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1、從二氧化碳釋放的角度來(lái)看,化石燃料的燃燒是產(chǎn)生二氧化碳的主要來(lái)源,則應(yīng)減少化石燃料的燃燒,并開(kāi)發(fā)新能源來(lái)減少二氧化碳的排放。
2、從吸收二氧化碳的角度來(lái)看,二氧化碳是植物進(jìn)行光合作用的原料,因此可通過(guò)植樹(shù)造林、禁止亂砍濫伐來(lái)增加二氧化碳的吸收量。
3、減少使用煤(或石油、天然氣)等燃料;開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能(或風(fēng)能、地?zé)?、潮汐能)等能源?/p>
4、大力植樹(shù)造林;禁止亂砍濫伐等。
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關(guān)鍵詞:CO2捕集 京都議定書(shū) 燃煤電廠 吸收 吸附 分離 環(huán)境
中圖分類號(hào):TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2015)02(b)-0000-00
1 引言
人類在近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)大量使用礦物燃料(如煤、石油等)所排放的大量CO2等多種溫室氣體,致使全球變暖是最主要的原因?;鹆Πl(fā)電廠燃煤所產(chǎn)生的主要碳氧化物是二氧化碳(CO2),是溫室氣體的主要來(lái)源,2005年2月16日“京都議定書(shū)”生效,而中國(guó)是“京都議定書(shū)”的簽約國(guó),對(duì)二氧化碳的捕集再利用再一次成為全球關(guān)注的主要問(wèn)題,也是締約國(guó)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中減少碳排放的重要目標(biāo)之一。
我國(guó)二氧化碳排放到大氣中每年約110億噸,但由于回收二氧化碳的措施不到位,致使回收再利用的二氧化碳量每年還不到排放量的2%,既造成氣候變化惡劣,形成了可怕的溫室效應(yīng),又浪費(fèi)了寶貴的碳資源。
二氧化碳放空對(duì)環(huán)境危害極大,這已經(jīng)是路人皆知的事實(shí),但單純?yōu)橹卫矶卫硐拗破渑欧?,又將?duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展產(chǎn)生較大影響。目前二氧化碳已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域,如化學(xué)合成工業(yè)、石油開(kāi)采、金屬鑄造加工、機(jī)械保護(hù)焊接、農(nóng)業(yè)施肥、果品蔬菜保鮮、啤酒飲料灌裝、醫(yī)藥衛(wèi)生、消防滅火等許多行業(yè)都需要大量二氧化碳,是一種寶貴的資源。因此,如果能把排放的二氧化碳回收再利用,既不會(huì)因減排而影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,又會(huì)起到保護(hù)環(huán)境的作用,有利于國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)。
2碳捕集工藝分離
根據(jù)目前二氧化碳的來(lái)源和用戶的要求,主要分離方法有以下幾種:
(1)溶劑吸收法:主要包含物理溶劑吸收和化學(xué)溶劑吸收。這種方法最適用于從二氧化碳濃度低于20%的煙氣中回收二氧化碳。二氧化碳濃度可大于98%,但流程較復(fù)雜,操作成本高。
物理溶劑吸收法是利用二氧化碳?xì)怏w和其它氣體在某一種溶液中的不同溶解度而進(jìn)行分離的方法。而化學(xué)溶劑吸收法是利用二氧化碳與某一種溶劑起化學(xué)反應(yīng),生成中間化合物,其他氣體不與該溶劑發(fā)生反應(yīng);生成中間化合物在另外一個(gè)裝置中分解后又生成二氧化碳和溶劑,溶劑反復(fù)使用,二氧化碳連續(xù)排出,從而使二氧化碳與其他混合氣分離。
(2)變壓吸收法:采用固體顆粒吸附劑有選擇性吸附混合氣體中二氧化碳,在壓力作用下,二氧化碳被吸附劑吸附,其他氣體不被吸附而得以分離。當(dāng)吸附劑吸附二氧化碳接近飽和時(shí),靠降壓和抽真空把吸附的二氧化碳解吸下來(lái),統(tǒng)一作為廢氣排出。二氧化碳濃度較低,一般在60%左右。
(3)膜分離法:利用一種類似管道的中空纖維膜,膜壁上布滿超細(xì)微孔,孔徑為分子量級(jí)(單位:道爾頓)??赏ㄟ^(guò)物質(zhì)分子量的大小,采用不同工藝制作不同分子量孔徑的膜。膜的材質(zhì)為疏水性高有機(jī)分子材料,即:透氣而不透水。在壓力作用下,混合氣體中的二氧化碳從膜壁滲透出去,其他大分子氣體不能滲透而從管道的另一端排出,以達(dá)到分離二氧化碳??上攵@種方法適用于氣源比較干凈、且全部是大分子的混合氣體,產(chǎn)生的二氧化碳濃度不大于90%,并且有機(jī)膜很容易被雜質(zhì)或油水污染而報(bào)廢,壽命一般不超過(guò)兩年,能耗很高。
(4)低溫精餾法:是利用二氧化碳與其他氣體的不同沸點(diǎn)進(jìn)行分割,用不同吸附劑脫除比二氧化碳沸點(diǎn)大的重組分,用精餾法提取比二氧化碳沸點(diǎn)小的輕組分,最后剩余純度99.99%以上的二氧化碳。這種方法適用于二氧化碳純度已經(jīng)達(dá)到90%以上,且產(chǎn)品純度要求很高、又需要液化儲(chǔ)運(yùn)的場(chǎng)合,是目前最先進(jìn)的技術(shù)方法。
(5)催化燃燒法:利用催化劑與純氧把煙氣中可燃燒雜質(zhì)燃燒脫除。但要使雜質(zhì)含量降到PPm級(jí),就要加入過(guò)量純氧助燃,這將帶來(lái)新的氧氣與二氧化碳分離難題;另外催化燃燒需在300℃以上操作,后續(xù)二氧化碳液化又需在-20℃以下操作,這溫度一升一降的變化使能量消耗非常驚人;同時(shí)還無(wú)法除去一些不燃燒的雜質(zhì),的催化劑也要一年更換一次。所以,該技術(shù)在世界范圍內(nèi)被淘汰,很難推廣使用。
3主要工藝技術(shù)流程
火力發(fā)電廠燃煤鍋爐產(chǎn)生的大量煙氣,因不同煤種及含量會(huì)有一定波動(dòng),其中含二氧化碳8~12%,氮?dú)?8%,氧氣4~9%,氫氣約3%,水分5%左右,其他是一氧化碳、氮氧化物、硫化物等雜質(zhì)。煙氣作為碳捕獲的原料氣,如需生產(chǎn)食品級(jí)二氧化碳產(chǎn)品,首先要用化學(xué)溶劑把二氧化碳從10%提濃到93%(干基),其次用吸附精餾再提純到99.9%以上,主要流程如下:
從燃煤鍋爐來(lái)的煙氣經(jīng)脫硝、除塵、脫硫后進(jìn)入碳吸收塔。碳吸收塔中的化學(xué)吸收液吸收二氧化碳,吸收后的富集液經(jīng)熱交換器加熱進(jìn)入解吸塔得到濃度為93%(含飽和水)左右的二氧化碳?xì)?,通過(guò)緩沖罐和壓縮機(jī)增壓、冷卻除水、穩(wěn)壓進(jìn)入干燥床,采用分子篩干燥劑干燥脫水,通過(guò)吸附床脫除油脂、硫化物等雜質(zhì);再經(jīng)冷凍機(jī)降溫液化后進(jìn)入精餾塔。輕組分氮?dú)狻⒀鯕馊繌木s塔頂排出,塔底得到純度為99.9%以上的食品級(jí)二氧化碳產(chǎn)品,經(jīng)儲(chǔ)存后裝瓶出廠。每套干燥床和吸附床均為兩個(gè)相同體積的床體,內(nèi)裝等量的干燥劑和多種高效吸附劑。兩個(gè)床可輪流操作,連續(xù)生產(chǎn)。
4 吸收液和吸附劑的選擇
對(duì)低濃度二氧化碳吸收劑的選擇主要有羥乙基乙二胺(AEE)、N一甲基二乙醇胺(MDEA)和2-氨基-2-甲基-1-丙醇(AMP),他們具有吸收速率快、吸收量大,以及對(duì)溫度變化不敏感等優(yōu)點(diǎn),比原有以一乙醇胺(MEA)為主的吸收液吸收量大了23%,所需再生加熱量可降低了20%以上,再生解吸率則高達(dá)99%,重復(fù)利用率高。與該溶劑配置的設(shè)備尺寸小,換熱器面積小,溶劑泵耗能低,溶劑降解率低,對(duì)設(shè)備腐蝕性小,設(shè)備經(jīng)過(guò)適當(dāng)防腐處理就完全可以采用碳鋼制作,可極大降低投資。
吸附法回收二氧化碳的關(guān)鍵技術(shù)是吸附劑的選取,而應(yīng)用在二氧化碳精制中的普通吸附劑有活性炭、氧化鋁、硅膠、分子篩等,這些吸附劑作為多孔、高比表面積的物質(zhì),對(duì)水分、油脂等許多物質(zhì)都有好的吸收性,當(dāng)然對(duì)二氧化碳也具有吸附性,因此不適合脫除高濃度、高壓力二氧化碳中的雜質(zhì)?,F(xiàn)在單純使用活性炭和硅膠技術(shù)已經(jīng)被淘汰,取而代之的是采用選擇性更高的吸附劑應(yīng)用于二氧化碳精制過(guò)程。新型吸附劑應(yīng)具有大的比表面積,適當(dāng)?shù)目讖椒秶玫膹?qiáng)度,對(duì)雜質(zhì)的高選擇性,同時(shí)還必須具有在高濃度、高壓力二氧化碳中對(duì)雜質(zhì)所具有的良好吸附性能。
由于吸附劑的吸附性能和再生性能的限制,對(duì)傳統(tǒng)的吸附工藝只能是一組吸附床吸附一種或一類雜質(zhì),如采用干燥床裝填硅膠,吸附床裝填活性炭,各吸附床采用不同的再生介質(zhì)和再生條件,工藝流程復(fù)雜,操作煩瑣,活性炭床層再生汽源還必須使用高溫、高壓蒸汽,大大增加了管道和設(shè)備投資,增加了操作費(fèi)用。因此,目前國(guó)內(nèi)外工藝已經(jīng)基本上沒(méi)有使用蒸汽再生這種方式。
根據(jù)煙氣中的雜質(zhì)來(lái)選擇多種吸附劑填裝到同一個(gè)吸附床中。在一組干燥系統(tǒng)中采用特殊的填裝工藝和設(shè)備結(jié)構(gòu),使各層吸附劑之間不混合,煙氣通過(guò)不同的吸附劑層不發(fā)生波動(dòng),保證吸附劑的吸附效果。吸附劑裝填順序的關(guān)鍵是匹配,既能保證在相同條件下能全部吸附雜質(zhì),又要保證在完全相同的條件下使吸附劑再生,并且不使用蒸汽和氮?dú)狻?/p>
生產(chǎn)食品級(jí)二氧化碳產(chǎn)品的重點(diǎn)是脫除煙氣中的水分、硫化物、氮氧化物以及一些輕組分。在工藝技術(shù)上選用多種不同規(guī)格的吸附劑,有針對(duì)性地脫除以上雜質(zhì),使其各自達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
5 液化壓力選擇
目前液化氣體二氧化碳主要有高壓法和中壓法二種。
高壓法:一般是把氣體二氧化碳加壓到7.28MPa(臨界壓力)以上充入鋼瓶,然后用低于31.4℃(臨界溫度)的冷卻水對(duì)鋼瓶外面噴淋降溫促使瓶?jī)?nèi)的氣體液化。
這種方法工藝簡(jiǎn)單,操作方便,不用制冷機(jī)。但缺點(diǎn)是加壓后直接充瓶,產(chǎn)品未經(jīng)過(guò)任何凈化處理,二氧化碳純度達(dá)不到99%以上,無(wú)法滿足食品級(jí)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。如果加壓后經(jīng)過(guò)凈化處理,其所用的吸附、精餾等環(huán)節(jié)的設(shè)備均需要在8MPa的高壓下操作,設(shè)備投資成倍增加,加大了操作危險(xiǎn)性。另外,在高壓下精餾塔組分相對(duì)揮發(fā)度低,需將精餾塔設(shè)計(jì)的很大,回流比增大,板數(shù)增加,操作成本高,產(chǎn)品純度低;更致命的弱點(diǎn)是:液化是在鋼瓶中實(shí)現(xiàn),無(wú)法裝入大型產(chǎn)品貯罐,也不能滿足裝入槽車進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)輸,嚴(yán)重限制了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。因此采用高壓法生產(chǎn)液化二氧化碳只能是小作坊式生產(chǎn)。
中壓法:是把氣體二氧化碳加壓到2.5~3.0MPa,用制冷機(jī)冷卻溫度到-8℃以下液化。
這種方法多一套氨冷卻系統(tǒng),增加部分電耗,操作較復(fù)雜。但在中壓條件下進(jìn)行吸附和精餾等凈化操作,中壓設(shè)備投資少,綜合耗能少,危險(xiǎn)性小,安全性高;精餾塔體積小,板數(shù)少,回流比小,操作成本低,產(chǎn)品純度高。氨冷卻系統(tǒng)的冷劑循環(huán)使用,沒(méi)有損耗??芍苯由a(chǎn)合格的液化二氧化碳產(chǎn)品,用管道連續(xù)輸送到儲(chǔ)罐中,便于大規(guī)模儲(chǔ)存和裝車運(yùn)輸。同時(shí)現(xiàn)在二氧化碳儲(chǔ)罐是雙層真空層加珍珠砂保溫,運(yùn)輸槽車也是真空雙層保溫,壓力為2.2MPa,溫度在-15~-17℃,該方法的操作壓力和溫度條件與儲(chǔ)罐和槽車的基本一致。因此,目前二氧化碳液化普遍推廣使用的方法就是中壓液化法。
6 碳捕集工藝方案
碳吸收單元;壓縮吸附單元;冷凍液化單元;精餾儲(chǔ)存單元是二氧化碳回收裝置的四個(gè)單元。以下對(duì)各單元工藝內(nèi)容進(jìn)行分別介紹。
(1)碳吸收單元
鍋爐來(lái)煙氣經(jīng)脫硝系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、濕法脫硫系統(tǒng)脫除NOx、煙塵、SO2、SO3、HF、HCl等有害物質(zhì),凈煙氣進(jìn)入碳吸收塔中,自下而上流動(dòng)與噴淋層噴射向下的堿液發(fā)生反應(yīng),由堿液泵送到再生塔。尾氣經(jīng)除水后從碳吸收塔頂排出。
從碳吸收塔底排出的堿液,經(jīng)換熱由泵送到再生(解吸)塔的頂部,自上而下流過(guò)填料層,同時(shí)被自下而上的再生塔底部蒸汽加熱,使堿液中的二氧化碳從溶液中解吸出來(lái),將二氧化碳?xì)怏w經(jīng)冷卻、除水后濃度93%的二氧化碳從塔頂排出塔外。塔底部基本不含二氧化碳的堿液,經(jīng)換熱由泵送到吸收塔上部循環(huán)使用。吸收工藝流程,見(jiàn)圖1。
圖1 吸收工藝流程圖
(2)壓縮吸附單元
從再生塔頂排出的二氧化碳?xì)怏w,在常壓、低于40℃條件下,通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入水洗塔中洗掉煙氣中帶過(guò)來(lái)的溶劑等雜質(zhì),經(jīng)除水器分離水洗塔帶來(lái)的水分,然后經(jīng)冷卻器用低溫液氨降低煙氣的露點(diǎn),再次用除水器除水。氣體從緩沖罐上部進(jìn)入壓縮機(jī),兩個(gè)除水器的冷凝水排入廢水溝。
二氧化碳?jí)嚎s機(jī)采用三級(jí)壓縮,每一級(jí)壓縮后的氣體都進(jìn)入冷卻器降溫、除水器除水,再進(jìn)入下一級(jí)壓縮。經(jīng)過(guò)三級(jí)壓縮、冷卻、除水后,通過(guò)穩(wěn)壓罐進(jìn)入脫硫床,經(jīng)過(guò)一級(jí)脫硫把硫化物脫除到標(biāo)準(zhǔn)以下。
經(jīng)加壓、除水、脫硫后的煙氣返回壓縮機(jī)三段入口增壓到設(shè)計(jì)參數(shù),排入干燥床中。干燥床為兩個(gè)同樣大小體積的吸附床,床內(nèi)的干燥劑在壓力作用下將水分、油脂等雜質(zhì)吸附,氣體從干燥床頂部排出,再經(jīng)冷卻器和預(yù)冷器進(jìn)行熱量交換,降低物流溫度進(jìn)入液化器中。
當(dāng)干燥床吸水接近飽和后,煙氣經(jīng)過(guò)閥門切換進(jìn)入另一干燥床中進(jìn)行除水。此時(shí)打開(kāi)電加熱器電源,同時(shí)打開(kāi)低壓殘氣開(kāi)關(guān),從干燥床底部引入升溫到250℃的熱氣,把精餾塔引來(lái)的塔頂殘氣加熱,反向解吸吸附的水分等雜質(zhì),并從干燥床頂部排空。一直保持250℃恒溫1小時(shí),就可以把雜質(zhì)解吸干凈。此時(shí)關(guān)閉加熱電源,但繼續(xù)保持通入低溫殘氣,促使床層迅速降到常溫,以備再用,至此完成了一次循環(huán)。兩個(gè)干燥床輪換操作,可連續(xù)生產(chǎn)。
(3)冷凍液化單元
煙氣在預(yù)冷器是用精餾塔頂?shù)蜏貧怏w冷卻進(jìn)入液化器,被節(jié)流降溫的氨水冷卻,直到大部分二氧化碳被液化,與輕組分甲烷、氮?dú)?、氧氣一起被送入精餾系統(tǒng)中。
氣氨進(jìn)入螺桿式冷凍機(jī)壓縮后進(jìn)入臥式冷卻器中,被冷卻水冷卻為液氨,儲(chǔ)存在儲(chǔ)氨器中供二氧化碳液化用。
由氨冷卻系統(tǒng)來(lái)的液氨一般分三路使用,一路經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入液化器中,把干燥氣態(tài)二氧化碳液化,本身被汽化重新返回到氨冷卻系統(tǒng)中。另一路液氨經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入塔頂冷凝器,將揮發(fā)的二氧化碳液化回流,本身被汽化重新返回到氨冷卻系統(tǒng)中。第三路液氨經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入前一個(gè)冷卻器把煙氣降溫,本身被汽化重新返回到氨冷卻系統(tǒng)中。
(4)精餾儲(chǔ)存單元
二氧化碳?xì)饨?jīng)脫硫、干燥、吸附后,通過(guò)預(yù)冷器降溫進(jìn)入液化器中液化,直接進(jìn)入精餾塔中,脫除輕組分后的液體在精餾塔底引出,經(jīng)節(jié)流降壓到2.2MPa,直接送到產(chǎn)品儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存并裝車出廠。吸附精餾工藝流程,見(jiàn)圖2。
不凝氣在精餾塔頂部排出后,節(jié)流降壓到0.2MPa,返回到預(yù)冷器中回收冷量,再經(jīng)電加熱器升溫后作為再生氣體進(jìn)入干燥床中,解吸氣體排空。
圖2 吸附精餾工藝流程圖
7 主要技術(shù)特點(diǎn)
燃煤鍋爐來(lái)凈煙氣采用一種化學(xué)復(fù)合溶液,該吸收液吸收效率高,再生能力好,對(duì)設(shè)備腐蝕小。
采用吸附與精餾相結(jié)合工藝,流程簡(jiǎn)單,操作方便,不僅可以生產(chǎn)工業(yè)級(jí)產(chǎn)品,也可以生產(chǎn)食品級(jí)產(chǎn)品,工藝靈活可調(diào),市場(chǎng)應(yīng)變力強(qiáng)。
常溫條件下,在液化過(guò)程中精餾無(wú)過(guò)多操作單元,能耗低,生產(chǎn)成本低,產(chǎn)品利潤(rùn)空間大。
利用多種高效干燥劑組合,有效脫除煙氣中多種難分離雜質(zhì),產(chǎn)品純度高,質(zhì)量完全能滿足工業(yè)級(jí)CO2標(biāo)準(zhǔn)要求。
干燥采用降壓、加熱和解吸相結(jié)合,節(jié)省熱量消耗;用精餾塔頂排放的輕組分氣體作為再生氣體,不用外加氮?dú)饣蚱渌偕鷼?,降低了操作費(fèi)用。精餾系統(tǒng)采用熱泵技術(shù),巧妙地用塔頂排出的熱量來(lái)加熱再沸器,不需要外加蒸汽,節(jié)省能量消耗。采用自動(dòng)化監(jiān)控和調(diào)節(jié)主要技術(shù)指標(biāo),無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)操作人員,自動(dòng)化水平高。
8 結(jié)語(yǔ)
二氧化碳捕集回收再利用裝置在燃煤電廠的應(yīng)用有利于我國(guó)燃煤電廠二氧化碳回收利用實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),能帶動(dòng)我國(guó)燃煤電廠二氧化碳回收工業(yè)的成長(zhǎng),提升我國(guó)二氧化碳回收的技術(shù)能力,在解決二氧化碳所造成的環(huán)境污染的同時(shí)提升我國(guó)二氧化碳回收技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。
此外,燃煤電廠大規(guī)模二氧化碳回收利用技術(shù)的推廣和應(yīng)用,能形成一種嶄新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展,同時(shí)也能帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和提高,形成清潔生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈。對(duì)于我國(guó)的環(huán)境保護(hù)建設(shè)、培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造和解決城市霧霾問(wèn)題都具有巨大的社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)
在這樣的一組數(shù)字之下談中國(guó)式低碳,似乎有些沉重。
能源專家、中國(guó)工程院院士倪維斗指出,發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),但我們面對(duì)的是高碳能源。因?yàn)樵谖磥?lái)二三十年之內(nèi)化石能源作為我國(guó)主要能源的地位不可撼動(dòng),其中煤是主導(dǎo),所以未來(lái)一段時(shí)間之內(nèi)煤的低碳利用就是低碳能源的核心問(wèn)題。如果不在煤的清潔利用上做文章,其他一切只能是空談,低碳只是一句口號(hào)。
社會(huì)節(jié)能、總量控制、發(fā)展可再生能源都是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的道路,但最后必須要落實(shí)到煤的清潔利用上。根據(jù)倪維斗的劃分,煤的清潔利用也屬于清潔能源。他認(rèn)為,新能源的概念因時(shí)因地而不同,各國(guó)國(guó)情不同,不能一概而論。比如在法國(guó)核能發(fā)展了很多年,稱不上新能源。而太陽(yáng)能、風(fēng)能古人也在幾千年前就已利用了。
倪維斗表示,能源的來(lái)源、轉(zhuǎn)化過(guò)程、輸運(yùn)過(guò)程、終端利用過(guò)程這4個(gè)環(huán)節(jié)都屬于能源問(wèn)題,清潔不清潔要看全生命周期。這4個(gè)環(huán)節(jié)中一個(gè)或幾個(gè)有較大的變化,能夠減少二氧化碳排放、提高效率就能稱之為新能源。因此,可再生能源、煤的清潔利用、天然氣的高效利用都屬于新能源。
眼睛光看著風(fēng)電不行。風(fēng)能雖然來(lái)自風(fēng),但也存在轉(zhuǎn)化和輸運(yùn)的問(wèn)題,在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)對(duì)節(jié)能減排貢獻(xiàn)不會(huì)太大。新能源的主要力量除了發(fā)展可再生能源之外,煤的科學(xué)、合理、高效、低污染利用應(yīng)作為重點(diǎn),尤其對(duì)于中國(guó)這樣一個(gè)煤炭大國(guó)。
提高燃煤發(fā)電效率尚有潛力
煤對(duì)我國(guó)的戰(zhàn)略安全來(lái)說(shuō)尤其重要,起了頂梁柱的作用。煤保證了什么都有了,煤出了毛病問(wèn)題就大了。目前我國(guó)有兩大問(wèn)題需要重視,一是煤的清潔利用,二是天然氣的高效利用。其中煤的清潔利用尤為重要。
目前,我國(guó)80%以上的發(fā)電量來(lái)自火電。根據(jù)國(guó)際能源組織IEA2007年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),我國(guó)燃煤排放二氧化碳51.4億噸。在我國(guó),每發(fā)一度電要排二氧化碳0.8~0.9公斤,如果每度電的耗煤量降低1克,全國(guó)一年就能減少二氧化碳排放750萬(wàn)噸。最近幾年,我國(guó)依靠提高燃煤發(fā)電效率每年都能減排二氧化碳幾千萬(wàn)噸。
專家指出,根據(jù)我國(guó)的戰(zhàn)略規(guī)劃,到2020年,風(fēng)電、光伏、光熱、生物質(zhì)能源等可再生能源的減排占總減排量的12%左右,而提高燃煤發(fā)電效率能實(shí)現(xiàn)15%的減排。
據(jù)悉,目前提高燃煤發(fā)電率的主要方法是提高參數(shù)。如亞臨界的發(fā)電效率在38%左右,而我國(guó)目前的超臨界能達(dá)到44%。在歐洲,最先進(jìn)的技術(shù)能把發(fā)電效率提高到50%。倪維斗表示,經(jīng)過(guò)科學(xué)研究把溫度和壓力再提高,優(yōu)化運(yùn)行,中國(guó)的燃煤發(fā)電率還有潛力可挖。
最近幾年我國(guó)實(shí)行“上大壓小”的政策,2009年全國(guó)平均煤耗達(dá)到342克標(biāo)準(zhǔn)煤/度電,已經(jīng)低于美國(guó)350克/度電的標(biāo)準(zhǔn)。而華能、大唐等大型企業(yè)甚至已經(jīng)降低到320多克/度電。根據(jù)有關(guān)規(guī)劃,2020年我國(guó)的平均燃煤?jiǎn)挝荒芎挠?jì)劃降低到320克/度電。
多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)綜合效率高
整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)加上多聯(lián)產(chǎn),被認(rèn)為是目前最具發(fā)展前景的清潔煤技術(shù),它在燃燒前先去除煙氣中的污染物,常規(guī)污染少,效率高,有利于綜合利用煤炭資源,能同時(shí)生產(chǎn)甲醇、尿素等化工產(chǎn)品等等。
而煤作為一種多元素的能源,很多專家都認(rèn)為將其一股腦燒掉相當(dāng)可惜。倪維斗就提出把發(fā)電和化工結(jié)合起來(lái),發(fā)展以氣化為基礎(chǔ)的IGCC多聯(lián)產(chǎn),對(duì)煤加以綜合利用。
多聯(lián)產(chǎn)的原理很簡(jiǎn)單,將煤氣化后先通過(guò)一個(gè)反應(yīng)器做化工產(chǎn)品,剩下尾氣再去燃燒發(fā)電。多聯(lián)產(chǎn)相當(dāng)于把化工和發(fā)電兩個(gè)過(guò)程耦合起來(lái),能量利用效率可以提高10%~15%,同時(shí),化工產(chǎn)品增值量比較大,并且能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)峰。據(jù)悉,煤的氣化系統(tǒng)很貴,如果能實(shí)現(xiàn)化工和發(fā)電相互調(diào)整,氣化系統(tǒng)就能始終穩(wěn)定運(yùn)行,降低發(fā)電成本。
多聯(lián)產(chǎn)的概念被很多國(guó)內(nèi)外專家所認(rèn)可。而對(duì)于中國(guó)這樣的煤炭大國(guó),其意義尤為特殊。最近幾年,倪維斗一直在四處呼吁發(fā)展IGCC多聯(lián)產(chǎn)。但多聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)——IGCC電廠卻始終沒(méi)有大規(guī)模地發(fā)展起來(lái)。據(jù)記者了解,我國(guó)在上世紀(jì)70年代末和90年代末曾確定過(guò)兩個(gè)IGCC示范項(xiàng)目,但最終都無(wú)疾而終。
國(guó)際上,美國(guó)還只有IGCC和制氫的聯(lián)產(chǎn),真正用煤制化工產(chǎn)品,并且實(shí)現(xiàn)IGCC發(fā)電的,山東兗礦集團(tuán)算全球第一個(gè)。據(jù)悉,該裝置是一臺(tái)小規(guī)模的多聯(lián)產(chǎn)示范裝置,以甲醇為主發(fā)電為輔——20萬(wàn)噸甲醇輔以8萬(wàn)千瓦的發(fā)電,已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了3年,經(jīng)濟(jì)性和二氧化碳減排效果都很好,目前正在準(zhǔn)備發(fā)展第二代裝置,進(jìn)一步提高效率。
倪維斗指出,目前發(fā)展IGCC多聯(lián)產(chǎn)的阻力主要來(lái)自兩個(gè)方面,一是發(fā)電和化工行業(yè)結(jié)合思想阻力較大。他表示,實(shí)際上中國(guó)五大電力公司現(xiàn)在也在做化工產(chǎn)品,只不過(guò)是分開(kāi)做,資源匹配程度低。
另外,國(guó)家能源局對(duì)IGCC持過(guò)度謹(jǐn)慎態(tài)度,目前為止只批了一個(gè)示范電廠。2009年7月,我國(guó)首座自主設(shè)計(jì)、制造并建設(shè)的IGCC電站——華能天津IGCC電站示范工程在天津開(kāi)工,計(jì)劃建設(shè)1臺(tái)25萬(wàn)千瓦級(jí)發(fā)電機(jī)組。
倪維斗表示,單純用于發(fā)電的IGCC電廠的主要問(wèn)題是基礎(chǔ)投資較貴,是一般的超臨界電廠的1.5倍以上,可能要達(dá)到每千瓦上萬(wàn)元人民幣。然而,雖然投資比較高,但是很多電力公司都有積極性,并且多聯(lián)產(chǎn)是降低IGCC成本的方式之一。在技術(shù)層面,大部分技術(shù)都能實(shí)現(xiàn)自主化。燃?xì)廨啓C(jī)的核心技術(shù)我們正在攻關(guān),總歸是要國(guó)產(chǎn)化的。IGCC和多聯(lián)產(chǎn)為什么不開(kāi)展示范呢?
多聯(lián)產(chǎn)更適合中國(guó)國(guó)情
碳捕集與封存(CCS)中二氧化碳的捕捉是最昂貴的環(huán)節(jié)。但在我國(guó),煤化工中已經(jīng)存在大量容易收集的純二氧化碳,如我國(guó)目前甲醇用量1200萬(wàn)噸,年排放二氧化碳3000萬(wàn)噸。甲醇是一種重要的化工中間體,將來(lái)可以用作燃料,需求量很大,所排放的二氧化碳還將增加。倪維斗說(shuō)指出,這些二氧化碳是最容易收集的,基本上已經(jīng)捕獲,但現(xiàn)在都沒(méi)有利用起來(lái)而放空了。
倪維斗表示,雖然二氧化碳排放總量是幾十億噸的數(shù)量級(jí),但在未來(lái),如果加強(qiáng)二氧化碳利用系統(tǒng)的科研工作,發(fā)明新型的二氧化碳化工利用體系和高附加值的產(chǎn)品,將會(huì)增加二氧化碳減排量。
例如,我國(guó)現(xiàn)在的化肥系統(tǒng)40年如一日沒(méi)有變化,主要就是尿素加合成氨,導(dǎo)致田間的過(guò)度施肥成為我國(guó)一大污染源,同時(shí)耗費(fèi)了大量能源。倪維斗指出,如果發(fā)展新的肥料體系,如草酸銨等都含大量的二氧化碳,可以更多地利用二氧化碳。
這樣上游發(fā)電和化工結(jié)合,下游用高附加值的產(chǎn)品利用二氧化碳,便能提高系統(tǒng)的能源利用率和減排二氧化碳。
隨著全球減排機(jī)制的加速發(fā)展以及人們對(duì)減排呼聲的不斷提高,基于二氧化碳零排放理念的“碳中和”也受到了越來(lái)越多的關(guān)注?!疤贾泻汀保–arbon Neutral)概念,最早起源于1997年倫敦未來(lái)森林公司(現(xiàn)改名為碳中和公司The Carbon Neutral Co.)的商業(yè)策劃。這家公司以“碳中和”為商標(biāo),幫顧客計(jì)算出其一年之中直接或間接制造的二氧化碳,然后讓顧客選擇以植樹(shù)的方式吸收相對(duì)應(yīng)的二氧化碳,以達(dá)到顧客“碳中和”的目標(biāo)。在此之后,雖然這種以植樹(shù)來(lái)吸收二氧化碳的方式因受到環(huán)保組織普遍質(zhì)疑而未能推廣,但“碳中和”這一概念還是被西方主流媒體廣泛接受和宣傳,并成為越來(lái)越多的知名企業(yè)和社會(huì)團(tuán)體零排放運(yùn)營(yíng)的最佳綠色環(huán)保標(biāo)簽。
目前,國(guó)際社會(huì)上具有強(qiáng)烈環(huán)保意識(shí)的組織和個(gè)人積極自愿地參與到應(yīng)對(duì)氣候變化的行動(dòng)當(dāng)中,通過(guò)投資或購(gòu)買一些具有溫室氣體減排潛力的項(xiàng)目活動(dòng)所產(chǎn)生的減排額度達(dá)到組織或個(gè)人的“碳中和”,如匯豐銀行,雅虎網(wǎng)站,惠普公司,樂(lè)購(gòu),歐洲之星等都已紛紛加入到“碳中和”行列。
“碳中和”理念在全球的發(fā)展和擴(kuò)張已經(jīng)從最初的純企業(yè)行為變成了全球范圍內(nèi)的不同行業(yè)、不同層面間的減排總動(dòng)員;同時(shí),在政府大力推行之下,“碳中和”也悄悄地發(fā)生著由純“自愿”向“官方計(jì)劃”的形式轉(zhuǎn)變,成為了全球減排機(jī)制中不可或缺的重要力量。
碳中和與體育盛事
截至今日,個(gè)人、企業(yè)和體育賽事都紛紛打出“碳中和”旗號(hào),其中2006年都靈冬奧會(huì)和2006年德國(guó)世界杯成為了體育界“碳中和”實(shí)踐的良好范例。
2006年的都靈冬奧會(huì)是迄今為止首次實(shí)現(xiàn)全程“碳中和”的奧運(yùn)盛事。實(shí)現(xiàn)“碳中和”,完全抵消奧運(yùn)會(huì)活動(dòng)過(guò)程中排放的二氧化碳,確保都靈冬奧活動(dòng)對(duì)氣候無(wú)害,是都靈冬季奧運(yùn)組委會(huì)計(jì)劃中重要的基礎(chǔ)部分。據(jù)都靈奧組委計(jì)算,為期16天的冬季奧運(yùn)賽事預(yù)計(jì)將排放10萬(wàn)噸的二氧化碳,其主要來(lái)源是交通和比賽場(chǎng)館的運(yùn)轉(zhuǎn)。為抵消這些碳排放,組委會(huì)進(jìn)行了一項(xiàng)“都靈氣候遺產(chǎn)”(HECTOR)計(jì)劃,使這些二氧化碳排放將通過(guò)林業(yè)、節(jié)能減排和可再生能源計(jì)劃得到抵消。除此之外,在都靈冬奧會(huì)的諸多環(huán)保方案中,還有一項(xiàng)名為“天然冷凍劑”的新方案與溫室氣體減排息息相關(guān)。該項(xiàng)自愿性方案由冬奧會(huì)兩大贊助商──麥當(dāng)勞與可口可樂(lè),加上聯(lián)合利華公司共同出資支持,并由環(huán)境規(guī)劃署與綠色和平組織支持。方案目標(biāo)是推廣各攤位販賣點(diǎn)使用替代冷凍技術(shù)來(lái)冷凍食品和冷飲,以減少溫室氣體排放,保護(hù)地球氣候與臭氧層??煽诳蓸?lè)在運(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)設(shè)置了1000具冷飲設(shè)備,均是利用二氧化碳來(lái)當(dāng)作冷卻劑,如此一來(lái),可減少氟氯碳化物(CFC)及氟氫碳化物(HFC)等臭氧層破壞物質(zhì)的使用。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署表示,如果這項(xiàng)技術(shù)推廣到全球規(guī)模,將可大幅降低冷飲業(yè)者所排放的溫室氣體,同時(shí)又可保障地球的臭氧保護(hù)層不被破壞。環(huán)境規(guī)劃署在洛桑體育博物館舉行的“全球體育與環(huán)境論壇”(Global Forum Sport and Environment)國(guó)際會(huì)議上公布,都靈冬奧會(huì)期間排放的溫室氣體,有70%被抵消,創(chuàng)造了冬奧會(huì)新紀(jì)錄。而隨后舉辦的2006年德國(guó)世界杯更是超額抵消了該賽事導(dǎo)致的溫室氣體排放,即德國(guó)世界杯通過(guò)在印度和南非的環(huán)保投資獲得“碳抵消”,減少溫室氣體排放10萬(wàn)噸,而比賽期間增加排放的溫室氣體只有8千噸。
北京奧運(yùn)的“碳中和”路徑
2008年北京奧運(yùn)會(huì)的三大理念是“綠色奧運(yùn)、人文奧運(yùn)、科技奧運(yùn)”,其中“綠色奧運(yùn)”的口號(hào)不在局限于環(huán)保單個(gè)方面,而是從氣候變化、環(huán)境保護(hù)、世界和平、公平競(jìng)爭(zhēng)、科技進(jìn)步以及可持續(xù)性發(fā)展等方面尋找多元化的支撐點(diǎn)。在早些時(shí)候,北京《奧運(yùn)行動(dòng)規(guī)劃》就明確對(duì)奧運(yùn)會(huì)進(jìn)行了整體的綠色規(guī)劃。以《奧運(yùn)行動(dòng)規(guī)劃》為指導(dǎo),北京奧組委一直在積極地采取措施以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo),控制溫室氣體排放,履行環(huán)境保護(hù)的義務(wù),具體包括在北京奧運(yùn)場(chǎng)館的建設(shè)中,將能耗指標(biāo)要求作為工程建設(shè)的附件納入場(chǎng)館建設(shè)施工;廣泛采用太陽(yáng)能和風(fēng)能這兩種“綠色”能源為體育場(chǎng)館和奧運(yùn)村供電;采用新型環(huán)保建材并通過(guò)廢物的循環(huán)再利用以節(jié)約能源,減少溫室氣體排放等。
然而,北京奧運(yùn)會(huì)要想更好實(shí)現(xiàn)綠色奧運(yùn)的目標(biāo),僅僅減少溫室氣體的排放還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。北京奧運(yùn)會(huì)溫室氣體排放的主要來(lái)源是奧運(yùn)前期場(chǎng)館建設(shè)以及奧運(yùn)期間的交通和比賽場(chǎng)館的運(yùn)轉(zhuǎn),有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),北京奧運(yùn)會(huì)預(yù)計(jì)將吸引來(lái)自全球200多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的上萬(wàn)名運(yùn)動(dòng)員,這些運(yùn)動(dòng)員前往北京所乘坐的飛機(jī)將會(huì)排放大量的二氧化碳,在參加北京奧運(yùn)比賽過(guò)程中,平均每位運(yùn)動(dòng)員將向大氣中排放約4噸的二氧化碳。
2007年10月25日,聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)對(duì)2008年北京奧運(yùn)會(huì)所做的一份評(píng)估報(bào)告―《北京2008年奧運(yùn)會(huì):聯(lián)合國(guó)環(huán)境署評(píng)估報(bào)告》建議北京奧組委應(yīng)該制定并實(shí)施一個(gè)“碳中和”方案,起碼抵消由于舉辦奧運(yùn)會(huì)而在中國(guó)產(chǎn)生的所有碳排放。
2007年3月世界自然基金會(huì)(WWF)開(kāi)始推動(dòng)一項(xiàng)“奪金路,碳中和”的全球活動(dòng),號(hào)召各國(guó)運(yùn)動(dòng)員為自己的碳排放買單。借此契機(jī),北京奧運(yùn)會(huì)可以盡快與世界環(huán)保組織合作開(kāi)展“低排放”、“碳中和”活動(dòng),鼓勵(lì)境內(nèi)外參加奧運(yùn)會(huì)的團(tuán)體和個(gè)人,通過(guò)投資國(guó)內(nèi)潛在減排項(xiàng)目或在自愿減排市場(chǎng)購(gòu)買已核證的減排量達(dá)到自身的“碳中和”。把減緩氣候變化的行動(dòng)和“碳中和”的理念納入本屆奧運(yùn)會(huì),將具有重要的歷史意義和現(xiàn)實(shí)意義。
我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家,暫時(shí)無(wú)需承擔(dān)強(qiáng)制減排義務(wù),而本著“共同但有區(qū)別的責(zé)任”原則,我國(guó)一直在積極努力開(kāi)展溫室氣體減排工作。恰逢此時(shí),我們利用本次奧運(yùn)會(huì),在國(guó)內(nèi)宣傳和實(shí)踐“碳中和”的理念,通過(guò)引入外資贊助的模式向國(guó)內(nèi)具有減排潛力的項(xiàng)目進(jìn)行投資:北京奧組委可以選擇一家具有良好信譽(yù)的國(guó)際性銀行、環(huán)保型能源企業(yè)或者是碳金融機(jī)構(gòu)作為北京奧運(yùn)會(huì)的碳減排信用額贊助商,由贊助商出資購(gòu)買國(guó)內(nèi)減排項(xiàng)目產(chǎn)生的碳減排信用額,并將這些碳減排信用額捐贈(zèng)給北京奧運(yùn)會(huì)以供“碳中和”之用。
采用這種全新的國(guó)際綠色體育贊助模式,可以使北京奧運(yùn)會(huì)在現(xiàn)有節(jié)能減排的基礎(chǔ)上獲得提升;同時(shí)可以另辟蹊徑,為國(guó)內(nèi)的減排項(xiàng)目引入資金,推動(dòng)我國(guó)減排項(xiàng)目的發(fā)展;另外,還可以通過(guò)北京奧運(yùn)會(huì)這一盛大賽事的良好宣傳和示范效應(yīng),推廣“碳中和”理念,吸引更多的投資者引入國(guó)際減排合作機(jī)制促進(jìn)我國(guó)減排項(xiàng)目的發(fā)展;最后,“碳中和”奧運(yùn)會(huì)的舉辦將讓國(guó)際社會(huì)看到我國(guó)在減緩全球氣候變化問(wèn)題上所做的不懈努力,以緩解我國(guó)在后京都時(shí)代承擔(dān)溫室氣體減排義務(wù)的談判壓力,帶來(lái)名譽(yù)和利益雙贏的局面。
【關(guān)鍵詞】鋼鐵業(yè) 隱含碳 減排對(duì)策
一、中國(guó)鋼鐵業(yè)隱含碳排放現(xiàn)狀
鋼鐵行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),也是工業(yè)領(lǐng)域的龍頭企業(yè),素來(lái)被稱為“工業(yè)的糧食”,但同時(shí)它也是我國(guó)能源消費(fèi)和碳排放大戶,它的發(fā)展是建立在巨大的化石能源消耗基礎(chǔ)上的,并且伴隨大量的二氧化碳的排放。自從1996年以來(lái),我國(guó)鋼產(chǎn)量已連續(xù)十多年位居世界第一。2010年我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量首次突破6億噸,約為6.37億噸,2011年約為6.85億噸,約比上年增長(zhǎng)了7.5,2012年約為7.23億噸,到2013年我國(guó)鋼產(chǎn)量達(dá)到7.79億噸,占全球粗鋼產(chǎn)量的48.5%。2014年我國(guó)粗鋼產(chǎn)量82269.8萬(wàn)噸,占全球粗鋼產(chǎn)量的49.5%,同比增長(zhǎng)0.9%,創(chuàng)歷史新高,增幅為2001年以來(lái)最低,,比2013年下降0.2個(gè)百分點(diǎn)。2015年,全國(guó)生產(chǎn)生鐵69141.51萬(wàn)噸,同比下降3.45%,生產(chǎn)粗鋼80382.26萬(wàn)噸,同比下降2.33%,生產(chǎn)鋼材112349.52萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)0.56%;平均日產(chǎn)粗鋼220.23萬(wàn)噸。隨著鋼鐵產(chǎn)量的增加,二氧化碳的排放趨勢(shì)也不曾減弱。在我國(guó),鋼鐵行業(yè)二氧化碳的排放量?jī)H次于電力系統(tǒng)和建材行業(yè),居全國(guó)第三位。自改革開(kāi)放以來(lái),中國(guó)每年的二氧化碳排放總量都在增加,其中鋼鐵業(yè)二氧化碳排放所占比重甚高,從2002年開(kāi)始,每年鋼鐵業(yè)排放的二氧化碳數(shù)量達(dá)5億噸以上,根據(jù)IPCC碳排放系數(shù)估算,2009年二氧化碳排放量約為8.5億噸,2010年碳排放量約為9.01億噸,約占全球的12%左右,2011年約為9.64億噸,而2012年碳排放量達(dá)到了10十億噸以上,約為10.02億噸,2013年約為10.53億噸。從2012年開(kāi)始,中國(guó)已成為全球第一大碳排放國(guó)家,碳排放量約占全球的29%。目前全球每年增加碳排放的65%來(lái)自中國(guó)。從鋼鐵業(yè)最近幾年的碳排放數(shù)據(jù)可以看出,每年的碳排放總量都在增加,且增加幅度相差不大,這說(shuō)明我國(guó)鋼鐵行業(yè)的碳減排措施仍未達(dá)到預(yù)期的功效。降低鋼鐵業(yè)二氧化碳的排放,是中國(guó)鋼鐵行業(yè)所面臨的一個(gè)重大問(wèn)題,這也是我國(guó)鋼鐵冶金業(yè)的重要目標(biāo)之一,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展、走可持續(xù)發(fā)展之路的必嚴(yán)要求。
二、中國(guó)鋼鐵業(yè)隱含碳排放源頭分析
(一)礦床開(kāi)采過(guò)程中碳排放
我國(guó)礦床的開(kāi)采方式有兩種:露天開(kāi)采和地下開(kāi)采。目前主要采用露天開(kāi)采方式。在露天開(kāi)采工藝中,主要的碳排放源自采掘和運(yùn)輸設(shè)備以及爆破技術(shù)器材。露天開(kāi)采的主要作業(yè)方式有間斷式、連續(xù)式、半連續(xù)式。在這三種作業(yè)方式中,采掘和運(yùn)輸所用設(shè)備不同,但其在使用過(guò)程中或多或少產(chǎn)生碳排放。另外,巖石炸藥、銨油炸藥等也相繼在露天開(kāi)采爆破技術(shù)上得到應(yīng)用,這些炸藥爆破過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵、含碳、硫等污染性氣體,使得礦床周圍環(huán)境惡化。在地下開(kāi)采工藝中,主要的碳排放源自采礦方法、鑿巖裝運(yùn)兩個(gè)方面。在這些地下采礦方法中,大多用到爆破技術(shù),其可能產(chǎn)生的碳排放不言而喻。而在鑿巖裝運(yùn)上,設(shè)備的機(jī)械化是其產(chǎn)生碳污染的主要原因。
(二)選別作業(yè)中產(chǎn)生的碳?xì)怏w
開(kāi)采出來(lái)的鐵礦石經(jīng)粉碎后進(jìn)入選別作業(yè),使其中有用的礦物和脈石分離,或使各種有用礦物彼此分離。在選別方式中,主要有兩大類,即物理選和化學(xué)選。其中物理選包括揀選、重選、電選、浮選、磁選。在物理選方式中,電選、磁選會(huì)需要電力支撐,對(duì)電的消耗,會(huì)間接產(chǎn)生碳排放。而在化學(xué)選中經(jīng)常要用到萃取劑、浸取劑等使之與礦石發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。
(三)產(chǎn)品運(yùn)輸途中產(chǎn)生的碳
這里所指的產(chǎn)品是指鋼鐵冶煉所需的所有材料以及成型鋼材產(chǎn)品。鋼鐵冶煉不僅需要鐵礦石原料還需要燃料,在鋼鐵廠冶煉之前,這些材料都需要從各地運(yùn)往冶煉廠,路途有遠(yuǎn)有近,因鋼鐵廠的位置而定。另外,在鋼鐵廠冶煉出各種鋼鐵產(chǎn)品后,會(huì)將其運(yùn)往所需地方,不論運(yùn)輸工具是汽車或是游輪等等,在運(yùn)輸過(guò)程中交通工具排放的尾氣中含有二氧化碳?xì)怏w,這增加了溫室效應(yīng)。鋼鐵工業(yè)是資源密集型產(chǎn)業(yè),鋼鐵企業(yè)每生產(chǎn)1噸鋼,廠內(nèi)運(yùn)輸量將高達(dá)5噸。鋼鐵企業(yè)物流實(shí)現(xiàn)方式主要包括鐵路、公路、水路、輥道、行車、臺(tái)車和皮帶運(yùn)輸?shù)?。其中,公路運(yùn)輸占比通常在20%以上,部分中小企業(yè)公路運(yùn)輸?shù)恼急瘸^(guò)70%。公路運(yùn)輸產(chǎn)生的揚(yáng)塵,重載貨運(yùn)卡車排放的尾氣都會(huì)造成污染,一些廠區(qū)內(nèi),道路路面未硬化處理、散落的物料未及時(shí)清理,運(yùn)輸造成的污染更加嚴(yán)重。對(duì)于燃料煤炭來(lái)說(shuō),隨著我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)主要產(chǎn)區(qū)的西移,商品煤的平均運(yùn)輸距離已超過(guò)580km,并還在逐漸延長(zhǎng),隨著新疆自治區(qū)煤炭的大量外運(yùn),商品煤運(yùn)輸距離還在加大。
(四)進(jìn)入高爐冶煉以前所產(chǎn)生的碳排放
鐵礦石并不是運(yùn)往鋼鐵冶煉廠后就可直接進(jìn)入高爐冶煉,在此之前還需進(jìn)行兩部分作業(yè)。一是進(jìn)行煉焦煤焦化,二是鐵礦石燒結(jié)球團(tuán)。在對(duì)煉焦煤焦化前,要對(duì)原煤進(jìn)行清洗,原煤作為燃料,相比較氫氣 、天然氣、 液化石油氣等,污染是最嚴(yán)重的。它含碳、硫、磷等燃燒后生成有污染氣體的元素,直接作為燃料供應(yīng)進(jìn)行燃燒,產(chǎn)生的危害特別大。提前進(jìn)行原煤清洗,可以消除部分污染物,能夠更清潔高效使用。原煤先集中進(jìn)行洗選潔凈化和均質(zhì)化后,留下灰分、硫分等污染物,再分散供應(yīng)市場(chǎng)。此后再進(jìn)行煉焦,而煉焦釋放的污染物也是焦化廠區(qū)污染和大氣污染的重要來(lái)源。在焦化過(guò)程中產(chǎn)生的碳顆粒、一氧化碳、二氧化碳等擴(kuò)散到周圍環(huán)境中,造成污染。
(五)煉鋼、連鑄、軋鋼過(guò)程中碳排放
進(jìn)入高爐流程以后,主要是煉鋼、連鑄、軋鋼過(guò)程,在這些過(guò)程中產(chǎn)生的碳污染主要是由于電力的使用所間接引起。鋼鐵業(yè)高爐流程以后主要靠火電廠供電來(lái)進(jìn)行作業(yè),而在我國(guó),84%的火力發(fā)電燃燒煤炭,燃煤污染物排放嚴(yán)重,大量粉塵、碳、硫等氣體。
三、中國(guó)鋼鐵業(yè)低碳策略
(一)引進(jìn)低碳采礦設(shè)備和技術(shù)
隨著礦業(yè)開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大,對(duì)采礦設(shè)備的要求也越加嚴(yán)格。然而不管是露天采礦還是地下采礦,其采礦過(guò)程中,因其設(shè)備或是技術(shù)因素,二氧化碳的排放不可避免,對(duì)周圍環(huán)境造成污染成為慣例。因此,引進(jìn)低碳采礦設(shè)備和技術(shù)成為綠色采礦的一個(gè)新途徑。國(guó)外露天采礦設(shè)備逐漸大型化、自動(dòng)化、智能化。我們可以引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備,如大噸位礦用電動(dòng)輪汽車、電鏟斗容、低孔徑牙輪鉆機(jī)鉆孔,露天礦大型設(shè)備單機(jī)載計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控等等。對(duì)于地下采礦設(shè)備,實(shí)現(xiàn)裝備的無(wú)軌化、液壓化、自動(dòng)化、微型化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。
(二)多采用揀選、重選、浮選方式,減少電選、磁選和化學(xué)選使用
為了減少碳排放,在選別作業(yè)中應(yīng)多采用揀選、重選、浮選方式,而相應(yīng)減少電選、磁選和化學(xué)選。揀選方式主要是用于丟除廢石,它包括手選和機(jī)械揀選。手選是人工揀選,消耗勞動(dòng)量大,效率低。在這里主要建議采用機(jī)械揀選,可以采用光揀選、電性揀選和磁性揀等。重選主要是利用礦石在介質(zhì)中顆粒比重的不同進(jìn)行選別,它可以在其他選別方式使用之前對(duì)礦石進(jìn)行預(yù)選。這種選別方式成本低、污染少,適合貧礦、細(xì)礦的揀選。浮選通常指泡沫浮選,它是指利用各種礦物原料顆粒表面對(duì)水的潤(rùn)濕性(疏水性或親水性)的差異進(jìn)行選別。它能用于選別各種礦物原料,適用性強(qiáng),污染小。對(duì)于電選、磁選方式,在處理量小顆粒物時(shí),應(yīng)該盡量少用?;瘜W(xué)選分離效果好,成本高,污染大,應(yīng)努力研制生物化學(xué)法,以降低成本減少污染。
(三)優(yōu)化鋼鐵工業(yè)布局,減少產(chǎn)品運(yùn)輸量
我國(guó)鋼鐵工業(yè)總的布局特點(diǎn)是,大型鋼鐵廠比較接近原料、燃料產(chǎn)地或沿海消費(fèi)區(qū),中小型鋼鐵企業(yè)布局比較分散,廣泛分布于全國(guó)各地【5】。由于煤炭和鐵礦石是鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)的兩大必備原料,鋼鐵業(yè)冶煉廠的建設(shè)也與這兩種原料的產(chǎn)地息息相關(guān)。我國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)的布局,按其離原料、燃料產(chǎn)地及消費(fèi)地區(qū)的關(guān)系,大致可分為5種類型:及靠近鐵礦石基地又靠近煤炭基地,如本剛、攀鋼等;靠近鐵礦石基地,如鞍鋼、馬鋼等,靠近煤炭基地,如太鋼、唐鋼、撫鋼等;位于交通樞紐,接近消費(fèi)中心,如首鋼、武鋼等;遠(yuǎn)離原料產(chǎn)地,位于消費(fèi)中心,如上海寶鋼、天津各鋼廠等。從這五種類型中可以看出,我國(guó)大部分鋼鐵企業(yè)選址存在不足,無(wú)法兼顧原料、燃料產(chǎn)地和消費(fèi)地區(qū),造成了大量的時(shí)間浪費(fèi)在運(yùn)輸途中,產(chǎn)生了大量運(yùn)輸廢氣。又原材料運(yùn)輸占總運(yùn)輸量的73~83,故應(yīng)將鋼鐵企業(yè)的地址選在靠近原料產(chǎn)地,減少運(yùn)輸路程,即可以降低物流成本又可以減少碳排放。
(四)積極研發(fā)“非涉碳”冶金技術(shù)
鐵礦石從開(kāi)采到最終軋制成各類鋼材產(chǎn)品,需要的不僅僅是原鐵礦石,還需要多種輔助材料,煤、焦、水、電、氣等。例如在燒結(jié)過(guò)程中,需要將礦粉、溶劑、燃料按一定比例進(jìn)行燒結(jié),焦粉、煤粉這些含碳物質(zhì)的使用,經(jīng)過(guò)燃燒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生碳?xì)怏w污染環(huán)境。因此在冶煉過(guò)程中,盡量減少碳材料的使用,可以減少碳排放,積極研發(fā)“非涉碳”冶金技術(shù)也就成了鋼鐵業(yè)冶金技術(shù)發(fā)展的新方向,使用清潔能源冶金可以有效控制碳排放。清潔能源運(yùn)行可與含碳能源共同運(yùn)行,也可組成獨(dú)立制度運(yùn)行,獨(dú)立運(yùn)行的清潔能源鋼鐵生產(chǎn)系統(tǒng)一般具有高速反應(yīng)與運(yùn)行的特征,它可以進(jìn)行多次能源的高效轉(zhuǎn)化和運(yùn)行,與含碳能源共同運(yùn)行可減少二氧化碳排放外,基本上無(wú)二氧化碳排放。例如利用風(fēng)能冶金、太陽(yáng)能冶金等,完全不涉及碳材料的使用和產(chǎn)生碳的化學(xué)反應(yīng),從根本上杜絕了二氧化碳的產(chǎn)生。
(五)積極采用清潔能源發(fā)電,減少煤炭源電的使用
在鋼鐵的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中,對(duì)電力的使用不可避免,而且耗電量大。一般鋼鐵企業(yè)所使用的電力大多來(lái)源煤炭發(fā)電,這從間接上增加了化石能源的消耗,增加了二氧化碳的排放。因此要想減少碳排放,也可以從減少使用煤炭發(fā)電這一點(diǎn)出發(fā),使用清潔能源發(fā)電,減少碳排放。目前,清潔能源的種類很多,有太陽(yáng)能、風(fēng)能等。對(duì)于鋼鐵企業(yè)來(lái)說(shuō),使用太陽(yáng)能、生物質(zhì)能發(fā)電較為有利。太陽(yáng)能能源豐富,免費(fèi)試用,不需運(yùn)輸,無(wú)污染。而生物質(zhì)能是化廢為寶,在冶金過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物,可以利用其中的有機(jī)廢棄物來(lái)發(fā)電反過(guò)來(lái)供鋼鐵的冶煉。這樣即可以減少煤炭的使用,減少二氧化碳的排放,也可以為鋼鐵業(yè)減少冶煉成本。
在清潔能源研究與應(yīng)用方面,氫還原研究早已開(kāi)始,如日本焦?fàn)t煤氣重整后制成高氫含量的煤氣輸入高爐,加速還原鐵礦石等;歐洲也開(kāi)始利用太陽(yáng)能進(jìn)行高溫爐研究;韓國(guó)POSCO研究院還開(kāi)展核能制氫氫還原的前沿研究等。鞍鋼鲅魚(yú)圈從風(fēng)能發(fā)電供生活用電供軋鋼用電供冶煉用電的研究正逐步按計(jì)劃進(jìn)行。多家高校、研究院開(kāi)展氫冶金實(shí)驗(yàn)研究。另外,除了使用清潔能源發(fā)電外,在鋼鐵的生產(chǎn)過(guò)程中還可以有效利用轉(zhuǎn)爐蒸汽、軋鋼加熱爐蒸汽和燒結(jié)余熱等進(jìn)行發(fā)電,確保能源高效回收綜合利用。
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