錢伯章

(上海擎都信息科技有限公司金秋能源石化工作室,上海 200126)

1 碳減排:化工行業(yè)功大于過

2009年7月上旬G8峰會達(dá)成的“2度共識”,即全球平均氣溫不應(yīng)當(dāng)比工業(yè)化前高出2攝氏度,意味著各界共同全力推進(jìn)碳減排的時代將要到來。

由麥肯錫咨詢公司2009年7月發(fā)布的題為《溫室氣體減排的革新——以生命周期量化評估化學(xué)工業(yè)碳減排》的報告,對100多種化工產(chǎn)品的應(yīng)用進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)與化學(xué)工業(yè)直接或間接相關(guān)的每1個單位的溫室氣體排放,可通過化工產(chǎn)品和技術(shù)幫助其他行業(yè)或消費(fèi)者實現(xiàn)2～3個單位的減排量。這項調(diào)查的目的是將化工生產(chǎn)排放的溫室氣體,與其產(chǎn)品在完整的生命周期中對減排的貢獻(xiàn)進(jìn)行比較,從而提高人們利用化工產(chǎn)品實現(xiàn)碳減排的意識。

報告指出,為限制氣溫升高,化工產(chǎn)品已成為一項重要“工具”。促進(jìn)建筑節(jié)能、加快環(huán)境友好投資回報、促進(jìn)遏制二氧化碳減排的研究和開發(fā),這些都是化工行業(yè)已經(jīng)作出的貢獻(xiàn)。和非化工產(chǎn)品相比,化工產(chǎn)品能帶來更多的二氧化碳減排。最有意義的貢獻(xiàn)就在于建筑保溫材料(如發(fā)泡聚苯乙烯)、農(nóng)用化學(xué)品、照明產(chǎn)品、塑料包裝、船用防腐涂料、合成纖維、車用塑料、低溫清潔劑、塑料管等。在所有被認(rèn)定為碳減排的領(lǐng)域中,40%得益于保溫材料。

在評估了25個案例之后,麥肯錫團(tuán)隊得出結(jié)論:泡沫絕緣材料產(chǎn)生1 000萬t的二氧化碳排放量,但同時也實現(xiàn)了近25億t的二氧化碳“減稅”。報告還舉例說,在汽車領(lǐng)域,使用塑料產(chǎn)生的二氧化碳減排額是生產(chǎn)這些塑料制品過程中排放量的兩倍。與此同時,在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上使用玻璃纖維和碳纖維所實現(xiàn)的二氧化碳減排是這些材料制造過程中排放量的120倍。

麥肯錫公司提供的數(shù)據(jù)顯示,化工行業(yè)有足夠的潛力在生產(chǎn)過程中或通過產(chǎn)品幫助地球控溫。如果工業(yè)界、政府等都能積極充分地使用化工產(chǎn)品實現(xiàn)減排,那么到2030年,化工行業(yè)的減排和排放比例將提高至4∶1。

報告中的數(shù)據(jù)揭示了哪些方面的碳減排是最有意義的,同時也指出進(jìn)一步減排需要強(qiáng)有力的法律保障。根據(jù)報告,三分之二的減排潛力存在于發(fā)展中國家,但是“在減排的道路上還存在若干障礙”:一方面,發(fā)達(dá)國家正將一部分碳排放不達(dá)標(biāo)的工廠向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移;另一方面,目前發(fā)展中國家碳減排技術(shù)與國際先進(jìn)水平還有較大差距。

因此,報告強(qiáng)調(diào),必須依靠“有效的政策和法規(guī)”以及全球碳減排框架。為減少市場扭曲和“碳泄漏”,即碳排放轉(zhuǎn)移的風(fēng)險,“統(tǒng)一的全球政策”必不可少,報告建議實施地方性過渡性條款,如碳稅減免,以促進(jìn)碳減排市場的發(fā)展。

關(guān)于化工行業(yè)未來總產(chǎn)量增加將如何影響碳排放量增長的問題,ICCA氣候變化和能源工作組認(rèn)為,如果產(chǎn)量增長,使用的化工減排產(chǎn)品也會相應(yīng)增加,實現(xiàn)間接減排的機(jī)會就會越來越多。監(jiān)管機(jī)構(gòu)和業(yè)界在這方面應(yīng)“劃分責(zé)任”,監(jiān)管機(jī)構(gòu)要刺激減排產(chǎn)品的生產(chǎn),而行業(yè)應(yīng)使其工藝更節(jié)能,使用可再生能源,并將更多的投資用于減排創(chuàng)新。

該報告還顯示,雖然1990～2005年歐盟的化學(xué)品產(chǎn)量增長了60%,但化工行業(yè)的能源消費(fèi)總量保持穩(wěn)定。這意味著,化工行業(yè)已提高了能源效率。此外,該報告還強(qiáng)調(diào)發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家之間要加強(qiáng)技術(shù)合作,以便“為技術(shù)擁有者和接收者創(chuàng)造積極的商業(yè)機(jī)會”。

2 美國將啟動化工裝置減排

美國總統(tǒng)奧巴馬的環(huán)境政策是尋求到2020年將CO2的排放降低到1990年的水平,到2050年要低于1990年水平的80%。奧巴馬反復(fù)強(qiáng)調(diào):“全球變暖并不是將來的問題,而是現(xiàn)在的問題’,同時他還支持一項碳捕集和交易(cap-and-trade)計劃,這個計劃要求溫室氣體(GHG)的排放者購買排放許可,或直接減少排放。這樣,煉油和化工企業(yè)將必須花費(fèi)額外的資金用于控制CO2排放,而不能簡單地擴(kuò)大工廠的規(guī)模。隨著CO2排放許可價格的上升,迫使企業(yè)不得不考慮提高能源利用效率以及從煉油和化工廠中主要的CO2排放源中回收CO2。分析家們認(rèn)為,美國的碳捕集和交易計劃將促進(jìn)低碳技術(shù)的發(fā)展。

美國能源部表示,對CCS項目的資助將不僅主要用于發(fā)電廠,也將為化學(xué)品裝置的減排提供了機(jī)遇。美國能源部撥款資助化學(xué)品裝置實施二氧化碳捕集與封存的驗證項目的目標(biāo)是這些項目應(yīng)與裝置操作構(gòu)成一體化,并且每套裝置到2015年能設(shè)計捕集和封存100萬t/aCO2。項目資金的至少20%必須由公司提供。

同時,也要求1億美元的資助要用于驗證有效地利用CO2,如使用CO2使海藻生長,或使其轉(zhuǎn)化為燃料或化學(xué)品。

美國化學(xué)品裝置將獲得資助實施二氧化碳捕集與封存的驗證項目。2009年6月8日發(fā)布的美國能源部計劃,將使化學(xué)品公司和排放溫室氣體的其他工業(yè)源獲得13億美元的資助,實施大規(guī)模碳捕集與封存(CCS)的驗證項目。工業(yè)源占美國溫室氣體排放的19%,但美國能源部主要資助燃煤電廠的CCS項目。然而,2009年6月8日發(fā)布的美國能源部計劃則專門針對工業(yè)源,包括化工公司、煉油廠、水泥廠、鋼鐵和冶金廠、制造裝置,以及使用石油焦和廢棄物作為燃料(不是煤炭或天然氣)的某些電廠。

盡管十幾億美元的資助并不算大,但已有幾家化工公司對此興趣盎然,這些公司包括依士曼化學(xué)公司,該公司計劃實施CCS煤氣化項目已處初期階段;還有陶氏化學(xué)公司,該公司已與Alstom電力公司合作,在西弗吉尼亞州南Charleston生產(chǎn)基地開始實施CO2捕集項目,陶氏化學(xué)公司的項目并無政府資助。

從事全球工程的Alstom電力公司對美國能源部資助工業(yè)CCS項目表示歡迎。Alstom電力公司在世界上已擁有幾個CCS驗證項目,但僅有二個在工業(yè)生產(chǎn)基地:陶氏化學(xué)公司在美國西弗吉尼亞州的裝置和在挪威的一個煉油廠。

3 化工公司CO2捕集開發(fā)加快推進(jìn)

McKinsey公司受國際化工理事會(ICCA)委托,對化學(xué)工業(yè)減排溫室氣體(GHG)成果進(jìn)行了研究,化學(xué)工業(yè)現(xiàn)生產(chǎn)的產(chǎn)品已達(dá)到每噸產(chǎn)品少排放超過2噸CO2當(dāng)量,到2030年的減排潛力將可使每噸產(chǎn)品少排放超過4噸CO2當(dāng)量。

基于2005年排放數(shù)據(jù)所作的研究,2005年與化學(xué)工業(yè)相關(guān)的 CO2當(dāng)量排放約為 3.3Gt,誤差為25%。減排6.9～8.5Gt,誤差為30%。

巴斯夫公司生產(chǎn)過程生產(chǎn)的每噸產(chǎn)品減排CO2當(dāng)量達(dá)到3t。

化工公司CO2捕集開發(fā)正在取得進(jìn)展。

挪威研究人員正在開發(fā)一種在天然氣燃燒前將其中含有的二氧化碳完全分離出來的新技術(shù),這將有助于減少溫室氣體排放的效果。據(jù)了解,這項新技術(shù)由挪威奧斯陸大學(xué)和挪威科技大學(xué)的研究人員合作開發(fā),目前尚處于早期開發(fā)階段。不過,研究人員預(yù)計,3～5a后這項新技術(shù)就可投入實際應(yīng)用,而且整個工藝流程的費(fèi)用比較低廉,易于推廣應(yīng)用。

涉及這一領(lǐng)域的一些化工公司都擁有氣化經(jīng)驗、生產(chǎn)催化劑或用于化學(xué)捕集的試劑,更重要的是有一些工業(yè)氣體公司的參與,他們可從CCS過程獲益。

溶劑生產(chǎn)商美國陶氏化學(xué)公司和德國巴斯夫公司都在開發(fā)先進(jìn)胺基洗滌技術(shù),以用于從煙氣脫除CO2。巴斯夫公司更致力于燃燒后捕集技術(shù)開發(fā),因為可應(yīng)用于現(xiàn)有電廠的改造。

巴斯夫公司與德國的電力公司RWE Power與氣體和工程公司林德合作,正在德國Niederaussem建設(shè)CCS中型裝置,用于從褐煤發(fā)電廠的煙氣中脫除CO2。該項目將于2010年建成投用。據(jù)稱,采用新的溶劑可大大提高從電廠煙氣中脫除CO2的效率。

美國依士曼化學(xué)公司在煤制氣技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)其化工過程原料方面擁有多年經(jīng)驗,該公司對開發(fā)CCS用于CO2減排也有很大興趣。該公司將采用CO2應(yīng)用于提高石油采收率,將在美國開發(fā)項目和進(jìn)行試驗。

陶氏化學(xué)公司于2009年11月簽署了一項諒解備忘錄,將從陶氏化學(xué)公司的一座化工廠捕集二氧化碳,并用它來使老化的油田增產(chǎn)石油。來自路易斯安那州 Plaquemine的陶氏化學(xué)公司環(huán)氧乙烷裝置的CO2,將通過管道從路易斯安那州Donaldsonville運(yùn)送到休斯頓南部的 Hastings油田。320英里的管道將于2010年建成,來自陶氏化學(xué)公司的CO2將于2011年實施注入油田。該項目將結(jié)合來自天然來源的二氧化碳與副產(chǎn)二氧化碳?xì)怏w,用于增產(chǎn)石油。陶氏化學(xué)公司表示,到2015年,將可使其每年每生產(chǎn)一磅產(chǎn)品可減少溫室氣體排放2.5%。

工業(yè)氣體公司如林德、法液空、普萊克斯和空氣產(chǎn)品等公司也涉足于此。對于IGCC和氧氣燃燒工藝,需要大量的氧氣,這些公司可予供應(yīng)。另外,這些公司在CO2凈化和運(yùn)送,以及特定設(shè)備方面也擁有技術(shù)訣竅。

美國普萊克斯公司的氧氣-煤炭(oxy-coal)技術(shù)用于發(fā)電,可為現(xiàn)有的和新的燃煤鍋爐的CO2減排超過90%帶來發(fā)展機(jī)遇。

普萊克斯公司將接受美國能源部有關(guān)潔凈煤行動計劃的資助,在美國紐約州Jamestown的50MW燃煤電廠來驗證其oxy-coal和CO2處理技術(shù)。這將是迄今完全一體化的oxy-coal系統(tǒng)的驗證。

空氣產(chǎn)品公司對CCS技術(shù)感興趣之處在于CO2的捕集范圍,該公司正在開發(fā)低成本CO2凈化和壓縮技術(shù),以應(yīng)用于氣化和含氧燃料,兩種技術(shù)均在一些中型項目中推進(jìn)之中。

空氣產(chǎn)品公司也在開發(fā)新一代空分技術(shù),采用其離子遷移膜法(Ion Transport Membrane)技術(shù)。

空氣產(chǎn)品公司表示,許多CCS解決方案都需要大量氧氣,該公司先進(jìn)技術(shù)有助于使氧氣成本降低高達(dá)30%。

普萊克斯公司和空氣產(chǎn)品公司在美國都有一些實施項目,林德公司大多數(shù)項目在歐洲,該公司涉足所有三種類型CCS處理,供應(yīng)所需氧氣,并為從其他煙氣中捕集和分離CO2開發(fā)溶劑與膜。

研究預(yù)測,CCS到2030年將在世界能源市場上占有相對較高的份額,隨著CCS技術(shù)的提供,預(yù)計其將成為發(fā)展中的低碳增長市場中的一大組成部分。

林德公司作為CO2生產(chǎn)商,將循環(huán)利用捕集的CO2,將其用作制取化學(xué)品的替代原料。一體化氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)碳分離已應(yīng)用于化學(xué)工業(yè),尤其是下游工藝過程。GE能源公司是領(lǐng)先的IGCC技術(shù)提供商。

用于化學(xué)品加工的氣化技術(shù)可從合成氣轉(zhuǎn)化和分離碳來推動各種化工過程,已有很長應(yīng)用歷史。相同的IGCC碳分離技術(shù)現(xiàn)可應(yīng)用于使用煤的發(fā)電工業(yè),煤炭用于發(fā)電和工業(yè)化學(xué)品生產(chǎn)相對成本較低?，F(xiàn)已有33套工業(yè)化化學(xué)品裝置,采用 GE公司的IGCC技術(shù)進(jìn)行捕集碳。該公司正在繼續(xù)投資先進(jìn)技術(shù)以有助于用戶降低使用其氣化技術(shù)的成本和提高性能。

GE公司已使其L GCC解決方案應(yīng)用于發(fā)電部門的碳捕集,但是商業(yè)化裝置的開發(fā)需要有碳封存的規(guī)范框架以及通過碳交易系統(tǒng)有充分的碳市場價格。

從發(fā)電進(jìn)行大規(guī)模的CCS面臨著來自缺乏明確政策和規(guī)范支持的挑戰(zhàn)。如果規(guī)范障礙得以解決,并且大規(guī)模驗證項目得以完成,則預(yù)計到2020年可商業(yè)化實現(xiàn)IGCC應(yīng)用于CCS。

法國Alstom公司與陶氏化學(xué)公司于2009年3月30日宣布在美國西弗吉尼亞州南Charleston陶氏化學(xué)公司擁有工廠的燃煤鍋爐設(shè)計和建設(shè)從煙氣中捕集CO2的中型裝置。Alstom公司將設(shè)計、建設(shè)和運(yùn)作該中型裝置,該中型裝置將從煙氣中捕集約1 800t/a CO2,采用Alstom公司與陶氏化學(xué)公司擁有的先進(jìn)胺法技術(shù)。該中型裝置于2009年第三季度投運(yùn)。該項目是陶氏化學(xué)公司2015年可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要組成部分。2008年,陶氏化學(xué)公司與Alstom公司簽署用于CO2捕集的先進(jìn)胺法技術(shù)合作開發(fā)合同。先進(jìn)的胺法洗滌技術(shù)可大大減少CO2分離和捕集時所需的能量,西弗吉尼亞CO2捕集裝置將采用這一技術(shù)。

殼牌公司認(rèn)為,因為現(xiàn)在的CCS要增大費(fèi)用,故第一代帶有CCS的主要工業(yè)裝置的成本對于工業(yè)而言還是太高。為填補(bǔ)這一障礙,需要政府采取短期經(jīng)濟(jì)上的刺激措施,或者CCS延遲到2020年再商業(yè)化。

碳捕集與封存(CCS)是殼牌公司在可再生能源開發(fā)領(lǐng)域的重要方案之一,2008年已在加拿大阿爾伯達(dá)建設(shè)CCS驗證項目,下一步將在其煉油廠實施CCS項目。