基本信息
- 项目名称：
- 年捕集5万吨二氧化碳联产1万吨碳酸二甲酯
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目为年吸收五万吨的二氧化碳捕集、封存和利用(CCS&U)的系统。以乙醇胺为吸收剂，在吸收塔中吸收烟道气体中的二氧化碳，通过升高温度在解析塔中释放出二氧化碳，同时捕集后的CO2在催化剂的作用下，与环氧丙烷反应合成碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯再与甲醇在一定的催化剂条件下进行酯交换反应得到DMC，同时得到副产物丙二醇。
- 详细介绍：
- 本项目为华能长兴电厂设计一座年吸收5万吨二氧化碳的捕集、封存和利用（CCS&U）系统并联产1万吨/年碳酸二甲酯（DMC）工厂。本厂从烟道气中捕集二氧化碳为原料，采用燃烧后脱碳技术，并用化学吸收法分离并储存CO2作为下游产品的原料。 考虑到碳酸二甲酯作为一种有机合成原料和化工产品，因其分子中含有羰基、甲基和甲氧基等多种官能团，能与酚、醇、胺、肼、酯类化合物反应，在诸多有机合成领域可以全面替代光气、硫酸二甲酯（DMS）、氯甲烷及氯甲酸甲酯等剧毒或致癌物进行羰基化、甲基化、甲酯化及酯交换等反应，是一种重要的有机合成中间体，并被誉为21世纪有机合成的“新基石”的特点。酯交换法生产DMC以CO2和环氧丙烷、甲醇为原料，因此可以利用燃煤电厂产生的CO2，实现CO2资源化利用的目的，减少温室气体的排放。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的 我国快速的经济增长对能源的需求日益增加，温室气体排放量已位居世界前列，而排放主要产生源集中在电力、交通和工业行业。其中电力行业由于所排放的CO2约占全国排放比例的三分之一，所以研究占我国电力行业比重最大的燃煤电站锅炉减排技术对全球环境保护和可持续发展具有重要意义。 基本思路 从烟道气中捕集CO2，用化学吸收法分离并储存CO2，再以CO2、环氧丙烷和甲醇为原料用酯交换法生产DMC。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性 设计依据化工工程设计相关标准规范（如《化工管道设计规范》 HGJ8-87，《石油化工企业设计防火规范》 GB 50160－2008等） 先进性及独特之处 以乙醇胺为吸收剂，添加抗氧化剂，缓蚀剂。 在塔顶设置一台高效除沫器，吸收夹杂在二氧化碳中的MEA溶液。 使用贫富液换热器既实现了能量的交换，达到了节能环保的目的，又实现了吸收剂的循环利用，节约了成本。
应用价值和现实意义
- 二氧化碳是一种宝贵的碳资源，随着新技术的开发和应用领域的拓宽，二氧化碳的市场需求量会进一步增加。 另一方面，虽然我国二氧化碳的气体来源非常丰富，但是由于回收措施不力，每年回收再利用的二氧化碳还不足排放量，致使二氧化碳大量放空，既造成了严重的温室效应，又浪费了宝贵的碳资源。因此，对工业废气中排放的二氧化碳进行回收、固定、利用及再资源化，具有十分重要的现实意义。
学术论文摘要
- 本项目为年吸收五万吨的二氧化碳捕集、封存和利用(CCS&U)的系统。以乙醇胺为吸收剂，添加抗氧化剂，缓蚀剂，在吸收塔中吸收烟道气体中的二氧化碳，通过升高温度在解析塔中释放出二氧化碳，用压缩机纯度为99.5 %产品储存起来供利用。这是一项新兴的、具有大规模减排潜力的技术。有望实现化石能源的二氧化碳近零排放。该技术将工业生产过程中产生的二氧化碳捕集并安全地储存于特定的地质结构中。目前，处于研究阶段、工业试验或工业化应用的封存场所主要有深度含盐水层、枯竭或开采到后期的油气田、不可采的贫瘠煤层和海洋。 同时捕集后的CO2在催化剂的作用下，与环氧丙烷反应合成碳酸丙烯酯，随后碳酸丙烯酯再与甲醇在一定的催化剂条件下进行酯交换反应得到DMC，同时得到副产物丙二醇。这种酯交换工艺具有技术成熟、收率高腐蚀性小、条件温和、清洁生产，对环境友好等优点。
获奖情况
- （1）2010年10月，湖南长沙由中国化工学会化学工程专业委员会、大学生化工设计竞赛委员会和中南大学主办的“三井化学”杯第四届大学生化工设计竞赛中荣获“三井化学”杯第四届大学生化工设计竞赛全国三等奖及华东赛区三等奖。 （2）2010年9月，浙江宁波由浙江省高等学校化学化工教学指导委员会、“ZEDC”杯浙江省第四届大学生化工设计大赛组织委员会和宁波工程学院主办的“ZEDC”杯浙江省第四届大学生化工设计竞赛中荣获“ZEDC”杯浙江省第四届大学生化工设计竞赛三等奖。
鉴定结果
- 经指导教师审阅：作品具有实用价值。
参考文献
- （1）化工工程设计相关规定； （2）国家经济、建筑等相关政策； （3）2010 “三井化学杯”大学生化工设计大赛指导书； （4）本设计小组编制的可行性报告 （5）榆天化烟道气CO2回收装置的技术改造； MEA溶液的解吸特性研究； 操作参数对MEA法捕集CO2吸收过程的影响研究； 乙醇胺吸收CO2过程用能分析及节能途径探讨； 烟道气CO2回收改造方案等文献。
同类课题研究水平概述
- 欧盟、美国、日本和澳大利亚已在开展二氧化碳捕集利用与封存的研究。美国和日本在上世纪末通过燃烧后捕集，并生产二氧化碳，生产的规模在1万- 3万吨/年，主要在化工厂的自备电厂开展；德国黑 泵 电 厂2008年 建 成 了3万 千 瓦 富氧燃烧捕集，然后进行地质封存的项目，这也是世界唯一的完整的二氧化碳捕集和封存项目；挪威国家石油公司 在上世纪90年代开始将二氧化碳大规模封存在海底油田中，现封存二氧化碳已有几百万吨；美国上世纪八十年代开始利用二氧化碳增产石油，在美国北部，利用几百公里的管道，将二氧化碳输运到油田，通过二氧化碳增产技术，使得枯竭的油井稳产了20年以上。 2008年7月16日，我国首个煤电厂二氧化碳捕集示范工程——华能北京高碑店热电厂二氧化碳捕集示范工程正式建成投产。经过紧张施工、调试、试生产。目前二氧化碳回收率大于85％，年可回收二氧化碳3000 t。电厂燃煤锅炉燃烧后烟气经各种方法脱硫后，其中含有约12％～13％的二氧化碳及其他少量杂质，然后将这些气体送入二氧化碳填料吸收塔。利用一些溶液的化学特性吸收烟气中低浓度的二氧化碳，处理后的仅含少量杂质、大量的氮气和水分的净化气直接排向大气。分离、提纯后的二氧化碳纯度达到99.5％以上，该项目捕获得到的二氧化碳能够达到食品级的标准。 华能的第二个碳捕集项目——石洞口第二电厂碳捕获项目已于2009年7月在上海开工。总投资1.5亿元，只捕获不封存，年底建成。预计年捕获二氧化碳10×l04 t，捕获率80％以上，二氧化碳纯度99.6％以上。该项目也是由西安热工研究院承担。其开发的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集与处理技术已申请国家发明专利。该方法采用化学吸收法进行二氧化碳捕集，在低温条件下用化学溶剂吸收烟气中的二氧化碳，溶液加热时，二氧化碳从化学溶剂中解析出来，得到高浓度的二氧化碳，溶液循环使用。 燃煤电厂的碳捕集目前在全世界范围内尚处于示范阶段，未大规模普及，关键原因就在于：基于目前的技术水平，二氧化碳分离、压缩等过程的能耗较大。同时，由于燃煤电厂排放的二氧化碳量较大，捕集时涉及的装置规模、占地都较大，相应的投资也较大，外加能耗较大，导致碳捕集的成本较高。碳封存是将二氧化碳捕集后重要的处理手段之一。
