《二氧化碳的高值有效利用》技术专利论文-山东大学朱维群

 二氧化碳的高值有效利用
山东大学
朱维群

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摘要：CO2的大规模工业利用是目前国内外研究的重要课题，本文提出了一种新的CO2化学利用技术路线，即通过CO2与氨反应得到三聚氰酸等固体产品。这样，不仅可实现CO2的封存，而且能够实现CO2的高值有效利用。对解决CO2的减排具有重要意义。

1. 前言

  　本论文经朱维群老师允许由中国碳排放交易网(tanpaifang.com)独家发布

  　CO2是引起温室效应的主要气体，据易碳家估计到2100年，大气中CO2含量可能达到500 ppm~1000 ppm，将会导致全球平均气温上升5.2℃，诱发海平面上升，海洋酸度增大150%。《京都议定书》为发达国家规定了有法律约束力的温室气体量化减排指标。我国2010年CO2的排放量达60多亿吨，CO2减排形势非常严峻。 夲呅內傛莱源亍：ф啯碳*排*放^鲛*易-網 τā ńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ
在目前工业生产体系中，限制CO2排放会影响到现代工业和世界经济的发展[4]，因此如何有效地利用CO2引起全世界的关注。需要开发一条新的CO2利用技术路线，引导工业生产朝新的节能、低碳等方向发展。

2.  二氧化碳的高值有效利用
我们提出二氧化碳的高值利用技术是利用CO2和NH3在一定反应工艺条件下合成三聚氰酸等固体产品。产品为白色无味固体，物理性质稳定，只有温度高于330℃才能分解；三聚氰酸又能发生多种化学反应，衍生产品用途广泛。这样，CO2氨化反应不仅能够达到CO2减排和封存目的，而且使CO2得到高值利用。反应式如下：
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2.1 CO2氨化反应特点
1)与其它CO2矿化封存方法比较，CO2的氨化反应所需原料用量少(理论上1份重量的氨可固定2.5份CO2，CO2占原料的比例达70%以上)；
2)在CO2氨化反应的工业生产中，原料来源简单，只需要空气、水和碳，反应式如下：
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3）总反应是一个放热反应
从碳参与反应计算，三聚氰酸的总反应热量为-227.4 KJ•mol-1。
总反应是一个放热反应，在工艺耗能低于反应热的条件下，整个工艺过程可能有部分能量释放，这样，不仅节能，而且没有CO2排放。
4) CO2氨化反应有成熟工艺设备可以借鉴，实际上该反应是工业合成尿素的进一步发展。
5）CO2氨化反应产物已有广泛用途，可生产树脂、粘合剂、消毒剂等。由三聚氰酸继续合成高分子材料，是一条由CO2合成高分子材料的低碳、低成本的工艺路线。
6)三聚氰酸作为缓释的氮肥应用于农业，有望提高肥料利用率，实现碳氮的生态循环，避免尿素肥料利用率低（35%左右）所造成的水体和空气污染，具有无限的生命力。

2.3 工艺流程
在煤化工、IGCC电站及富氧燃烧等工艺过程中，利用空分过程中产生的N2与H2（系统内氢或外源氢）反应合成氨，氨与CO2反应得到三聚氰酸等固体产品。这样形成CO2的零碳排放模式，流程如图1所示： 內/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網-tan p a i fang . com
 

图1  CO2氨化反应流程示意图 禸*嫆唻@洎：狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńｐāīｆāńɡ.ｃōｍ

空气进入空分装置分离出氧气和氮气，氧气、水与碳反应产生H2和CO2，空分出来的氮气与H2反应合成氨，氨与CO2反应生成三聚氰酸等固体产品。
新型煤化工等排放大量CO2，煤变油排放CO2的量为8.7吨/吨油，煤制烯烃排放CO2 为10吨/吨烯烃，如果按照欧洲CO215 欧元/吨的排放收费标准，煤制烯烃排放CO2的成本为2300 元(按1 欧元兑8.85 元人民币)。
在这些煤化工生产系统中，均有高纯度的N2、CO2和H2等原料，通过CO2氨化可以实现CO2的高值利用和零排放。
国家开发投资公司新疆煤制烯烃项目：计划投资建设年产180万吨甲醇装置和年产68万吨甲醇制烯烃装置，该项目每年副产CO2约360万吨，N2 130万吨，纯度均在95%以上。根据我们提出的二氧化碳氨化矿化高值利用技术测算，年产68万吨烯烃可设计成年产350万吨的三聚氰酸产品，收益大为增加，而且没有CO2的排放问题。 內/容/來/自:中-國/碳-排*放^交%易#網-tan p a i fang . com

3. 结论
二氧化碳氨化合成三聚氰酸等固体产品，不仅能够封存CO2，而且使CO2得到增值，形成CO2利用的循环经济产业链。
由CO2氨化反应合成高分子材料是一条煤清洁利用的低碳、低成本的工艺路线。
目前该技术特别适合于在氮肥企业、新型煤化工及IGCC电厂中开展CO2的利用。

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附:申请的相关专利

专利1：燃煤烟气脱硫脱硝用氨气的联产制备方法。申请号：200910014992.2，授权公告日：2010-12-08
专利2：一种低温合成三聚氰胺的方法。申请号：201110196920.1，公开号：CN102295615A
专利3：一种利用高反应活性氨基还原剂进行烟气脱硝的方法。申请号：201210030108.6
专利4：利用氨气和二氧化碳合成三聚氰酸或三聚氰胺的方法。申请号：201210099747.8 本*文`内/容/来/自:中-国-碳^排-放“交|易^网-tan pai fang . c o m

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项目联系人：朱维群
电话：13605408621
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