二氧化碳减排的可持续发展

二氧化碳减排的可持续发展

卓 强

（中国昆仑工程有限公司葫芦岛分公司，葫芦岛， 125000）

摘 要：二氧化碳捕集、利用与封存技术是实现CO₂深度减排、降低温室效应的重要途径。近十余年，我国CCUS技术和产业取得重要进展，文章介绍了CCUS技术的发展历程，同时重点介绍了近年来我国CO₂ 加氢制甲醇、CO₂ 制乙酸、CO₂ 与甲烷制合成气等化工利用途径的发展。

关键词：二氧化碳减排 CCUS

1 引言

CCUS技术是指将CO₂从排放源中分离后或直接加以利用或封存，以达到二氧化碳减排、降低温室效应的过程。在众多温室气体减排技术中，CCUS是一项新兴的、深度减排二氧化碳的技术。20世纪70年代，国外已经开展对碳捕集的相关研究。我国对CCUS技术的研究起步较晚，2006年在北京香山会议第276次、第279次学术讨论会上，与会专家首次提出碳捕集利用与封存的概念，随后我国政府开始有序推进 CCUS 技术研发和示范。

2 CCUS技术概况

2.1 二氧化碳的捕集

中国CO₂捕集主要集中在煤化工行业，其次是热电厂和天然气厂。根据对燃料、氧化剂和燃烧产物采用措施的不同，CO₂捕集的方法可以分为燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧捕集^[1-3]。根据技术原理的不同，CO₂捕集方法包括物理吸收法、化学吸收法、变压吸附法、膜分离法及低温精馏法等^[4-5]。

2.2 二氧化碳的封存

CO₂封存是指通过工程技术手段将捕集的CO₂储存于地质构造中，实现与大气长期隔绝的过程。按照封存地质体的特点，主要划分为陆上咸水层封存、海底咸水层封存、枯竭油气田封存等方式。

2.3 二氧化碳的利用

CO₂具有较高的民用和工业价值，它不仅广泛应用在饮料、焊接、烟草、食品等方面，还应用于超临界溶剂、生物工程、核工业等尖端高科技领域^[6-7]。但CO₂在上述行业的综合利用，并不能直接减排CO₂，只是将 CO₂ 暂时提纯回收，最终还是会排放至大气层中。因此加快对 CO₂ 永久固定，以CO₂ 作为原料生产高附加值的精细化工产品是今后 CO₂ 减排的重要方向。

（1）CO₂制甲醇

大连化物所催化与新材料研究中心与中石油合作开展的CO₂加氢制甲醇研究取得阶段性成果。中试撬块装置在中石油大庆化工研究中心一次开车成功，单程CO₂转化率可达20%，甲醇选择性可达 70%，并实现了稳定运行^[8]。昆明理工大学王华教授团队^[9]与美国哥伦比亚大学等单位合作，以高炉煤气中CO与CO₂资源化利用为研究背景，设计获得了高活性 Cu/ZnO/ZrO₂ 二氧化碳加氢合成甲醇催化剂，显著增强了CO₂ 的活化和转化。

2）CO₂制低碳烯烃

中国科学院大连化学物理研究所李灿团队^[10]在 CO₂ 催化加氢制备低碳烯烃方面实现串联式催化剂体系上直接将CO₂高选择性的转化为低碳烯烃。该催化剂在接近工业生产的反应条件下，烃类中低碳烯烃的选择性可达到80-90%，且具有较好的稳定性和抗硫中毒性能。厦门大学王野教授课题组^[11]通过设计 ZnGa2O4/SAPO-34 双功能催化剂，成功实现CO₂制备甲醇与甲醇制备烯烃（MTO）反应的耦合，由CO₂转化得到的碳氢化合物产物中C2-C4低碳烯烃的选择性达到86%。

3）CO₂制甲酸

中国科学院低碳转化科学与工程重点实验室陈为工作小组^[12]经过近两年的不断探索，筛选、尝试了大量金属、合金催化剂，最终发现由金属钯 (Pd)、锡 (Sn)组成的 Pd-Sn 合金催化剂具有非常优异的性能，只需施加非常低的电压，该催化剂就能够将所输入电能的 99%(电流效率)用于驱动CO₂转化生成甲酸。

4）CO₂和甲烷重整制合成气

上海高等研究院低碳转化科学与工程重点实验室成功解决了纳米金属的稳定性问题，并与潞安集团、中国科学院上海高等研究院、壳牌公司共同研发了CH₄-CO₂重整技术，位于山西潞安集团煤制油基地的示范装置运转稳定，实现国际首套万Nm³/h 级规模甲烷二氧化碳自热重整制合成气工业装置全系统稳定运行。

3 结束语

作为全球第一大CO₂排放国，国情和能源结构决定了我国将在CO₂减排道路上面对前所未有的挑战。CCUS技术作为高碳能源低碳利用方式的最佳选择，必将成为各国必争的前沿技术。随着我国对碳排放的严格要求，以CO₂为原料合成有机化合物将成为广大生产企业与科研院所的研究热点。煤化工和石油炼化企业排放的CO₂ 资源丰富而集中，且配套系统完善，有助于企业提质增效、CO₂减排可持续发展的实现，将成为未来十年CCUS技术最有前景的应用领域。

参考文献

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