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文档简介

化学工程中的热点问题

HotspotsinChemicalEngineering

浙江大学化学工程系李希观点讨论二、环境问题——CO2往哪里去?捕集、封存、再活化、资源化以下将要阐述的问题——哥本哈根气候大会的争吵

两大集团:发达国家——发展中国家 五个层次:美、欧(日)、基础4国、非洲、岛国 争议内容:碳排放权、资金、技术 原则:共同而有区别,共同还是有区别?

21世纪的南北关系:碳政治! 碳排放权已成为21世纪国际政治经济的筹码!化工热点问题-CO2排放与限制CO2捕集技术 湿法——碱性溶剂吸收与净化 碱水、氨水、乙醇胺、热钾碱、有机碱 干法——吸附 氧化钙、碱性吸附剂 评价:技术成熟,经济性还需斟酌化工热点问题-CO2捕集与封存CO2封存技术——碳往哪里去?

办法一:资源化利用 食用、干冰——万吨级 化肥、制碱——千万吨级 碳酸二甲酯、氨基甲酸酯,CO2代替光气,50万吨级

CO2驱油,CO2来源与输送问题

CO2

农业,促进光合作用?

——实在用不完!

化工热点问题-CO2捕集与封存

办法二:封存与自然吸收

加压液化地下封存——成本$30~70/吨,难以承受! 存放空间不足!

加压灌注深海形成CO2水合物存放 加铁粉促进海洋生物吸收CO2

养海藻制生物柴油

——生态风险?! 化工热点问题-CO2捕集与封存澳大利亚CO2采油井地下封存办法三:CO2高能活化

CO2加氢合成甲醇——氢从哪里来?

核能制氢+CO2利用

CO2活化聚合——需要大量能量输入归纳——在现阶段,CO2的捕集与封存是最难处理的科学、技术、经济与生态问题,可能要寄希望于核能的普遍采用。

化工热点问题-CO2捕集与封存CO2资源化利用——

即便是杯水车薪,我们也总得做点什么!原则:有利可图、大规模转化、技术升级、无二次污染现有的纯碱与尿素不能净转化CO2,因为消耗合成氨,因此,碳的转化关键是氨的循环利用 一种新途径:煤化工-纯碱-氯乙烯联合碳氯碱工艺化工热点问题-CO2资源化利用联合碳氯碱新工艺设想——煤化工过程为制碱提供碳源——变换气,尾气

CO+H2O——CO2+H2氨盐水吸收CO2制纯碱——为煤化工脱碳

CO2+NaCl+NH3+H2O——NaHCO3+NH4Cl 氯化铵制氯乙烯——无电解新工艺

CH2=CH2

+NH4Cl+O2——CH2=CHCl+NH3+H2O

这是目前可能的最大规模利用CO2生产化工原料的方法!

化工热点问题-CO2资源化利用纯碱-氯乙烯联产纯碱采用氨盐水吸收CO2,石灰石煅烧获取CO2,排放残渣,副产品氯化铵难以利用。

CO2大规模资源化利用新工艺纯碱-氯乙烯联产乙炔法氯乙烯石灰石煅烧获取CaO,排放高浓CO2,电解盐水获取HCl

CO2大规模资源化利用新工艺纯碱—电石法氯乙烯联合生产新工艺

特点:大规模利用CO2,省略电解工艺,投资省,无排放关键技术:MgO化学循环分离NH4Cl

核心反应器:有机废气蓄热燃烧回转炉,减排温室气体核心反应器:蓄热式回转炉燃烧器

三、能源问题—远水还是近渴?新能源、化石能源,困惑与出路以下将要阐述的问题——

中国在能源方面面临严峻的局面,是制约经济发展与国家安全的瓶颈之一。我国能源结构以煤为主,贫油、乏气、缺铀。能源争夺与运输是与大国邻国形成“周边有事”的诱因。能源问题——2006年中国和世界能源消费构成世界能源消费构成中国能源消费构成新能源与化石能源 化石能源:煤、石油、天然气(94%)

核能:(1%) 新能源:风能、太阳能、水能、生物质能、地热 能、海洋能(5%水电+0.4%其它)国家示范项目:北京氢能汽车,西藏太阳能,河西走廊风力,沈阳秸秆气化,云南沼气新能源(包括核能):远水解不了近渴!能源问题——新能源与化石能源新能源前景 氢能:干净的能源载体,氢从哪里来?煤制氢、 天然气制氢、生物质制氢、核电制氢? 氢的储存、输送、加氢站管网,安全性

风能、太阳能、潮汐能: 不稳定能源,垃圾电,难上网,需要储能设 施,适合边远与海岛地区、小型、分散使 用;最近国家智能电网技术取得重要进展, 风电有望大规模上网。

能源问题——新能源与化石能源

生物质能:制氢制化学品——豆腐渣盘成肉价钱; 气化——储藏运输问题,难以大规模使用, 小型、分散,沼气最合适。 化工新技术——移动式生物质液化装置能源问题——新能源与化石能源燃煤之急——煤的高效利用与清洁转化燃煤发电的两大问题 -污染严重:硫、氮氧化物,粉尘,污水,CO2

-热效率低:30~35%,大量废热排放化工技术方面的挑战 -提高热效率,从30%到50%以上,比发达国家更高 -经济高效的清洁化技术,脱硫脱硝脱碳除尘化工热点问题——洁净煤技术示范性的化工新技术——中国要走在世界前列 -煤制油,直接液化与间接液化神华集团百万吨级直接液化装置2008年开车成功中科院山西煤化所三套16万吨级间接液化示范装置2006年开车成功,目前正在设计400万吨级合成油装置-煤代油,MTO,MTP,MTA替代石油路线化工热点问题-洁净煤技术

-煤代油新技术甲醇制烯烃(MTO):中科院大连化物所技术,2008年180万吨甲醇制60万吨烯烃装置投产,当前热点技术;甲醇制丙烯(MTP):Lurgi工艺,2010年投产煤制乙二醇:中科院福建物构所技术,正在工业化,当前热点技术煤制醋酸:BP-Amoco工艺,2006年大规模投产甲醇制芳烃:清华大学,2013年建万吨级示范装置化工热点问题-洁净煤技术IGCC:煤气化燃气-蒸气联合循环

IntegratedGasificationCombinedCycle

将传统的燃煤发电转变为

煤气化-净化-燃气轮机发电-蒸汽轮机发电

煤为什么要气化以后再发电? 热效率从燃煤的35%提高到45%——卡诺循环 煤成气以后容易净化,无排放,实现清洁发电化工热点问题-洁净煤技术洁净煤技术-IGCCIGCC技术关键经济的气化与空分技术高温脱硫技术高温燃气轮机发电技术

评价: 优点:干净的发电技术 缺点:发电成本太高,比燃煤发电高50~120% 洁净煤技术-IGCC煤制浆

提质加工产品

提质加工加氢液化

FT合成

提质加工气化洁净煤技术-煤变油

煤制油工艺的特点直接液化:条件苛刻,投资巨大,能量利用率高间接液化:技术成熟,投资巨大,能量利用率较低间接液化成本因素: 气化,空分,净化,尾气循环

——装置小而全

洁净煤技术-煤变油

解决IGCC经济性的技术方案——与合成气液化生产燃料和化工产品进行联产化工与发电共享同样的气化单元,简化流程“煤变油”装置一次通过,省去尾气循环压缩工序有利于能量集成与质量集成,吃干榨尽存在的问题——

多种工艺与技术的集成难度大 洁净煤技术-多联产集成工艺核能的高效利用

核能是目前能够取代化石能源的最终途径。低品位铀矿的高效分离与浓缩技术第四代快中子增殖反应堆的开发核能-化工多联产工艺(峰谷发电,原子能制氢、原子能碳处理)

化工热点问题-高效核能技术关于氢经济 氢能是最干净的能量载体

氢从哪里来?——天然气、煤:CO2排放,能量效率 未来的氢能——原子能:白天发电,夜晚电解水制氢 其它问题——氢的储存,运输,使用:代价高昂

——氢能是一种代价高昂的能量载体,近期难以实现 化工热点问题-进一步的思考关于能源问题的小结

燃眉之急——煤的清洁高效转化技术 清洁发电,煤变油,煤代油化学品

未来能源——只能指望核能,增殖反应堆,核聚变

其它新能源——锦上添花,拾遗补缺

能源问题——远水还是近渴?四、资源问题——煤制燃料还是煤制材料?以下将要阐述的问题——煤化工的发展方向 石油与天然气氢多碳少(H/C≈2),煤则碳多氢少(H/C<1)

,因此从原子经济的角度来看,“油制燃料,煤制材料”应该是最合理的选择,可解决碳排放问题

OiltoFuel,CoaltoMaterial

因此,未来的煤化工应该从燃料化工发展到材料化工化工热点问题——煤制材料煤制材料的重要途径——煤制芳烃

煤与石油的分子结构有很大差别——煤分子是以芳环为基本单元的网状结构,石油分子主要是直链烷烃结构;煤富含芳烃,石油富含烷烃中国纺织与材料行业急需芳烃原料,目前煤制“三烯”产业化已实现,煤制“三苯”还远未解决,沿海地区频发PX事件说明,煤制芳烃是一项战略性技术,将改变东西部产业发展格局。化工热点问题——煤制芳烃煤分子的稠环网状结构OriginDaqin(CN)Shenli(CN)Xinjiang(CN)IranOmanSaudiPAC,wt%26.5235.4724.1634.023.425.4ProcessH-CoalSRC-IIEDSPACofthenaphtha,wt%75.8-76.9574.23-75.1773.72-74.89不同来源的原油石脑油中潜在芳烃含量(PAC)煤直接加氢液化石脑油中潜在芳烃含量(PAC)现有工艺的不合理性:煤制燃料:直接加氢液化采用极端反应条件(450℃,15MP)将芳环打开形成石油的链状结构石油制芳烃:将石油中的直链烷烃通过芳构化合成芳烃,代价较高由于芳环很稳定,设想控制一定的加氢液化条件,使煤转化为富含单环芳烃的材料,更符合科学原理。化工热点问题——煤制芳烃

因此,当前的“煤变油”工艺应当转变产品目标,从煤制燃料为主、副产芳烃转变为煤制芳烃为主、副产燃料,更具经济性与合理性

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