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基本信息

項(xiàng)目名稱：
年捕集5萬噸二氧化碳聯(lián)產(chǎn)1萬噸碳酸二甲酯
小類：
能源化工
簡介：
本項(xiàng)目為年吸收五萬噸的二氧化碳捕集、封存和利用(CCS&U)的系統(tǒng)。以乙醇胺為吸收劑，在吸收塔中吸收煙道氣體中的二氧化碳，通過升高溫度在解析塔中釋放出二氧化碳，同時(shí)捕集后的CO2在催化劑的作用下，與環(huán)氧丙烷反應(yīng)合成碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯再與甲醇在一定的催化劑條件下進(jìn)行酯交換反應(yīng)得到DMC，同時(shí)得到副產(chǎn)物丙二醇。
詳細(xì)介紹：
本項(xiàng)目為華能長興電廠設(shè)計(jì)一座年吸收5萬噸二氧化碳的捕集、封存和利用（CCS&U）系統(tǒng)并聯(lián)產(chǎn)1萬噸/年碳酸二甲酯（DMC）工廠。本廠從煙道氣中捕集二氧化碳為原料，采用燃燒后脫碳技術(shù)，并用化學(xué)吸收法分離并儲(chǔ)存CO2作為下游產(chǎn)品的原料。 考慮到碳酸二甲酯作為一種有機(jī)合成原料和化工產(chǎn)品，因其分子中含有羰基、甲基和甲氧基等多種官能團(tuán)，能與酚、醇、胺、肼、酯類化合物反應(yīng)，在諸多有機(jī)合成領(lǐng)域可以全面替代光氣、硫酸二甲酯（DMS）、氯甲烷及氯甲酸甲酯等劇毒或致癌物進(jìn)行羰基化、甲基化、甲酯化及酯交換等反應(yīng)，是一種重要的有機(jī)合成中間體，并被譽(yù)為21世紀(jì)有機(jī)合成的“新基石”的特點(diǎn)。酯交換法生產(chǎn)DMC以CO2和環(huán)氧丙烷、甲醇為原料，因此可以利用燃煤電廠產(chǎn)生的CO2，實(shí)現(xiàn)CO2資源化利用的目的，減少溫室氣體的排放。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的 我國快速的經(jīng)濟(jì)增長對(duì)能源的需求日益增加，溫室氣體排放量已位居世界前列，而排放主要產(chǎn)生源集中在電力、交通和工業(yè)行業(yè)。其中電力行業(yè)由于所排放的CO2約占全國排放比例的三分之一，所以研究占我國電力行業(yè)比重最大的燃煤電站鍋爐減排技術(shù)對(duì)全球環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。 基本思路 從煙道氣中捕集CO2，用化學(xué)吸收法分離并儲(chǔ)存CO2，再以CO2、環(huán)氧丙烷和甲醇為原料用酯交換法生產(chǎn)DMC。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

科學(xué)性 設(shè)計(jì)依據(jù)化工工程設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（如《化工管道設(shè)計(jì)規(guī)范》 HGJ8-87，《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB 50160－2008等） 先進(jìn)性及獨(dú)特之處 以乙醇胺為吸收劑，添加抗氧化劑，緩蝕劑。 在塔頂設(shè)置一臺(tái)高效除沫器，吸收夾雜在二氧化碳中的MEA溶液。 使用貧富液換熱器既實(shí)現(xiàn)了能量的交換，達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目的，又實(shí)現(xiàn)了吸收劑的循環(huán)利用，節(jié)約了成本。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

二氧化碳是一種寶貴的碳資源，隨著新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，二氧化碳的市場需求量會(huì)進(jìn)一步增加。 另一方面，雖然我國二氧化碳的氣體來源非常豐富，但是由于回收措施不力，每年回收再利用的二氧化碳還不足排放量，致使二氧化碳大量放空，既造成了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，又浪費(fèi)了寶貴的碳資源。因此，對(duì)工業(yè)廢氣中排放的二氧化碳進(jìn)行回收、固定、利用及再資源化，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

本項(xiàng)目為年吸收五萬噸的二氧化碳捕集、封存和利用(CCS&U)的系統(tǒng)。以乙醇胺為吸收劑，添加抗氧化劑，緩蝕劑，在吸收塔中吸收煙道氣體中的二氧化碳，通過升高溫度在解析塔中釋放出二氧化碳，用壓縮機(jī)純度為99.5 %產(chǎn)品儲(chǔ)存起來供利用。這是一項(xiàng)新興的、具有大規(guī)模減排潛力的技術(shù)。有望實(shí)現(xiàn)化石能源的二氧化碳近零排放。該技術(shù)將工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的二氧化碳捕集并安全地儲(chǔ)存于特定的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中。目前，處于研究階段、工業(yè)試驗(yàn)或工業(yè)化應(yīng)用的封存場所主要有深度含鹽水層、枯竭或開采到后期的油氣田、不可采的貧瘠煤層和海洋。 同時(shí)捕集后的CO2在催化劑的作用下，與環(huán)氧丙烷反應(yīng)合成碳酸丙烯酯，隨后碳酸丙烯酯再與甲醇在一定的催化劑條件下進(jìn)行酯交換反應(yīng)得到DMC，同時(shí)得到副產(chǎn)物丙二醇。這種酯交換工藝具有技術(shù)成熟、收率高腐蝕性小、條件溫和、清潔生產(chǎn)，對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。

獲獎(jiǎng)情況

（1）2010年10月，湖南長沙由中國化工學(xué)會(huì)化學(xué)工程專業(yè)委員會(huì)、大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽委員會(huì)和中南大學(xué)主辦的“三井化學(xué)”杯第四屆大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽中榮獲“三井化學(xué)”杯第四屆大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽全國三等獎(jiǎng)及華東賽區(qū)三等獎(jiǎng)。 （2）2010年9月，浙江寧波由浙江省高等學(xué)?；瘜W(xué)化工教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、“ZEDC”杯浙江省第四屆大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽組織委員會(huì)和寧波工程學(xué)院主辦的“ZEDC”杯浙江省第四屆大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽中榮獲“ZEDC”杯浙江省第四屆大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽三等獎(jiǎng)。

鑒定結(jié)果

經(jīng)指導(dǎo)教師審閱：作品具有實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

（1）化工工程設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定； （2）國家經(jīng)濟(jì)、建筑等相關(guān)政策； （3）2010 “三井化學(xué)杯”大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽指導(dǎo)書； （4）本設(shè)計(jì)小組編制的可行性報(bào)告 （5）榆天化煙道氣CO2回收裝置的技術(shù)改造； MEA溶液的解吸特性研究； 操作參數(shù)對(duì)MEA法捕集CO2吸收過程的影響研究； 乙醇胺吸收CO2過程用能分析及節(jié)能途徑探討； 煙道氣CO2回收改造方案等文獻(xiàn)。

同類課題研究水平概述

歐盟、美國、日本和澳大利亞已在開展二氧化碳捕集利用與封存的研究。美國和日本在上世紀(jì)末通過燃燒后捕集，并生產(chǎn)二氧化碳，生產(chǎn)的規(guī)模在1萬- 3萬噸/年，主要在化工廠的自備電廠開展；德國黑 泵 電 廠2008年 建 成 了3萬 千 瓦 富氧燃燒捕集，然后進(jìn)行地質(zhì)封存的項(xiàng)目，這也是世界唯一的完整的二氧化碳捕集和封存項(xiàng)目；挪威國家石油公司 在上世紀(jì)90年代開始將二氧化碳大規(guī)模封存在海底油田中，現(xiàn)封存二氧化碳已有幾百萬噸；美國上世紀(jì)八十年代開始利用二氧化碳增產(chǎn)石油，在美國北部，利用幾百公里的管道，將二氧化碳輸運(yùn)到油田，通過二氧化碳增產(chǎn)技術(shù)，使得枯竭的油井穩(wěn)產(chǎn)了20年以上。 2008年7月16日，我國首個(gè)煤電廠二氧化碳捕集示范工程——華能北京高碑店熱電廠二氧化碳捕集示范工程正式建成投產(chǎn)。經(jīng)過緊張施工、調(diào)試、試生產(chǎn)。目前二氧化碳回收率大于85％，年可回收二氧化碳3000 t。電廠燃煤鍋爐燃燒后煙氣經(jīng)各種方法脫硫后，其中含有約12％～13％的二氧化碳及其他少量雜質(zhì)，然后將這些氣體送入二氧化碳填料吸收塔。利用一些溶液的化學(xué)特性吸收煙氣中低濃度的二氧化碳，處理后的僅含少量雜質(zhì)、大量的氮?dú)夂退值膬艋瘹庵苯优畔虼髿狻７蛛x、提純后的二氧化碳純度達(dá)到99.5％以上，該項(xiàng)目捕獲得到的二氧化碳能夠達(dá)到食品級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。 華能的第二個(gè)碳捕集項(xiàng)目——石洞口第二電廠碳捕獲項(xiàng)目已于2009年7月在上海開工?？偼顿Y1.5億元，只捕獲不封存，年底建成。預(yù)計(jì)年捕獲二氧化碳10×l04 t，捕獲率80％以上，二氧化碳純度99.6％以上。該項(xiàng)目也是由西安熱工研究院承擔(dān)。其開發(fā)的燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集與處理技術(shù)已申請(qǐng)國家發(fā)明專利。該方法采用化學(xué)吸收法進(jìn)行二氧化碳捕集，在低溫條件下用化學(xué)溶劑吸收煙氣中的二氧化碳，溶液加熱時(shí)，二氧化碳從化學(xué)溶劑中解析出來，得到高濃度的二氧化碳，溶液循環(huán)使用。 燃煤電廠的碳捕集目前在全世界范圍內(nèi)尚處于示范階段，未大規(guī)模普及，關(guān)鍵原因就在于：基于目前的技術(shù)水平，二氧化碳分離、壓縮等過程的能耗較大。同時(shí)，由于燃煤電廠排放的二氧化碳量較大，捕集時(shí)涉及的裝置規(guī)模、占地都較大，相應(yīng)的投資也較大，外加能耗較大，導(dǎo)致碳捕集的成本較高。碳封存是將二氧化碳捕集后重要的處理手段之一。
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