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水泥工业发展低碳经济的时机已经到来
来源: 编辑: 发布时间:2010-1-27 11:13:02
 一.水泥工业减排CO2任重而道远

  中国是世界上最大的水泥生产国,2009年水泥产量16.3亿吨,水泥产量占全球50%以上,水泥工业作为能源和资源消耗密集型产业,消耗大量不可再生资源和能源,并排放大量CO2

  面对全球气候变暖和环境日益恶化的严重威胁,我国政府积极应对气候变化,去年12月在哥本哈根气候峰会上,庄严提出了“到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%”的目标。水泥行业如何落实这一目标,承担起应负的社会责任,是摆在每个水泥工作者面前刻不容缓、任重而道远的战略任务。

  首先,让我们回顾一下过去全国及水泥工业CO2的排放情况。1990~2005年,世界平均CO2增加率仅提高17%,而我国提高近100%。2005年世界CO2排放量262亿吨,我国CO2排放量53亿吨,居世界第二,当时的国内生产总值为18.23万亿元,万元国内生产总值CO2排放2.9吨。2005年我国水泥产量10.64亿吨,总产值2683.8亿元,CO2排放量5.8亿吨,占全国排放量11%,万元产值CO2排放量21.6吨,相当于全国平均水平的7.5倍。我国水泥工业CO2的排放总量虽然排在燃煤电厂电力工业之后,但单位产值CO2排放量却是龙头老大。为何水泥工业单位产值CO2排放量成为龙头老大呢?原因有三:一是水泥能耗高附加值低(我国水泥价格仅为国际市场平均价格的1/2左右,若用同样先进程度的生产工艺生产同品种同数量的水泥产品,我们单位产值CO2排放量就成为其他国家或国外企业的2倍——编者注);二是水泥熟料煅烧主要是用煤作燃料;第三个原因,也是最根本的原因,是用石灰石作原料。以新型干法工艺煅烧熟料为例,每吨熟料大约排放0.8吨CO2,CO2的来源1/3来自燃料、近2/3来自石灰石CaCO3分解产生的CO2

  近些年来我国大力发展新型干法工艺,单位熟料标准煤耗已大大下降,但水泥工业CO2排放总量是逐年上升的,2009年我国熟料产量约10.5亿吨,CO2排放量约8.4亿吨,若水泥工业总产值按5700亿元(现值)计算,则万元产值CO2排放量约14.7吨,仍然很高。因此,如何加大节能减排的力度,将水泥单位产值的CO2排放量降下来,是水泥工业面临的一大课题,也是一项不可回避而又十分艰巨的战略任务。

  二.发展低碳经济是水泥工业转型的必然选择

  在全球应对气候变化的大背景下,发展低碳经济已成为世界经济社会变革的潮流,更是我国在可持续发展框架下应对气候变化的必由之路。原因很清楚,我国快速工业化、城市化过程能源消费和相应CO2排放的较快增长趋势与世界减排温室气体、保护全球气候目标形成越来越尖锐的矛盾。推进技术创新,发展低碳能源技术,转变经济发展模式和社会消费模式,走低碳发展的道路,是我国协调经济发展和保护气候之间关系的根本途径。

  近几年来我国水泥工业在利用各种工业废渣和社会垃圾发展循环经济方面已取得长足进步;在节能减排发展低碳经济方面也在做着初步探索;利用水泥窑的余热发电已经风生水起、成绩斐然。然而由于水泥工业受所用原料的局限,除用电石渣、硅钙渣生产水泥外,用石灰石作原料生产水泥,减少CO2的排放在目前相对比较困难。因此,如何回收利用水泥窑尾废气中CO2,成为水泥工业延伸产业链,发展低碳经济,实现经济转型绕不开的课题。

  从整体看,我国水泥工业产能过剩已是不争的事实,有些地区还相当严重,国发〔2009〕38号文已明确提出遏制产能过剩的措施。现在正是冷静下来研究水泥工业如何转变经济增长方式,发展低碳经济最好时机。尤其要重点研究如何将CO2的排放降下来,把CO2的回收利用搞上去,是社会责任赋予的要求,也是解决水泥工业自身可持续发展的需要。

  三.水泥工业发展低碳经济大有可为

  水泥工业发展低碳经济除了节能减排及尽可能利用替代新能源和替代原料外, 开发相应的技术把二氧化碳进行回收利用和再资源化,既可促进多种工业发展,又可有效地控制大气污染,避免温室效应,是一种一举数得的选择。在这方面,蒙西集团已开创了水泥工业回收和有效利用窑尾废气中CO2的历史先河。

  全球工业化进程的加快使CO2排放量越来越大并给环境带来危害,而石油、煤炭资源的日渐枯竭也需要有新的碳源作补充,因此世界各国十分重视开发相应的CO2回收以及净化和再利用技术。根据CO2来源不同和用户对CO2的要求不同,CO2的回收工艺也不同。目前主要有五种方法:溶剂吸收法(包括物理吸收和化学吸收)、变压吸收法、有机膜分离法、吸附精馏法(当前技术最先进的方法)、催化燃烧法。而水泥回转窑废气有其特殊性,尾气CO2含量一般在20%~30%,尾气中含有CO2等酸性物质,容易腐蚀设备并且含有氮气、氧气、硫化物等大量杂质;同时,尾气含有大量热量,可作为提取CO2的热源。因此,结合水泥厂的特点,有的业内人士建议采用先进的吸附精馏工艺,即使在CO2含量相对偏低(9%)的情况下,也能回收并提纯CO2到99%以上。水泥窑尾废气中氮气、氧气、水、硫化物、氮氧化物等杂质,通过以MEA(单乙醇胺)为主的优良复合胺吸收剂加以吸收、过滤、精馏,达到提高CO2吸收率、降低能耗、减少腐蚀和提纯的目的。用这种工艺,不但可以制取工业级而且可以制取食品级CO2

  目前全球CO2工业利用量大约每年1~1.5亿吨。美国是世界上最大的CO2生产国和消费国,年生产能力约1000万吨。中国有CO2生产企业100家左右,年生产能力约200~250万吨。全球回收的CO2约40%用于生产化学品、35%用于油田三次采油、10%用于制冷、5%用于碳酸饮料、其他应用占10%。目前我国的CO2消费结构中,碳酸型饮料占70%,碳酸二甲酯与降解塑料加工占10%,二氧化碳保护焊占6%,超市食品保鲜占5%,烟丝膨化及其他占5%,油井注压采油占4%。值得一提的是,近年来食品级CO2发展十分迅速,特别在饮料和啤酒、烟草、蔬菜等防腐保鲜、超临界萃取等领域十分受青睐,对CO2纯度要求也更为严格。大连理工大学立足于CO2回收、精制技术,成功地开发出吸附精馏法回收CO2新工艺,并推广应用到生产过程中,该工艺的关键技术已达到国际先进水平。开发的烯烃吸附剂和工艺优化技术为国际首创。该技术采用特殊配方制成的固体复合吸附剂,有针对性地把CO2中的重组分杂质分步吸附除尽,再利用热泵精馏技术,把轻组分杂质分离除尽,使CO2纯度达到99.996%以上。

  用回收的CO2进一步深加工,可以生产的化学品有可降解塑料、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯等。CO2可降解塑料属完全生物降解塑料类,在自然环境中可完全降解,可用于一次性包装材料、餐具、保鲜材料、一次性医用材料、地膜等方面。CO2可降解塑料作为环保产品和高科技产品,正成为当今世界瞩目的研究开发的热点,因为它可以替代聚氯乙烯塑料,解决聚氯乙烯塑料所造成的“白色污染”,意义十分重大。蒙西集团与中科院长春应用化学研究所合作,利用回收水泥窑废气中CO2与环氧化物在稀土组合催化剂的作用下进行共聚,生产出CO2全降解塑料,并于2004年建成世界首条3000吨 /年示范生产线。使水泥窑尾废气中提取的CO2气体通过综合加工再利用,既遏制了温室气体排放,又提高了产品的附加值,形成了科学合理的产业链。

  从废气中回收、提纯CO2及进一步加工成CO2全降解塑料,不但产生很好的环境效益,而且给企业带来丰厚的经济效益。据资料介绍,国内市场价格:工业级CO2每吨700~800元,食品级CO2每吨1100~1200元;CO2全降解塑料每吨20000元。而CO2回收提纯成本:工业级每吨400元,食品级每吨500~600元;CO2全降解塑料成本每吨13000~15000元。由此可见,不论出售CO2,还是将其加工成CO2全降解塑料,经济效益都相当可观。水泥行业假若每年从窑尾废气中提取10%的CO2(约8000余万吨),销售收入至少增加640亿元。如果将其中的一部分CO2用于深加工,建立与化工行业产业链的耦合,生产高附加值化学品,其效益将更加可观。所以,水泥工业下一步将减排的重点转移到窑尾废气中CO2的回收和加工综合利用上,发展低碳经济是大有可为的。

  四.一点建议

  为了使CO2回收及其综合利用这一事业健康、有序地向前推进,建议在水泥协会设一专门协调管理机构。其职能是:

  1. 推荐合适的项目,争取成为CDM(清洁发展机制)项目;
  2. 在国际碳交易市场上牵线搭桥,寻求合作伙伴;
  3. 与国家相关部门(如科委)联络,争取建立开发基金;
  4. 与发改委、金融等部门联络,争取贷款优惠政策;
  5. 及时提供信息、协调各方关系,防止一哄而上。

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