孫國(guó)超，祁建偉，袁圣娟

（中國(guó)石化集團(tuán)南京工程有限公司，江蘇 南京 211100）

0 概述

近年來，隨著全球變暖，極端天氣和氣候事件頻發(fā)，氣候變化對(duì)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響日益顯著，已成為當(dāng)今國(guó)際社會(huì)熱點(diǎn)議題之一。國(guó)際形勢(shì)的變化將全球應(yīng)對(duì)氣候變化帶入一個(gè)新的階段。2015年12月12日，196個(gè)締約方于巴黎氣候變化大會(huì)上通過了《巴黎協(xié)定》，該協(xié)定于2016年11月4日正式生效。與工業(yè)化前水平相比，其目標(biāo)是將全球平均氣溫升高幅度控制在2℃以內(nèi)，并為把氣溫升高幅度控制在1.5℃以內(nèi)努力。為了實(shí)現(xiàn)這一長(zhǎng)期溫度目標(biāo)，各國(guó)旨在盡快達(dá)到全球溫室氣體排放量的峰值，以在21世紀(jì)中葉之前實(shí)現(xiàn)氣候中和。

我國(guó)將氣候變化列為國(guó)家非傳統(tǒng)安全問題，提出應(yīng)對(duì)氣候變化不僅是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的內(nèi)在要求，而且是引領(lǐng)全球生態(tài)文明建設(shè)的重要抓手。在2009年哥本哈根世界氣候大會(huì)上，時(shí)任國(guó)務(wù)院總理溫家寶首次提出2020年實(shí)現(xiàn)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）二氧化碳排放相對(duì)于2005年降低40%～45%的目標(biāo)；在2015年巴黎氣候變化大會(huì)上，習(xí)近平主席提出到2030年，我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放相對(duì)于2005年降低60%～65%，并爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的目標(biāo)；在2020年第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，習(xí)近平主席提到要力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到碳排放峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

碳達(dá)峰指的是在某一個(gè)時(shí)點(diǎn)上，二氧化碳排放總量不再增長(zhǎng)，達(dá)到峰值，此后開始下降；碳中和是指社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的溫室氣體排放和溫室氣體吸收基本相當(dāng)，溫室氣體凈排放為零。2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和意味著從2020年到2060年這40年間，我國(guó)的二氧化碳凈排放量要從每年約100億t降低到幾乎為零。

碳捕集利用與封存（CCUS/CCS）是指將二氧化碳從工業(yè)排放源中分離后直接加以利用或封存，以實(shí)現(xiàn)CO2減排的工業(yè)過程。作為一項(xiàng)有望實(shí)現(xiàn)化石能源大規(guī)模低碳化利用的新興技術(shù)，CCUS技術(shù)受到國(guó)際社會(huì)的高度關(guān)注。政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）評(píng)估報(bào)告認(rèn)為，如果沒有CCS技術(shù)，絕大多數(shù)氣候模式都不能實(shí)現(xiàn)緩解氣候變化目標(biāo)，更為關(guān)鍵的是，碳減排成本增加幅度預(yù)估將高達(dá)138%。若要實(shí)現(xiàn)21世紀(jì)末全球平均氣溫升高不超過1.5℃的目標(biāo)，不僅需要在化石能源利用行業(yè)廣泛部署CCS以實(shí)現(xiàn)其近零碳排放，而且需要將其應(yīng)用于生物質(zhì)利用領(lǐng)域以取得負(fù)排放效果。國(guó)際能源署（IEA）的研究報(bào)告指出，若要實(shí)現(xiàn)21世紀(jì)末升溫幅度控制在2℃和1.75℃的氣候目標(biāo)，CCS技術(shù)的累計(jì)減排貢獻(xiàn)分別可達(dá)到14%和32%。鑒于CCUS技術(shù)對(duì)氣候變化和碳減排的重要作用，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已在探索給予CCUS技術(shù)與其他清潔能源同等政策的支持力度，以加快CCUS技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。近年來，CCUS各技術(shù)環(huán)節(jié)均取得了較大進(jìn)步，已經(jīng)具備大規(guī)模示范基礎(chǔ)；新型技術(shù)不斷涌現(xiàn)，種類不斷增多；低能耗的第二代捕集技術(shù)大幅度改善CCUS技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，有望以更低成本實(shí)現(xiàn)煤電和煤化工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的有效碳減排。CO2利用技術(shù)在實(shí)現(xiàn)碳減排的同時(shí)，形成具有可觀社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的新業(yè)態(tài)，對(duì)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

第一代CO2捕集技術(shù)指現(xiàn)階段已能進(jìn)行大規(guī)模示范的技術(shù)，如胺基吸收技術(shù)、常壓富氧燃燒技術(shù)等；第二代CO2捕集技術(shù)指技術(shù)成熟后能耗和成本可比成熟的第一代技術(shù)降低30%以上的新技術(shù)，如新型膜分離技術(shù)、新型吸收技術(shù)、新型吸附技術(shù)、增壓富氧燃燒技術(shù)、化學(xué)鏈燃燒技術(shù)等。

1 我國(guó)CCUS技術(shù)現(xiàn)狀簡(jiǎn)介

我國(guó)發(fā)展CCUS技術(shù)具有良好的基礎(chǔ)條件：（1）以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期存在；（2）適合CO2捕集的大規(guī)模集中排放源為數(shù)眾多、分布廣泛，且類型多樣；（3）我國(guó)理論地質(zhì)封存容量巨大，估算在萬億噸級(jí)規(guī)模；（4）我國(guó)完備的工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈為CO2利用技術(shù)發(fā)展提供了多種選擇；（5）存在多種CO2利用途徑，其潛在收益可推動(dòng)CCUS其他技術(shù)環(huán)節(jié)的發(fā)展。同時(shí)，我國(guó)發(fā)展CCUS技術(shù)仍面臨諸多傳統(tǒng)挑戰(zhàn)：（1）我國(guó)所處發(fā)展階段難以承受CCUS的高投入、高能耗和高附加成本；（2）二氧化碳高排放地區(qū)與應(yīng)用場(chǎng)地距離遠(yuǎn)，增加了CCUS技術(shù)集成示范和推廣的難度；（3）復(fù)雜的地質(zhì)條件和密集的人口分布給規(guī)模化封存提出了更高的技術(shù)要求。

國(guó)內(nèi)外新形勢(shì)給CCUS技術(shù)發(fā)展帶來了新的機(jī)遇：（1）全國(guó)統(tǒng)一碳市場(chǎng)的建立為CCUS技術(shù)的發(fā)展提供了新的驅(qū)動(dòng)力及預(yù)期；（2）具有較好社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的CO2利用技術(shù)不斷涌現(xiàn)，有望提高CCUS技術(shù)的整體經(jīng)濟(jì)性，并提供了與可再生能源、氫能源協(xié)同發(fā)展的更多選項(xiàng)；（3）低能耗捕集技術(shù)的出現(xiàn)有望大幅度降低CCUS技術(shù)的實(shí)施成本；（4）我國(guó)油氣資源的需求持續(xù)增長(zhǎng)，類型日益多樣化，使得基于CO2的油氣資源開采技術(shù)的發(fā)展越來越重要。而國(guó)內(nèi)外環(huán)境的變化也使CCUS技術(shù)發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)：（1）建設(shè)生態(tài)文明社會(huì)和落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略對(duì)CCUS技術(shù)的能耗、水耗、環(huán)境影響及資源匹配等提出更高要求；（2）2035年前后將是CO2捕集技術(shù)實(shí)現(xiàn)代際升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，第二代CO2捕集技術(shù)需在2035年之前做好大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化準(zhǔn)備。

近年來，CCUS技術(shù)在全球范圍快速發(fā)展，已開展了眾多工業(yè)規(guī)模示范項(xiàng)目，逐漸開始發(fā)揮對(duì)傳統(tǒng)能源“清潔化”的作用。我國(guó)高度重視CCUS技術(shù)的研發(fā)與示范，為積極發(fā)展和儲(chǔ)備CCUS技術(shù)開展了一系列工作，已建成多套10萬噸級(jí)以上CO2捕集示范裝置和萬噸級(jí)CO2利用示范裝置，并完成了10萬t/a陸上咸水層CO2地質(zhì)封存示范；同時(shí)，開展了多個(gè)CO2驅(qū)油與封存工業(yè)試驗(yàn)，累計(jì)注入CO2超過150萬t。

1.1 CO2捕集

CO2捕集是指將電力、鋼鐵、水泥等行業(yè)利用化石能源過程中產(chǎn)生的CO2進(jìn)行分離和富集的過程，是CCUS系統(tǒng)耗能和成本產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)。根據(jù)能源系統(tǒng)與CO2分離過程集成方式的不同，CO2捕集技術(shù)可分為燃燒后捕集技術(shù)、燃燒前捕集技術(shù)和富氧燃燒捕集技術(shù)。

由于能源系統(tǒng)與CO2分離過程的集成方式較為簡(jiǎn)單，燃燒后捕集技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟，可用于大部分火電廠、水泥廠和鋼鐵廠的脫碳改造，國(guó)內(nèi)已建成數(shù)套10萬t/a CO2捕集裝置。第一代燃燒后CO2捕集技術(shù)的成本為300～450元/t，能耗約為3.0 GJ/t，捕集過程耗電，導(dǎo)致發(fā)電效率損失10～13個(gè)百分點(diǎn)；第二代燃燒后CO2捕集技術(shù)的能耗為2.0～2.5 GJ/t，發(fā)電效率損失5～8個(gè)百分點(diǎn)。

燃燒前捕集系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，主要用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC）、煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和部分化工過程。目前，我國(guó)首套商業(yè)模式運(yùn)行的IGCC電廠（265 MW）已建成10萬t/a CO2捕集裝置。當(dāng)前，第一代燃燒前CO2捕集技術(shù)的成本為250～430元/t，能耗約為2.2 GJ/t，發(fā)電效率損失7～10個(gè)百分點(diǎn)；第二代燃燒前CO2捕集技術(shù)的能耗為1.6～2.0 GJ/t，發(fā)電效率損失3～7個(gè)百分點(diǎn)。

富氧燃燒捕集技術(shù)發(fā)展迅速，可用于新建燃煤電廠及部分改造后的火電廠，目前已建成0.3 MW、3 MW、35 MW的試驗(yàn)裝置，并完成了200 MW的可行性研究。當(dāng)前，第一代富氧燃燒CO2捕集技術(shù)的成本為300～400元/t，發(fā)電效率損失8～12個(gè)百分點(diǎn)；第二代富氧燃燒CO2捕集技術(shù)的發(fā)電效率損失為5～8個(gè)百分點(diǎn)。

概括而言，目前第一代CO2捕集技術(shù)漸趨成熟，但能耗與成本偏高，且我國(guó)缺乏開展大規(guī)模示范的工程經(jīng)驗(yàn)；第二代CO2捕集技術(shù)可大幅度降低能耗與成本，但尚處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)或小試階段，2035年前后有望大規(guī)模推廣應(yīng)用。

1.2 CO2地質(zhì)利用

CO2地質(zhì)利用是將CO2注入地下，生產(chǎn)或強(qiáng)化能源、資源開采的過程。相對(duì)于傳統(tǒng)工藝，CO2地質(zhì)利用技術(shù)可減少CO2排放，主要用于強(qiáng)化多種類型石油、天然氣、地?zé)?、地層深部咸水、鈾礦等資源開采。我國(guó)上述資源需求的持續(xù)增長(zhǎng)和油氣資源類型的多樣化，將為CO2地質(zhì)利用提供更大發(fā)展空間。

目前，CO2強(qiáng)化石油開采技術(shù)（CO2-EOR）已應(yīng)用于多個(gè)驅(qū)油與封存示范項(xiàng)目，2010—2017年，CO2的累計(jì)注入量超過150萬t，累計(jì)原油產(chǎn)量超過50萬t，總產(chǎn)值約為12.5億元；鈾礦地浸開采技術(shù)處于商業(yè)應(yīng)用初期，年產(chǎn)值已超過1億元；CO2強(qiáng)化煤層氣開采技術(shù)正進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和技術(shù)示范；CO2強(qiáng)化天然氣開采、頁(yè)巖氣開采、地?zé)衢_采技術(shù)處于基礎(chǔ)研究階段；CO2強(qiáng)化地層深部咸水開采技術(shù)是近幾年提出的新方法，尚未開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其大部分關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)可借鑒咸水層封存和強(qiáng)化石油開采技術(shù)，但需要開發(fā)相應(yīng)的抽注控制及水處理工藝。

1.3 CO2化工利用及礦化利用

CO2化工利用及礦化利用是以化學(xué)轉(zhuǎn)化為主要手段，將CO2和共反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成目標(biāo)產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)CO2資源化利用的過程，主要產(chǎn)品有合成能源化學(xué)品、高附加值化學(xué)品以及化工材料三大類?；だ貌粌H能減排CO2，還可以創(chuàng)造額外收益，對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)揮重要作用。

近年來，我國(guó)CO2化工利用技術(shù)取得了較大進(jìn)展，整體處于中試階段：部分技術(shù)完成了示范，如重整制備合成氣技術(shù)、合成可降解聚合物技術(shù)、合成有機(jī)碳酸酯技術(shù)等；部分技術(shù)完成了中試，如合成甲醇技術(shù)、合成聚合物多元醇技術(shù)等。CO2礦化利用技術(shù)也完成了磷石膏礦化二氧化碳及脫硫渣礦化二氧化碳千噸級(jí)規(guī)模中試裝置和萬噸級(jí)工業(yè)示范裝置建設(shè)，取得了試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為建設(shè)更大規(guī)模工業(yè)裝置奠定了基礎(chǔ)。

1.4 CO2生物利用

CO2生物利用是以生物轉(zhuǎn)化為主要手段，將CO2用于生物質(zhì)合成，實(shí)現(xiàn)CO2資源化利用的過程，主要產(chǎn)品有食品和飼料、生物肥料、化學(xué)品與生物燃料、氣肥等。生物利用技術(shù)的產(chǎn)品附加值較高，經(jīng)濟(jì)效益較好。目前將CO2轉(zhuǎn)化為食品和飼料的技術(shù)已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，但其他技術(shù)仍處于研發(fā)或小規(guī)模示范階段。

1.5 CO2地質(zhì)封存

CO2地質(zhì)封存是指通過工程技術(shù)手段將捕集的CO2儲(chǔ)存于地質(zhì)構(gòu)造中，實(shí)現(xiàn)與大氣長(zhǎng)期隔絕的過程。按照封存地質(zhì)體的特點(diǎn)，主要?jiǎng)澐譃殛懮舷趟畬臃獯?、海底咸水層封存、枯竭油氣田封存等方式。我?guó)已完成了全國(guó)范圍內(nèi)CO2理論封存潛力評(píng)估，陸上地質(zhì)利用與封存技術(shù)的理論總?cè)萘繛槿f億噸以上。陸上咸水層封存技術(shù)已完成了10萬t/a規(guī)模的示范，海底咸水層封存、枯竭油氣田封存技術(shù)完成了中試方案設(shè)計(jì)與論證?；诋?dāng)前技術(shù)水平，并考慮關(guān)井后20年的監(jiān)測(cè)費(fèi)用，陸上咸水層封存成本約為60元/t，海底咸水層封存成本約為300元/t，枯竭油氣田封存成本約為50元/t。

2 公司碳中和及碳捕集技術(shù)開發(fā)進(jìn)展

中國(guó)石化集團(tuán)南京工程有限公司（以下簡(jiǎn)稱公司）在中國(guó)石油化工集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱中石化）科技部的指導(dǎo)及幫助下，主動(dòng)參與碳中和及碳捕集技術(shù)開發(fā)及工程設(shè)計(jì)，以公司磷肥工藝設(shè)計(jì)人員為班底組建CCUS研發(fā)團(tuán)隊(duì)，由公司首席專家牽頭，近幾年先后參與5個(gè)課題的技術(shù)研發(fā)工作。

2.1 二氧化碳礦化磷石膏副產(chǎn)碳酸鈣和硫酸銨技術(shù)開發(fā)

二氧化碳礦化磷石膏副產(chǎn)碳酸鈣和硫酸銨技術(shù)采用電廠排出的煙氣中低濃度二氧化碳礦化磷石膏，生產(chǎn)碳酸鈣和硫酸銨產(chǎn)品，變廢為寶。由四川大學(xué)、中石化南化集團(tuán)研究院、中石化普光天然氣凈化廠、中國(guó)石化集團(tuán)南京工程有限公司組建聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，項(xiàng)目從2012年開始，2016年結(jié)束，先后完成中試裝置的可研，工藝包，詳細(xì)設(shè)計(jì)，中間試驗(yàn)以及20萬t/a規(guī)模（處理磷石膏量）工業(yè)示范裝置工藝包、可研編制。

電廠燃煤煙氣是CO2減排的主體。在石油天然氣開采行業(yè)，酸性天然氣凈化尾氣的組成、余溫、余壓及排放條件均與電廠燃煤煙氣相似，現(xiàn)代大型凈化裝置CO2排放規(guī)模與300 MW燃煤電廠相當(dāng)。所以，選擇中石化普光天然氣凈化廠（規(guī)模亞洲第一）開展以廢治廢的“尾氣CO2直接礦化磷石膏聯(lián)產(chǎn)硫基復(fù)合肥關(guān)鍵技術(shù)研究與工程示范”，既對(duì)本行業(yè)CO2減排具有顯著示范效應(yīng)，也可直接向燃煤熱電行業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移，對(duì)推進(jìn)我國(guó)CO2減排和低碳技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。

項(xiàng)目主要?jiǎng)?chuàng)新性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征：

（1）以廢治廢。利用工業(yè)固廢磷石膏礦化煙氣CO2，每礦化CO21 t消減磷石膏4 t，在碳減排的同時(shí)減輕了困擾我國(guó)磷資源加工行業(yè)的磷石膏污染。

（2）一步法實(shí)現(xiàn)捕集與轉(zhuǎn)化。通過氣-液-固三相反應(yīng)體系，一步法實(shí)現(xiàn)煙氣CO2與工業(yè)固廢磷石膏轉(zhuǎn)化為水泥原料碳酸鈣與化肥硫酸銨：

（3）產(chǎn)品增值。以廢治廢的技術(shù)路線和一步轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的工藝過程奠定了產(chǎn)品增值的技術(shù)基礎(chǔ)。礦化CO21 t使用助劑氨0.78 t，轉(zhuǎn)化為硫酸銨3 t和碳酸鈣2.3 t。

（4）其主要技術(shù)指標(biāo)全面達(dá)到國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題計(jì)劃任務(wù)書規(guī)定，以下指標(biāo)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先：CO2利用率大于75%，磷石膏轉(zhuǎn)化率大于90%，NH3收率大于97%，尾氣殘余NH3質(zhì)量濃度≤10 mg/m3。

2.2 二氧化碳礦化脫硫渣關(guān)鍵技術(shù)與萬噸級(jí)工業(yè)試驗(yàn)

基于四川大學(xué)前期開發(fā)的脫硫渣礦化技術(shù)與百噸級(jí)擴(kuò)大試驗(yàn)，為推動(dòng)CO2礦化技術(shù)工程示范與工業(yè)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展，四川大學(xué)、中石化南化集團(tuán)研究院、中國(guó)石化集團(tuán)南京工程有限公司進(jìn)一步開展礦化共性基礎(chǔ)問題、關(guān)鍵技術(shù)研究和萬噸級(jí)的工業(yè)試驗(yàn)，有利于對(duì)CO2礦化共性技術(shù)以及先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證，為CCUS技術(shù)進(jìn)一步大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用提供技術(shù)支持和示范。萬噸級(jí)裝置采用攀鋼集團(tuán)有限公司排出焦息氣中低濃度二氧化碳礦化鋼廠脫硫渣中未反應(yīng)的氫氧化鈣，生產(chǎn)碳酸鈣，生產(chǎn)出的碳酸鈣可以返回濕法脫硫裝置用于吸收二氧化硫，所以該技術(shù)適用于電廠采用半干法脫硫及濕法脫硫裝置場(chǎng)合。

試驗(yàn)形成的技術(shù)成果：

（1）形成煙氣CO2礦化減排協(xié)同半干法脫硫渣廢棄物綜合利用的關(guān)鍵技術(shù)。

（2）建立CO2礦化半干法脫硫渣萬噸級(jí)工業(yè)驗(yàn)證反應(yīng)裝置，為半干法脫硫渣處理與CO2減排技術(shù)的推廣提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（3）CO2礦化脫硫渣萬噸級(jí)規(guī)模試驗(yàn)裝置達(dá)到以下技術(shù)目標(biāo)，年處理煙氣量10 000 t（煙氣中CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%～20%，根據(jù)穩(wěn)定運(yùn)行72 h煙氣量和CO2礦化量，測(cè)算年（8 000 h）總CO2礦化量與煙氣處理量）；50～80℃反應(yīng)條件下，每噸脫硫渣礦化CO2100 kg；反應(yīng)過程CO2的凈封存利用率≥50%。

2.3 二氧化碳化學(xué)鏈礦化利用技術(shù)中試

采用清華大學(xué)二氧化碳化學(xué)鏈礦化技術(shù)，以低濃度二氧化碳礦化硅酸鈣或建筑混凝土廢料，生成碳酸鈣和白炭黑，其中碳酸鈣可以作為水泥生產(chǎn)原材料等，二氧化硅作為橡膠填料等，反應(yīng)過程中利用氯化銨熱裂解，產(chǎn)生鹽酸和氨，作為中間體在反應(yīng)體系中循環(huán)利用。由原初科技（北京）有限公司、中石化南化集團(tuán)研究院、茂名石油化工有限責(zé)任公司、中國(guó)石化集團(tuán)南京工程有限公司共同承擔(dān)中試研究及后續(xù)技術(shù)推廣應(yīng)用工作。

中試裝置擬建在茂名石油化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)廠區(qū)內(nèi)，靠近二氧化碳尾氣排放煙囪附近，項(xiàng)目目前已開題，計(jì)劃2022年年底完成中試試驗(yàn)工作。

該技術(shù)利用工業(yè)尾氣中的二氧化碳、硅酸鹽礦石（CaSiO3）或工業(yè)固廢、廢棄建材等為原料，進(jìn)行濕法間接礦化反應(yīng)，得到碳酸鈣（CaCO3）和白炭黑（SiO2）兩種產(chǎn)品。該路線利用氯化銨分解得到氯化氫氣體與氨氣；氯化氫溶解硅酸鹽礦石或固體廢料，得到鈣的氯化物，鈣的氯化物、氨氣和CO2反應(yīng)得到碳酸鹽，同時(shí)產(chǎn)生氯化銨，氯化銨經(jīng)濃縮干燥后循環(huán)使用。主要反應(yīng)如下：

整個(gè)過程主要包括CaSiO3溶解、CO2吸收礦化、酸堿再生以及產(chǎn)品脫水處理4個(gè)單元過程。

該技術(shù)主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)為：

（1）化學(xué)鏈循環(huán)綠色工藝。采用鹽（NH4Cl）熱解制堿，實(shí)現(xiàn)了酸堿循環(huán)使用，整個(gè)過程無固體廢物、廢液產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)綠色清潔生產(chǎn)。

（2）高效的專有核心設(shè)備。開發(fā)吸收、礦化、分離一體化反應(yīng)器，優(yōu)化工藝方案，使CO2礦化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%，堿的利用率達(dá)到92%以上。

（3）降低能量消耗，提高碳凈回收率。CO2的凈回收率達(dá)50%以上；與中高溫太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)與過程集成，CO2的凈回收率可達(dá)90%以上。

（4）易于工業(yè)放大。流程由典型化工過程和裝備組成，具備工業(yè)放大基礎(chǔ)，未來有望實(shí)現(xiàn)百萬噸級(jí)CO2回收利用。

該技術(shù)在碳減排的同時(shí)，生產(chǎn)有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的碳酸鈣和白炭黑產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)氯化銨的循環(huán)利用，項(xiàng)目具有較好的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 50萬t/a二氧化碳捕集、純化及利用工業(yè)示范裝置

國(guó)家能源集團(tuán)計(jì)劃在泰州電廠百萬千瓦火電廠建設(shè)50萬t/a規(guī)模二氧化碳捕集、純化及利用工業(yè)示范裝置。目前正在開展項(xiàng)目可研編制及詳細(xì)設(shè)計(jì)的技術(shù)方案論證，該項(xiàng)目由國(guó)建能源集團(tuán)新能源技術(shù)研究院有限公司牽頭，中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院有限公司、中國(guó)石化集團(tuán)南京工程有限公司、中石化南化集團(tuán)研究院共同承擔(dān)可研及后續(xù)設(shè)計(jì)等工作。

該項(xiàng)目計(jì)劃在國(guó)家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司尾氣煙囪排出煙氣中采用N-甲基二乙醇胺（MDEA）法年吸收二氧化碳50萬t，純化后17萬t氣體二氧化碳通過管道輸送到8 km外，在那里將建設(shè)二氧化碳與氫氣合成甲醇工業(yè)示范裝置；其余33萬t純化后二氧化碳經(jīng)冷卻壓縮后制成液體二氧化碳，部分（23萬t）送到蘇北油田驅(qū)油，將二氧化碳儲(chǔ)存于地下，部分（10萬t）進(jìn)一步純化，達(dá)到食品級(jí)銷售。

該項(xiàng)目主要技術(shù)攻關(guān)內(nèi)容之一是將CO2捕集過程中胺基吸收劑再生能耗降低至2.2 GJ/t以下。

2.5 地下鹵水提取電池級(jí)碳酸鋰技術(shù)開發(fā)

該課題為中石化科技部重點(diǎn)研發(fā)課題，由中國(guó)航天上?？臻g電源研究所、中石化南化集團(tuán)研究院、中石化江漢油田、中國(guó)石化集團(tuán)南京工程有限公司共同承擔(dān)。

中石化江漢油田地下鹵水中鋰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50×10-6，比青海湖低，但鹵水量大，預(yù)估有300多萬噸。采用錳系吸附劑替代傳統(tǒng)鋁系吸附劑，開展地下鹵水提取電池級(jí)碳酸鋰中試研究，已完成中試工藝包、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)工作及中試裝置建設(shè)，2021年10月開展中試生產(chǎn)，利用采油過程中帶出鹵水，將其中鋰離子吸附并加工成電池級(jí)碳酸鋰，作為生產(chǎn)鋰電池的主要原料，為開拓新能源材料尋求新的途徑和來源。

該裝置主要工藝過程如下：采用錳系離子篩吸附劑，在堿性環(huán)境下吸附地下鹵水的鋰，連續(xù)吸附20 h，然后洗滌0.5 h，在酸性環(huán)境下脫附1 h，脫附出的富鋰液送入純化工段。富鋰液依次經(jīng)過鋁系樹脂純化、超濾、納濾、反滲透、電滲析進(jìn)行純化和濃縮，達(dá)到沉鋰濃度后，送入反應(yīng)器與碳酸鈉反應(yīng)，生成碳酸鋰。再經(jīng)過過濾、洗滌、干燥后，得到純度99.5%的電池級(jí)碳酸鋰（見圖1）。

圖1 鹵水提鋰流程

3 結(jié)語(yǔ)

碳達(dá)峰、碳中和已被確定為國(guó)家目標(biāo)，在今后一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，碳中和、碳捕集及其利用、碳排放管理將是我國(guó)的一個(gè)重要工作。公司磷肥設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)積極主動(dòng)參與碳捕集及其利用技術(shù)開發(fā)并已取得一定成績(jī)，今后將一如既往重點(diǎn)關(guān)注該技術(shù)研究進(jìn)展并及時(shí)跟進(jìn)，這既是完成中石化安排的技術(shù)研發(fā)任務(wù)，服務(wù)于中石化技術(shù)開發(fā)大局，也是磷肥專業(yè)自身發(fā)展的需要。公司應(yīng)該抓住難得的機(jī)遇，在集團(tuán)科技部的主導(dǎo)下，主動(dòng)作為，安排精兵強(qiáng)將參與相關(guān)研發(fā)和中試、工業(yè)示范裝置設(shè)計(jì)，拓展業(yè)