利用锅炉烟道气中CO2生产长效碳酸氢铵肥料的系统工艺技术可行性研究报告.docx

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利用锅炉烟道气中CO2生产长效碳酸氢铵肥料的系统工艺技术可行性研究报告

学院：

材化学院

班级：

精细111

姓名：

许超

学号：

11032040123

项目可行性分析

一、总论

1.项目背景

目前全世界都在寻找一个可以解决全球气候变暖的办法，脱除并利用锅炉烟道气中的CO2生产碳酸氢铵这一技术是唯一可取的办法，前美国能源部的专家向哲愚博士进行了十年的追踪得出的结论，减排捕获的CO2必须有出路-转化为产品，我们的产品既是有效的又是有用的。

①火力发电厂排放CO2是世界绝大多数国家温室气体排放最主要来源，也是各国最难，最不愿意涉及的问题。

②尿素是国际上一种重要的化工产品，用合成氨生产尿素过程中本身要产生CO2气体，各国生产出的尿素有50%是用做化肥，撒向土地，之后便产生一种更大危害的温室气体氧化亚氮（N2O），此气体的温室效应是CO2的危害的300倍。

而在用氨生产碳酸氢铵的过程中CO2是零排放，施于作物，回收的碳80%将被固定到土壤里，而氧化亚氮（N2O）的排放量更是比尿素减少70%。

这个项目通俗的说：

就是在不增加我国合成氨产量（不新增CO2排放）的前提下，将原来直接生产尿素（当作化肥）的那部分氨，先对电厂的排出的CO2进行部分捕获，制成长效碳酸氢铵，代替尿素化肥，而施于土地。

这就可将我国现有CO2的排放的总量降低3%（1.5亿吨）。

这就是我国政府可向全世界拍胸脯承诺的数字。

2.目的、意义

1、解决减少温室气体排放的需要

按照国际环境署2004年12月10日的统计，中国的二氧化碳排放量占全球排放总量的13%，全球排名仅次于美国。

虽然按照《京都议定书》，在2008-2012年期间，以美国为首的发达国家的温室气体排放量，要在1990年的基础上平均削减5.2%，而中国、印度等发展中国家，不承担具体减排义务。

但随着经济高速发展，中国正在承受越来越大的国际压力，减少温室气体排放正成为中国经济增长中必须面对和尽快解决的问题。

环保属于全球共同责任，国家经济实力与其在国际公共问题承担的责任成正比，中国等经济快速增长的发展中国家应该在二氧化碳温室气体减排中扮演更重要的角色。

2、经济发展的需要

众所周知，中国目前一方面已经成为世界制造工厂，为全世界生产工业制成品；另一方面，也成为世界上主要的能源和资源消耗地，及主要的污染物产生地。

在全球化冲击和工业化加深的影响下，对经济高速增长的追求与减少温室气体排放形成了激烈的“对冲”作用。

2003年以来，国内投入建设的火力发电厂项目有数百家之多，除了国家统配电厂外，大部分项目是由地方政府审批和开工建设的。

有些项目，用于配套环保投资不到位，又缺乏系统监管，造成烟尘污染排量大大超标，损坏了当地的环境。

结果不仅没有能够达到“拉动当地投资，解决电力紧张，发展工业”的目的，相反却发生当地投资额下降的情况。

众多这样的环境问题，正在加速损害中国发展的国际形象。

国际社会呼吁：

“中国应该明确对于全球环境所应承担的责任。

”甚至建议：

“进口中国产品时，进口国应该对中国企业征收能源附加税，以抵消中国利用低廉的公共资源而获得的成本优势。

或者工业产品进口国联合起来扼制这种高能源损耗的工业制成品”。

这说明积极发展环境科技，是经济发展所必须的。

3、国内外现状及发展趋势

国际上对于吸收CO2的研究正方兴未艾。

例如

⏹有提出利用超重力场用氨水吸收二氧化碳，专利CN1833756A，该方法的脱除效率较高，但不适合大型发电装置烟道气的处理

⏹BaiH.等采用连续法氨水鼓泡吸收二氧化碳模拟气。

⏹YehJ.T.等研究了烟道气中其他成分对氨水鼓泡吸收二氧化碳的影响。

⏹ScottS.等采用氨水喷洒填料塔吸收二氧化碳并生成碳酸氢铵

⏹美国目前已开始对用氨水吸收烟气中的CO2生成碳酸氢铵方法投入更多的资金进行研究。

由于烟气中CO2浓度很低，直接喷淋吸收生产肥料难度很大。

本项技术经美国能源部专家长达十年的论证，说明是唯一可行的办法，正在成为烟气减排CO2的研究发展方向。

二、项目技术可行性分析

1、项目的技术创新性论述

（1）项目产品（服务）的主要技术内容及基础原理

“利用锅炉烟道气CO2生产碳酸氢铵”技术的主要技术内容及基本原理为：

首先利用吸收剂吸收锅炉烟道气中二氧化碳并制成浓缩的二氧化碳中间产物，达到从烟道气中脱除二氧化碳和制备浓缩二氧化碳中间产品的双重目标。

这个脱碳并浓缩的过程，主要通过碱基碳酸盐吸收剂与烟道气中的CO2发生碳酸化反应和在再生器环境中发生分解反应实现的。

吸收反应器和再生反应器分别是新型水平循环流化床组合装置的组成单元，吸收剂物料在两个单元之间循环交换，达到吸收剂反复使用的目的。

所制得的浓缩CO2中间产物再被作为原料气，在新型二次喷淋碳化塔中将氨水碳化，生产长效碳酸氢铵。

这一最终产品用作农业生产肥料，除提高植物吸收大气中二氧化碳能力外，还能减少施肥土壤向大气的温室气体排放。

（2）项目产品（服务）的技术创新点论述

该技术具有以下多重创新特点：

（1）常温常压范围内吸收烟气中的CO2组份，略作升温处理解析释放出浓缩的CO2气，用作长效碳酸氢铵生产的原料气，使吸收利用烟道气中低浓度的二氧化碳生产低温室气体排放的氮肥的全过程得以实现；

（2）介质吸收剂可以反复使用；水平循环流化床组合装置结构简单，能长期、安全、稳定、经济地运行；

（3）合理的热量平衡措施，充分利用系统低温位热能，以减轻外移热量负荷，有效降低冷却水耗量；

（4）吸收塔二次喷淋装置，保证了出塔气体中夹带液体量尽可能少，最大限度减少氨水流失。

因此，本研发技术具有下述创新特点——

1）理念的创新：

吸收烟道气中的二氧化碳制造氮肥。

是在前美国能源部二氧化碳减排负责人向哲愚先生的研究下并经过美国国会听证，碳14追踪报告的确认，确立了这个理念的可行性。

2）技术创新包括两项内容

A采用水平循环流化床组合装置，用介质吸收剂从烟道气中脱除CO2制成浓缩CO2的生产过程。

技术说明（以碳酸钠为例）在水平循环流化床组合装置中较低温度的吸收单元中吸收烟道气中CO2:

再将分解产物送回吸收器重复利用，气态产物（CO2+H2O）经降温排除冷凝水后，获得高浓度的CO2.这一CO2脱除和浓缩工艺进程简单，脱除效率高，已经在实验中得到充分验证。

B两级喷淋碳化生产长效碳酸氢铵新技术如下流程

浓缩CO2

气

水喷淋塔

一级氨

喷淋塔

二级氨

喷淋塔

水喷淋

吸氨塔

稀氨水

储罐

制浓氨水

系统

浓缩CO2

循环水

软水

稠厚池

离心机

碳酸氢氨产品

凉水塔

.

技术说明氨水对CO2的吸收过程分步进行的原理：

首先发生反应CO2+2NH3=NH2COONH4

或CO2+2NH3+H2O=（NH4）2CO3

然后生成的产物NH2COONH4遇H2O发生水解反应

NH2COONH4+H2O=NH4HCO3+NH3

（NH4）2CO3和CO2反应（NH4）2CO3+CO2+H2O=2NH4HCO3

最后得产物NH4HCO3；

可行性分析：

用20％左右的氨水吸收变换气中浓度为22％以上的二氧化碳，是我国拥有自主知识产权、用于小氮肥行业脱除合成氨原料气中二氧化碳同时生产碳酸氢铵的主要方法，经多年工业化运行，技术成熟、产品质量稳定。

而电厂烟道气中CO2的含量在12～15%之间且含尘量高，与氮肥行业生产碳酸氢铵的工艺相比二氧化碳含量偏低，若采用溶液吸收等方法成本较高。

通过小试发现：

当用浓度为28%的氨水喷淋时，97%的CO2被吸收；而用10%的氨水时，仍有70%的CO2被吸收。

基于这一事实，拟采用新型碳化塔结构及热量逸出方式，以降低反应温度和气体温度，在碳化塔内吸收二氧化碳，产出碳酸氢铵。

如现将CO2通过液态组合反应装置后，再碳化，将减少耗能。

3）项目产品（服务）的主要技术性能指标与国内、国外同类产品先进技术指标的比较

技术指标内容

同类产品的先进技术指标

拥有先进技术指标的公司

项目产品技术指标

收集烟道气CO2并浓缩

无

无

与MEA相比降低25%的能耗

利用CO2生成的

长效碳酸氢铵

无

无

减少氨挥发造成的二次污染

2、项目产品现有技术基础

（1）技术成熟性与技术成熟阶段的论述

从烟道气中脱除CO2并制得浓缩CO2的工艺，主要包括用介质吸收剂吸收烟道气中CO2，和在释放再生器中放出CO2的化学反应控制，以及利用水平循环流化床在吸收器和再生器之间进行吸收剂的交换与传递的流化床组合反应器控制两大关键技术。

第一项技术经过多年的实验室研究和验证，已经获得充分的参数影响数据，达到成熟和完善程度。

第二项技术中的流态化技术，大规模工业化应用，已有超过60-70年的经验，水平循环流化床组合也有30年的实验室研究历史，也已达到比较成熟的程度。

这两项关键技术的整合集成，目前正处于产品小批量生产使用的起步阶段。

用浓度为20％左右的氨水吸收原料气中浓度为22％以上的二氧化碳，是我国拥有自主知识产权、用于小氮肥行业脱除合成氨原料气中二氧化碳同时生产碳酸氢铵的主要方法，经多年工业化运行，技术成熟、产品质量稳定。

现在以从烟道气中吸收CO2制得的浓缩CO2作为原料气生产碳酸氢铵，仍属成熟技术；只是采用新型两级喷淋反应，对于减少氨气外逸、提高环保性和经济性更有重要突破。

2）项目产品可靠性论述

本项目产品是提供一种利用锅炉烟道气中CO2生产长效碳酸氢铵肥料的系统工艺技术。

其主要和关键的环节是利用介质吸收剂及水平流化床组合装置进行高效低能耗的烟道气中的CO2的吸收和浓缩，以及这一浓缩的CO2为原料气的高效氨吸收塔设计。

其工作原理简单，主要技术基础已有成熟工业应用的经验，新发展的技术也比较成熟。

已经达到的指标：

烟道气中CO2脱除率：

85%

吸收剂基本材料使用寿命：

5年

浓缩CO2的浓度：

≥85%

吸收塔CO2转化率：

≥95%

加之所有工艺环节均在常压常温（0～200℃）范围内运行，因此技术可靠性高。

（3）技术鉴定情况

山东省化工规划设计院为“利用锅炉烟道气CO2生产长效碳酸氢铵”的方案设计。

档案号：

S0832K。

美国听证会：

InvestigationofCarbonDistributionwith14CasTracerforCarbon

Dioxide（CO2）SequestrationthroughNH4HCO3Production

Energy&Fuels：

2007213334-3340（美国国会听证文件号）

三、项目产品（服务）市场预测

  1、产品（服务）经济寿命及所处阶（200-300字之内）

对于电厂应用“利用锅炉烟道气CO2生产碳酸氢铵”技术达到节能减排效果，保证电厂在绿色环保状态下发电，大量电厂减少CO2排放量，实现我国对联合国环境保护组织承诺的节能减排指标，为发展中国家在持续高速发展过程中，实现无污染目标起到榜样作用。

在5年内将不会有更好的技术应用超越我们，而我们将不断完善和升级换代。

我们的产品在设计上根据国家对环保产品的要求，使用期为10年以上。

“利用锅炉烟道气CO2生产碳酸氢铵”的技术经多年研制和中试，目前新开发阶段结束进入成长期。

2、市场现状

国内现有的五大发电集团，拥有大小火力发电厂无数。

如果我们要把国内大型火力发电厂全部改造成达到国家及国际社会对CO2排放标准，我们将要用10年以上的时间，全部精力的投入才能完成这个指标。

对于电厂应用“利用锅炉烟道气CO2生产碳酸氢铵”技术达到节能减排效果，实现我国对联合国环境保护组织承诺的节能减排指标。

在5年内将保持领先地位，不会有更好的技术应用超越我们，而我们将不断完善和升级换代。

我们的“利用锅炉烟道气CO2生产碳酸氢铵”技术发明人向哲愚博士在美国进行多年的研究并取