業(yè)發(fā)展的歷史，就 是節(jié)能降

11、耗的歷史。七十年代的天是節(jié)能降耗的歷史。七十年代的天 然氣制合成氨的噸氨能耗為然氣制合成氨的噸氨能耗為42gj， 到上世紀(jì)末是到上世紀(jì)末是29gj，現(xiàn)在可以低于，現(xiàn)在可以低于 28gj。三十多年來合成氨工業(yè)的進(jìn)。三十多年來合成氨工業(yè)的進(jìn) 步，主要就體現(xiàn)在能耗的降低上，步，主要就體現(xiàn)在能耗的降低上， 也就是能量利用率的提高。也就是能量利用率的提高。 26 5 co2 的處理的處理 27 co2處理的問題現(xiàn)在國際上的叫法處理的問題現(xiàn)在國際上的叫法 是是co2的捕捉和封存。的捕捉和封存。 在化工上，在化工上，co2的捕捉也叫脫碳。的捕捉也叫脫碳。 歷史上，脫碳的方法很多，早期的歷史上，脫碳的方法很多

12、，早期的 水洗、熱鉀堿溶液、苯菲爾溶液、水洗、熱鉀堿溶液、苯菲爾溶液、 碳酸丙烯酯、環(huán)丁楓、醇胺溶液、碳酸丙烯酯、環(huán)丁楓、醇胺溶液、 nhd（聚乙二醇二甲醚）、低溫甲（聚乙二醇二甲醚）、低溫甲 醇洗等。后兩者主要用于在原料氣醇洗等。后兩者主要用于在原料氣 中存在中存在h2s的情況下，同時脫硫脫的情況下，同時脫硫脫 碳。碳。 28 目前關(guān)于處理目前關(guān)于處理co2的辦法中，存在的辦法中，存在 不少誤區(qū)，有的辦法是無效的，有不少誤區(qū)，有的辦法是無效的，有 的辦法是在幫倒忙。的辦法是在幫倒忙。 29 5.1 有效行為有效行為 (1)深埋深埋 地下封存：目前，這個方法在歐洲受到青地下封存：目前，這個方法

13、在歐洲受到青 睞，不僅有研究機(jī)構(gòu)，而且已經(jīng)在睞，不僅有研究機(jī)構(gòu)，而且已經(jīng)在igcc電電 站中進(jìn)行示范運(yùn)用。站中進(jìn)行示范運(yùn)用。 據(jù)國際能源署預(yù)測，到據(jù)國際能源署預(yù)測，到2020年，全球?qū)⒒?，全球?qū)⒒?費(fèi)費(fèi)560億美元，用于建設(shè)億美元，用于建設(shè)100個類似的碳封個類似的碳封 存項目；存項目；2021至至2030年，相關(guān)資金投入將年，相關(guān)資金投入將 達(dá)到達(dá)到6460億美元。億美元。 30 針對我國的具體情況有一定的難度：針對我國的具體情況有一定的難度： 煤化工企業(yè)不在油田上。煤化工企業(yè)不在油田上。 注入地下的注入地下的co2隨著油田開采的隨著油田開采的 深入，回到地面的深入，回到地面的co2數(shù)量將

14、不斷數(shù)量將不斷 增加。增加。 單純將單純將co2封閉在地下的辦法困封閉在地下的辦法困 難比較大。特別是我國的地形特殊，難比較大。特別是我國的地形特殊， 山地很多，地震活躍。山地很多，地震活躍。 31 (2)溫棚吸碳溫棚吸碳 將工業(yè)排放的將工業(yè)排放的co2，用管道輸送到，用管道輸送到 農(nóng)田的溫棚中，就是農(nóng)田的溫棚中，就是“溫棚吸碳溫棚吸碳” 技術(shù)，或技術(shù)，或“溫棚溫棚co2施肥技術(shù)施肥技術(shù)”。 這個方法也已經(jīng)在某些果園和花棚這個方法也已經(jīng)在某些果園和花棚 中使用。在花棚中使用，能使花朵中使用。在花棚中使用，能使花朵 更加鮮艷。在果園中使用，能使水更加鮮艷。在果園中使用，能使水 果更加飽滿。果更加

15、飽滿。 32 (3)植樹造林植樹造林 森林和綠地是回收森林和綠地是回收co2最好的辦法，最好的辦法， 主要依靠大自然的陽光、水的力量，主要依靠大自然的陽光、水的力量， 在光化學(xué)的作用下，將在光化學(xué)的作用下，將co2 轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成 有機(jī)化合物，同時提供有機(jī)化合物，同時提供o2，真乃一，真乃一 舉兩得，缺點(diǎn)是投資較大。舉兩得，缺點(diǎn)是投資較大。 33 綠地吸收綠地吸收co2的能力的能力 吸收吸收 co2/天天 放出放出 o2/天天 1 1公頃闊葉林公頃闊葉林1000kg1000kg730kg730kg 1 1公頃草坪公頃草坪900kg900kg650kg650kg 34 1公頃闊葉林每天能夠吸收公頃

16、闊葉林每天能夠吸收1.0噸噸 co2。一個年產(chǎn)。一個年產(chǎn)16萬噸的合成油廠萬噸的合成油廠 需要有需要有3156公頃闊葉林相拌，即公頃闊葉林相拌，即 31.56平方公里闊葉林地。平方公里闊葉林地。 煤化工應(yīng)與綠地為伴侶！煤化工應(yīng)與綠地為伴侶！ 35 在飲食業(yè)中，在飲食業(yè)中， co2循環(huán)利用技術(shù)是循環(huán)利用技術(shù)是 指利用指利用co2的物理特性來實(shí)現(xiàn)的物理特性來實(shí)現(xiàn)co2的的 資源化利用的技術(shù)，如用資源化利用的技術(shù)，如用co2制作制作 干冰、滅火劑、制冷劑、食品添加干冰、滅火劑、制冷劑、食品添加 劑及超臨界萃取劑等。劑及超臨界萃取劑等。 5.2 無效行為無效行為 36 這樣的利用只是一種企業(yè)行為，該這

17、樣的利用只是一種企業(yè)行為，該 用就用，不必借用吸收溫室氣體的用就用，不必借用吸收溫室氣體的 名義，這件事與減排溫室氣體和低名義，這件事與減排溫室氣體和低 碳經(jīng)濟(jì)無關(guān)，碳經(jīng)濟(jì)無關(guān)，co2僅僅是一種媒介，僅僅是一種媒介， 用完后仍然回歸大氣，不能減少大用完后仍然回歸大氣，不能減少大 氣中氣中co2的含量。的含量。 37 5.3 逆效行為逆效行為 38 僅僅用化學(xué)能是不可能將僅僅用化學(xué)能是不可能將co2轉(zhuǎn)化為其它化轉(zhuǎn)化為其它化 學(xué)物而使學(xué)物而使co2的排放減少。這個結(jié)論也許大的排放減少。這個結(jié)論也許大 家都明白，但是在實(shí)際工作中，總有一股家都明白，但是在實(shí)際工作中，總有一股 力量在又千方百計地想只用

18、化學(xué)能將力量在又千方百計地想只用化學(xué)能將co2轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 化為其它化學(xué)物使化為其它化學(xué)物使co2的排放減少。的排放減少。 39 (1)co2加氫制甲醇、二甲醚加氫制甲醇、二甲醚 一些商界認(rèn)為：一些商界認(rèn)為：co2是重要的碳一是重要的碳一 化學(xué)原料，可以合成多種化工產(chǎn)品?；瘜W(xué)原料，可以合成多種化工產(chǎn)品。 于是推薦用于是推薦用co2制取甲醇和二甲醚，制取甲醇和二甲醚， 認(rèn)為可以利用這種方式把目前排空認(rèn)為可以利用這種方式把目前排空 的二氧化碳利用起來。的二氧化碳利用起來。 40 這個例題它不成功的原因，就是因這個例題它不成功的原因，就是因 為在礦石原料制為在礦石原料制h2的過程中會產(chǎn)生的過程中會產(chǎn)生 大量

19、的大量的co2，也就是說用，也就是說用co2作原料作原料 生產(chǎn)甲醇和二甲醚后，新產(chǎn)生的生產(chǎn)甲醇和二甲醚后，新產(chǎn)生的 co2更多，使大氣中的更多，使大氣中的co2越來越多。越來越多。 41 用用co2加氫制取甲醇，加氫制取甲醇，co2越來越多越來越多 42 (2)用用co2制取制取co 用用co2和和o2在灼熱的焦碳上通過，在灼熱的焦碳上通過， 可以得到可以得到co。國內(nèi)有的單位用于。國內(nèi)有的單位用于 甲醇低壓合成醋酸的工業(yè)中。甲醇低壓合成醋酸的工業(yè)中。 實(shí)際上，原料中還要用到焦炭和純實(shí)際上，原料中還要用到焦炭和純 氧。焦炭的來源是煤，純氧的制備氧。焦炭的來源是煤，純氧的制備 要耗電或者水蒸汽，

20、電或水蒸汽的要耗電或者水蒸汽，電或水蒸汽的 來源也是煤來源也是煤,這個過程要產(chǎn)生大量這個過程要產(chǎn)生大量 的的co2。 43 用用co2制取制取co，co2 越來越多越來越多 44 (3)co2加甲烷制合成氣加甲烷制合成氣 用甲烷與二氧化碳重整制備合成氣，用甲烷與二氧化碳重整制備合成氣， 這個反應(yīng)作為甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的補(bǔ)碳這個反應(yīng)作為甲烷蒸汽轉(zhuǎn)化的補(bǔ)碳 是可行的，在工業(yè)中為了防止催化是可行的，在工業(yè)中為了防止催化 劑結(jié)碳，還要加入一定量的水蒸汽。劑結(jié)碳，還要加入一定量的水蒸汽。 但是如果單獨(dú)用于但是如果單獨(dú)用于“消除消除”co2， 是不能達(dá)到目的的。是不能達(dá)到目的的。 在這樣的工業(yè)過程中，用在這樣的

21、工業(yè)過程中，用co2和和ch4 制取制取co+h2，co2 會越來越多。會越來越多。 45 用用co2和和ch4制取制取co+h2，co2 越來越多越來越多 46 (4)小結(jié)小結(jié) 上述這些例題，只用化學(xué)能將上述這些例題，只用化學(xué)能將co2 轉(zhuǎn)化為其它化學(xué)物使轉(zhuǎn)化為其它化學(xué)物使co2的排放減的排放減 少，是辦不到的，無論這些方法設(shè)少，是辦不到的，無論這些方法設(shè) 計得多么巧妙，它的目的永遠(yuǎn)達(dá)不計得多么巧妙，它的目的永遠(yuǎn)達(dá)不 到，實(shí)際上，這是物理學(xué)中永動機(jī)到，實(shí)際上，這是物理學(xué)中永動機(jī) 的變種。的變種。 47 6 低碳經(jīng)濟(jì)下煤化工低碳經(jīng)濟(jì)下煤化工 發(fā)展的主攻方向發(fā)展的主攻方向 48 把低碳經(jīng)濟(jì)作為煤化工的指導(dǎo)原則，把低碳經(jīng)濟(jì)作為煤化工的指導(dǎo)原則， 就是盡量少排放就是盡量少排放co2。這就是說，。這就是說， 煤化工的規(guī)模應(yīng)該受到控制，已經(jīng)煤化工的規(guī)模應(yīng)該受到控制，已經(jīng) 飽和的產(chǎn)品盡量不再上新的裝置，飽和的產(chǎn)品盡量不再上新的裝置， 與石油化工產(chǎn)品一致的產(chǎn)品品種，與石油化工產(chǎn)品一致的產(chǎn)品品種， 也應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。也應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)。 49 煤化工的主攻方向應(yīng)該以國家最需煤化工的主攻方向應(yīng)該以國家最需 要為原則，適度發(fā)展煤制柴油、煤要為原則，適度發(fā)展煤制柴油、煤 制甲烷，以滿足制甲烷，以滿足400萬公里的公路萬公里的公路