二氧化碳捕集及甲醇合成项目可行性研究报告Word格式.docx
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最终选定二氧化碳捕集规模为每年5万吨，后续制取甲醇为每年3.5万吨。
1.5建设意义
近年来，温室效应加剧等问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战；
加之各种极端天气频出。
因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点。
基于此，本项目主要是针对燃煤电站排放烟气中二氧化碳的捕集。
作为环保性的示范项目，其社会效益巨大；
合理地利用捕集的二氧化碳也会产生不菲的经济效益。
1.6效益概述
1.6.1项目投资
项目总投资4920万元，其中流动资金为835万元，固定投资为4085万元。
资金全部为自由资金。
1.6.2经济评价
投资利润率14.4%，投资利税率22.1%；
静态投资回收期为6年，动态投资回收期为10年；
净现值1284万元，内部利润率15.8%。
1.6.3建设期
长寿化工园区的配套设施完善，水路陆路运输便捷，加之我们的项目规模较小，初定建设期为一年。
1.7主要研究范围
（1）建设意义；
（2）建设规模及产品方案；
（3）市场分析；
（4）二氧化碳捕集技术；
（5）二氧化碳资源化利用技术；
（6）CCS&
U系统集成方案；
（7）厂址选择；
（8）社会及经济效益分析。
1.8研究结论
（1）二氧化碳捕集采用工业上成熟的化学吸收法，以一乙醇胺（MEA）为吸收剂，通过热解吸释放二氧化碳；
一乙醇胺（MEA）具有一定的腐蚀性，且易被烟气带进的氧气氧化，因此需要加入抗氧化剂及缓蚀剂。
（2）本项目的原料氢气及产品甲醇均是易燃易爆物质，在生产过程中存在火灾、爆炸等有害因素，因此要做好预防这些有害因素的工作，即在工程设计、工程施工、环境保护、安全卫生、生产管理等方面必须严格按规范进行，以确保建设及生产的安全性。
（3）一乙醇胺（MEA）具有吸收二氧化碳是速率快，单位质量一乙醇胺（MEA）具有较高的吸收能力，因此具有一定的经济优势。
（4）本项目拟建在寿化工园区并依托其充裕的氢气作为后续制甲醇的原料。
1.9存在的问题
（1）本项目后续产品甲醇及原料氢气均是易燃易爆的物质，因此在生产过程中存在火灾及爆炸等危险因素。
甲醇具有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸汽能损害人的呼吸道粘膜和视力。
因此，本项目的建设应根据其生产原料和产品的特殊物理化学性质，在工程设计、工程施工、环境保护、安全卫生、生产管理等方面必须严格按规范进行，以确保建设及生产的安全性。
（2）由于后续工制甲醇工艺需要氢气，因此在一定程度上限制了厂址的选择。
（3）目前以二氧化碳制取甲醇的工艺还未工业化，技术还不够成熟，因此本项目存在一定的风险。
（4）可行性研究报告中所采用的产品价格是分析了近几年来市场价格的趋势所定的，当原料及产品的价格变动较大时将会对财务及经济分析产生一定的影响。
第二章建设意义
2.1项目建设背景
近年来，温室效应加剧等问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。
美国等国家提出了二氧化碳的减排方法—二氧化碳捕集技术（CCS），本项目即基于此技术，主要是针对电站排放出的二氧化碳进行捕集。
当前全球发电行业所排放的二氧化碳占全球二氧化碳总排放量的40%，预计到2030年时，全球发电量将比现在增加一倍，如不采取有效措施，二氧化碳排放量也将随之增长2/3。
而在火力发电占绝对主导地位的我国，由于在发电过程中排放的二氧化碳大部分来自燃煤，因此在火电站中实现二氧化碳的捕集和储存，对于实现温室气体减排更为重要。
2.2二氧化碳捕集的必要性
从目前从我国的能源结构可以看出，煤的所占的能源比例很高，煤储量也相对丰富，因此在以后相当长的时间里，煤还会作为我国能源结构中的主体。
结合我国的能源资源条件，技术经济发展水平，以及国际能源市场的发展趋势，在未来30～50年内，我国以煤为主的能源结构不会有大的改变。
因此，对燃煤电厂的烟气进行二氧化碳捕集在一定程度上会减少我国的温室气体排放，再以二氧化碳为原料合成其它化学品也为化工行业开辟了新的原料来源方向。
这必将对世界产生深远的影响。
图2.1我国能源结构图
第三章建设规模及产品方案
3.1建厂规模
甲醇未来市场看好，但现实市场比较疲软，主要是国内市场产能增长的规模大过甲醇的消费，在进一步开发下游市场及国家政策对甲醇出口的刺激下，未来的甲醇市场将会好转。
由于甲醇的产量受到二氧化碳的捕集量的限制，因此在年捕集5万吨二氧化碳的基础上，初定甲醇的产量为3.5万吨/年。
3.2产品方案
本项目的主产品有甲醇，有微量的二甲醚及杂醇。
产品方案执行GB338-92优等品标准。
表3.1甲醇的规格
项目
指标
优等品
一等品
合格品
色度（铂-钴）≤
5
10
密度（20℃）g/cm3
0.791-0.792
0.791-0.793
温度范围（0℃，101325Pa）
64.0-65.5
沸程（包括64.6±
0.1℃）≤
0.8
1.0
1.5
高锰酸钾实验min≥
50
30
20
水溶性试验
澄清
-
水分含量≤
0.01
0.15
酸度（以NH3计）≤
0.0002
0.0008
0.00015
羟基化合物含量（以CH2O计）%≤
0.002
0.005
0.010
蒸发残渣含量％
≤
0.001
0.003
表3.2本厂产品方案
产品名称
本厂规格
国家规定
产量（万吨/年）
单价（元/吨）
甲醇
>
99.95%
3.5
2300
第四章市场分析
4.1CO2的用途
CO2是一种重要的工业气体，食品业、化学工业、机械工业、农业、商业、运输、石油开采、国防、消防等部门都广泛使用CO2。
回收的CO2中约40%用于生产其它化学品，35%用于提高油采收率，10%用于制冷，5%用于饮料碳酸化，其他应用领域占10%。
可以看出CO2用于合成其它化学品的应用前景最为广阔。
图4.1二氧化碳的应用分布
4.2产品确定
以化工的角度看，将捕获的二氧化碳用于合成经济价值更高的化工产品，是最具发展的途径。
而生产有机产品中应当多元化发展，尤其应该注意生产大宗化工原料，以便形成规模性利用。
目前以二氧化碳为原料能够合成的有机产品主要有：
甲醇、二甲醚、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、聚碳酸酯等。
考虑到碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、聚碳酸酯的市场需求量小；
甲醇市场需求量巨大；
二甲醚潜在用量大，但是现实需求量并不大。
而且以二氧化碳为原料合成二甲醚的工艺相对于合成甲醇更难实现。
考虑到某本地长寿化工园区有富余的氢气，因此初步确定二氧化碳的后续利用为加氢制取甲醇。
甲醇的用途极为广泛，在有机合成中，仅次于烯烃和芳烃的重要基础有机原料。
目前甲醇的合成方法主要还是合成气合成甲醇。
如果能用从烟气捕集来的二氧化碳替代天然气作为合成甲醇的原料则可大幅降低成本，同时达到二氧化碳的减排。
因此最终确定甲醇为本项目的最终产品。
4.3甲醇物性
甲醇有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。
表4.1甲醇的物理化学性质
IUPAC英文名
Methanol
CAS号
67-56-1
RTECS号
PC1400000
SMILES
CO
化学式
CH3OH
摩尔质量
32.04g/mol
外观
无色液体
密度
0.7918g/cm&
sup3;
熔点
–97℃（176K）
沸点
64.7℃（337K）
在水中的溶解度
互溶
酸解离常数
~15.5
黏度
0.59mPa·
s（20℃）
分子偶极矩
1.69D（g）
危险性
警示性质标准词
R11,R23/24/25,R39/23/24/25
安全建议标准词
S1/2,S7,S16,S36/37,S45
闪点
11℃
临界温度
239.5℃
临界压力
8.09MPa
临界密度
0.272g/ml
4.4国内外发展现状
4.4.1世界甲醇发展状况
世界甲醇产能分布。
世界甲醇生产主要集中在天然气丰富的地区，如特立尼达、智利、新西兰、沙特和俄罗斯，中国已成为世界甲醇主要生产地区，中国甲醇主要以煤炭为原料。
其中亚太地区的生产能力为1410万t/年，约占世界总生产能力的30%，中东及非洲地区的生产能力为1217万t/年约占总生产能力的25%，北美地区的生产能力仅为60万t/年，约占总生产能力的1.2%，南美地区的生产能力为1256万t/年，约占总生产能力的26%，世界其他地区的生产能力为854万吨/年，约占世界总生产能力的17.8%。
图4.2世界甲醇产能分布
全球范围内甲醇需求展望。
由于甲醇下游产品需求增长的推动，未来五年世界甲醇需求量将以年均增长率5.6%速度增长，其中甲基丙烯酸甲酯（MMA）需求增速为4.7%/年，醋酸需求增速6.4%/年，加上直接作燃料等新用途（不包括甲基叔丁基醚（MTBE））。
此外甲醇最大用途的甲醛需求将以3.2%/年增速增长。
预计到2010年，世界甲醇生产能力将达到约6400万t，2015年达到约7200万t，供应能力大于市场需求，竞争将会加剧，一些不具竞争力的小装置或原料价格较高地区的甲醇装置将关闭。
根据未来甲醇装置建设趋势，世界甲醇的生产中心正在向南美、沙特、伊朗和我国转移；
同时这些国家和地区甲醇产品的目标市场主要是针对亚太地区和中国。
4.4.2中国甲醇发展状况
国内甲醇产业布局。
中国甲醇生产主要集中在华南、华东和华北地区，所占比例分别为27.11%、23.79%和16.63%。
2008年，国内甲醇产能最大的省份是山东，产能超过300万吨/年，约占全国甲醇总产能的15%；
其次是河南和内蒙古，产能分别为300万吨/年和240万吨/年。
另外，河北、陕西、山西等省份的甲醇产能也都超过了100万吨/年，四川省的甲醇产能也接近100万吨/年。
随着一些新项目的投产，预计2010年国内甲醇产能超过100万吨/年的地区将达到10个，其中河南和内蒙古将成为甲醇生产企业最为集中的地区，甲醇产能将分别达到416万吨/年和405万吨/年。
图4.3我国甲醇产能分布
国内甲醇消费布局。
从国内各主要地域甲醇表观消费情况来看，华东地区为全国消费第一重镇，该地市场年内甲醇消费总量占全国总产44%，几乎占据国内半壁江山，之所以如此主要是该地下游甲醛、冰醋酸对原料需求明显高于其他地区；
华北地区凭借着稳定的甲醛需求及快速发展的二甲醚、甲醇汽油需求，年内表观消费量占据全国16%；
华南、华中二地消费水平相近，在10%左右；
而东北、西北、西南三地表观消费量相对偏低，尤其是西北地区，年内甲醇表观消费量仅占全国的4%。
图4.4我国甲醇消费布局
4.5甲醇价格分析与价格走向预测
图4.52010年甲醇价格走势
4.5.1甲醇价格走势及预测
从今年四月到八月的甲醇价格走势可以看出我国偏南的区域甲醇价格明显要高于其他区域，甲醇的价格在2300元每吨上下波动。
本项目的利好因素。
首先是天然气上涨，进口甲醇量减少，并使得以天然气为原料制取甲醇的企业成本增加；
下游产品二甲醚成本坚定走高，刺激下游购买，部分二甲醚企业装置重启或增加装置负荷，开工率较前期有所反弹；
另外我国将于今年11月1日和12月1日分别正式实施《车用燃料甲醇》和《车用甲醇汽油（M85）》两个行业标准；
我们认为届时我国甲醇价格将会有一定的增涨。
4.5.2价格增长限制因素
首先国内的甲醇产能增长过快，而需求的增长还不能完全消化产能；
加之国外廉价甲醇大量涌入我国市场；
加剧了市场的供需矛盾，使得甲醇的市场价格低迷。
4.6产品消费与需求预测
4.6.1甲醇的主要应用领域
甲醇做为大宗化工原料，其下游产品丰富，主要有甲醛、甲基叔丁基醚、甲基丙烯酸甲酯、醋酸、以及直接作为燃料等新用途。
（1）甲醇氧化制取甲醛。
甲醇在高温、浮石银、催化剂[或其它固体催化剂存在下直接氧化制甲醛。
目前，国内外40%以上的甲醇用于制甲醛，进而合成树脂、塑料及其他化工原料。
聚甲醛是性能优良的工程塑料，其用途十分广泛。
甲醛还用来制取丁二醇、乌洛托品等近一百种下游产品。
（2）甲醇氧化制取甲胺。
将甲醇与氨按一定比例混合，在370~420℃、5.0~20.0MPa压力下，以活性氧化铝为催化剂进行合成，制得一甲胺、二甲胺、三甲胺的混合物，再经精馏可得一、二或三甲胺产品。
一、二、三甲胺用于农药、医药、染料方面或用作有机原料中间体。
（3）甲醇羰基化制取醋酸。
由甲醇和一氧化碳在低压下羰基合成制醋酸，其总量占世界醋酸生产能力的50%以上。
（4）甲醇酯化可生产各种酯类化合物。
（5）甲醇与氯气、氢气混合催化反应生成一、二、三氯甲烷，直至四氯化碳。
一氯甲烷可用作有机硅化合物和含氟树脂的原料，又是重要的甲基化剂，用于生产甲基纤纤维素、季胺化学品等。
二氯甲烷用于去漆剂、气雾剂、医药原料及硅片生产。
三氯甲烷可生产HCFC-22作制冷剂，或进一步加工生产四氟乙烯等产品，可用作有机溶剂、萃取剂，还可用作染料和药物的中间体等。
四氯甲烷可用来生产F-11、F-12等。
（6）甲醇在金属硅铝催化剂或ZSM-5型分子筛存在下，脱水可制得二甲醚。
（7）甲醇脱氢制取甲酸甲酯。
甲酸甲酯是有机合成原料，可用于制甲酰胺、二甲基甲酰胺等。
甲酰胺是医药、香料、染料的原料，还可用作纸张处理剂，纤维工业的柔软剂，有机合成的极性溶剂等。
二甲基甲酰胺是重要的有机化工原料和优良的溶剂，可用作气体吸收剂、农药、聚氯酯合成革以及聚丙烯腈抽丝和丁二烯抽提等领域
（8）甲醇制取甲基叔丁基醚。
MTBE具有较好的调和特性，从环保和发动机操作两方面考虑，均被认为是汽油最好的改良剂，MTBE被列入世界上50种基本化工产品之一，每吨MTBE约需消耗0.4吨甲醇，因此可望成为今后甲醇消费的大市场。
（9）甲醇用作燃料。
甲醇掺烧汽油，在北美和西欧已合法化，在我国，四川省已出台M15的地方标准，山西省全甲醇汽车已研制成功，并在山西省全面试点。
全甲醇汽车开始批量，计划在山西和安徽省推广使用。
（10）其他。
甲基微生物发酵制造甲醇蛋白。
此外还可以用防漆剂、除锈剂等。
4.6.2主要消费方向及需求量预测
由于下游需求增长的推动，未来五年世界甲醇需求量将以年均增长率5.6%的速度增长，其中甲基丙烯酸甲酯（MMA）需求增速为4.7%/年，醋酸需求增速6.4%/年，以及直接作燃料等新用途（不包括甲基叔丁基醚（MTBE）），此外甲醇最大用途的甲醛需求将以3.2%/年增速增长。
甲醇下游衍生物中对甲醇需求量最大的仍然是甲醛，约占全球甲醇需求量的1/3。
截止2009年，中国和西欧已成为全球最大的甲醛生产地区。
尽管美国削减甲基叔丁基醚（MTBE）产量，但MTBE仍将是甲醇下游衍生物中对甲醇需求量第二的品种，约消费全球甲醇需求量的15%。
在甲醇下游衍生物中，醋酸的需求正在快速增长，中国和亚洲其他地区的醋酸产能正在快速增长，截止2009年，亚洲地区的醋酸产能和产量将占到全球总量的约57%。
2007年全球甲醇消费量为4034万吨，2008年甲醇消费量将增长近11%，达到4470万吨，而接下来的年时间，全球甲醇消费量将增长31%，到2012年消费量将达到5860万吨。
第五章二氧化碳捕集技术
5.1电厂烟气组成
表5-1燃煤电厂烟气组成
CO2
O2
SO2
NOx
飞灰含量/（mg/m3）
16.6
6.7
5×
10-6
5.8×
10-5
40.3
结合电厂烟气的特点，以下将进行二氧化碳捕集技术的选择。
5.2二氧化碳捕集路线
针对火电厂排放的CO2,考虑到燃料主要由碳、氢、氧三种元素构成,而空气是助燃气体,从燃烧的不同阶段划分,CO2捕集技术路线主要可以分为4种:
燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、富氧燃烧以及化学链燃烧技术。
（1）燃烧后捕集。
燃烧后脱碳技术是在燃烧后的烟气中捕集或分CO2。
由于火电厂排放烟气中CO2分压低、处理量大,投资和运行成本较高。
（2）燃烧前脱碳技术。
燃烧前脱碳是在碳基燃料燃烧前,将其化学能从碳转移到其他物质中,再将其分离。
作为当今国际上最引人注目的高效清洁发电技术之一，IGCC是最典型的可以进行燃烧前脱碳的系统。
它将煤炭气化与燃气—蒸汽联合循环有效地结合起来,实现了能量梯级利用,将煤中的化学能尽可能多地转化为电能,极大地提高了机组发电效率。
燃料进入气化炉气化，生产出煤气,然后再将煤气重整为CO2和H2，将燃料化学能转到H2中，然后再分离CO2和H2。
一般IGCC系统的气化炉都采用富氧或纯氧技术，所需气体体积大幅度减小、CO2体积分数显著变大,从而大大降低投资和运行费用。
（3）富氧燃烧。
该技术是利用空气分离系统获得富氧,然后燃料与O2共同进入专门的富氧燃烧炉进行燃烧，一般需要将燃烧后的烟气重新回注燃烧炉，这一方面降低了燃烧温度,另一方面也提高了CO2的体积分数。
由于惰性成分氮气浓度大大降低，无谓的能源消耗大幅度降低，30%～40%的富氧空气燃烧就可以降低燃料消费20%～30%，提高效率，同时，烟气中CO2的浓度可提高近90%，从而更容易捕集。
但该技术需要专门材料制作的富氧燃烧设备以及空气分离系统，这将大幅度提高系统投资成本，目前大型的富氧燃烧技术仍处于研究阶段。
（4）化学链燃烧技术是与空气不直接接触的工况下,燃料与金属氧化物反应，CO2产生在专门的反应器中，从而避免了空气对CO2的稀释。
金属氧化物与燃料进行隔绝空气的反应产生热能、金属单质以及CO2和水，金属单质再输送到空气反应器中与氧气进行反应，再生为金属氧化物。
反应生成的CO2和水处于反应器中，所以CO2的捕获非常容易。
该法的经济性要依靠大量可以无数次循环再生的有活性的载氧体，控制载氧体的磨损和惰性是该技术的关键。
考虑到本项目是对已有电厂的烟气进行捕集，并且电厂成本的上浮不能超过30%，因此不能对电厂本身做巨大的改动，综合考虑本项目选择燃烧后捕集。
5.3二氧化碳捕集法的选择
二氧化碳的捕集方法主要有物理溶剂吸收法、化学溶剂吸收法、吸附分离法、膜分离法，其比较如下表所示
表5.2二氧化碳捕集法的比较
捕集法
描述
吸收剂
优缺点
物理溶剂
吸收法
该法是在加压下用有机溶剂对酸性气体进行吸收来达到分离脱除的目的。
环丁砜、聚乙二醇二甲醚、三乙醇胺、N-甲基吡咯烷酮等
由于不发生化学反应，溶剂的再生通过降压来实现，因此所需再生能量比化学吸收法少。
适合于CO2分压较高，净化度要求低的情况
化学溶剂
该法是原料气和化学溶剂在吸收塔内发生化学反应，CO2被吸收至溶剂中成为富液，富液进入解析塔加热分解出CO2从而达到分离回收CO2的目的
乙醇胺类的水溶液、K2CO3水溶液、氨水等
采用化学吸收法进行燃烧后CO2捕集，具有吸收速度快、吸收能力强、处理量大、回收CO2纯度高等优点。
适用于CO2分压较低的场合，但能耗相对较大
吸附分离法
吸附法是利用固态吸附剂对混合气中CO2的选择性可逆吸附来分离回收CO2的。
。
吸附法又分为变温吸附法和变压吸附法,吸附剂在高温或高压时吸附CO2,降温或降压后将CO2解析出来,通过周期性的温度或压力变化,从而使CO2分离出来
天然沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶和活性炭等
吸附法工艺过程简单、能耗低,但吸附剂容量有限,用量很大,且吸附、解吸频繁,要求自动化程度高。
膜分离法
膜分离法是利用某些聚合材料制成的薄膜对不同气体的渗透率差异来分离气体的。
无
膜分离法回收CO2装置简单、操作方便,是当今世界上发展迅速的一项节能型CO2分离回收技术,但是一般的膜分离法难以得到高纯度CO2。
首先，物理溶剂吸收法需要对被吸收的气体加压，对于本项目的二氧化碳吸收，烟气量巨大，加压无疑能耗太高；
电厂烟气中二氧化碳的分压低。
由于以上两个因素，本项目不能选择物理溶剂吸收法。
其次对于吸附分离法，虽然其分离效果好，但由于投资巨大，也不适合本项目；
膜分离法具有装置简单的优点，但是由于捕集的甲醇的纯度不高，对于本项目后续制取甲醇不利也不适合本项目。
结合本项目的实际情况最终选定化学溶剂吸收法。
5.4化学吸收剂的选择
5.4.1不同化学吸收法的比较
化学吸收法因工艺简单、技术较为成熟，近几十年在国内外得到了广泛的研究和应用。
且由于电厂烟气中二氧化碳的摩尔含量仅13%左右，其分压不高，因此对电厂中烟气的捕集适宜采用化学吸收法。
各种不同的化学吸收法的比较见下表。
表5.3不同化学吸收法的比较
化学吸收法
热钾碱法
吸收剂相对易得，吸收剂成本较低；
但是K2CO3吸收CO2速率较慢，常压下不适用于电厂烟气捕集，且溶液对设备的腐蚀性较大。
氨水吸收法
氨水法即以氨水为吸收剂，该法脱碳吸收效率高。
氨容易再生，并可得到高纯度的CO2，所得副产品NH4HCO3是我国农业上广泛应用的氮肥，具有一定的经济效益。
但氨水脱碳工艺中常常存在一些问题，如NH4HCO3稳定性较差，作为肥料施加到土壤里以后，很快就会分解释放CO2，使其重新返回到大气中。
醇胺法
醇胺法吸收速率快、吸收效率高，工艺发展时间长，技术成熟。
但醇胺存在一定的降解和腐蚀性。
首先热钾碱法在常压下吸收二氧化碳速率缓慢，对烟气加压后有较好的吸
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