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水泥工業(yè)發(fā)展低碳經濟的時機已經到來
發(fā)布時間：2010-02-05
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一.水泥工業(yè)減排CO2任重而道遠
中國是世界上最大的水泥生產國，2009年水泥產量16.3億噸，水泥產量占全球50%以上，水泥工業(yè)作為能源和資源消耗密集型產業(yè)，消耗大量不可再生資源和能源，并排放大量CO2。
面對全球氣候變暖和環(huán)境日益惡化的嚴重威脅，我國政府積極應對氣候變化，去年12月在哥本哈根氣候峰會上，莊嚴提出了“到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%至45%”的目標。水泥行業(yè)如何落實這一目標，承擔起應負的社會責任，是擺在每個水泥工作者面前刻不容緩、任重而道遠的戰(zhàn)略任務。
首先，讓我們回顧一下過去全國及水泥工業(yè)CO2的排放情況。1990～2005年，世界平均CO2增加率僅提高17%，而我國提高近100%。2005年世界CO2排放量262億噸，我國CO2排放量53億噸，居世界第二，當時的國內生產總值為18.23萬億元，萬元國內生產總值CO2排放2.9噸。2005年我國水泥產量10.64億噸，總產值2683.8億元，CO2排放量5.8億噸，占全國排放量11%，萬元產值CO2排放量21.6噸，相當于全國平均水平的7.5倍。我國水泥工業(yè)CO2的排放總量雖然排在燃煤電廠電力工業(yè)之后，但單位產值CO2排放量卻是龍頭老大。為何水泥工業(yè)單位產值CO2排放量成為龍頭老大呢？原因有三：一是水泥能耗高附加值低（我國水泥價格僅為國際市場平均價格的1/2左右，若用同樣先進程度的生產工藝生產同品種同數量的水泥產品，我們單位產值CO2排放量就成為其他國家或國外企業(yè)的2倍——編者注）；二是水泥熟料煅燒主要是用煤作燃料；第三個原因，也是最根本的原因，是用石灰石作原料。以新型干法工藝煅燒熟料為例，每噸熟料大約排放0.8噸CO2，CO2的來源1/3來自燃料、近2/3來自石灰石CaCO3分解產生的CO2。
近些年來我國大力發(fā)展新型干法工藝，單位熟料標準煤耗已大大下降，但水泥工業(yè)CO2排放總量是逐年上升的，2009年我國熟料產量約10.5億噸，CO2排放量約8.4億噸，若水泥工業(yè)總產值按5700億元（現值）計算，則萬元產值CO2排放量約14.7噸，仍然很高。因此，如何加大節(jié)能減排的力度，將水泥單位產值的CO2排放量降下來，是水泥工業(yè)面臨的一大課題，也是一項不可回避而又十分艱巨的戰(zhàn)略任務。
二.發(fā)展低碳經濟是水泥工業(yè)轉型的必然選擇
在全球應對氣候變化的大背景下，發(fā)展低碳經濟已成為世界經濟社會變革的潮流，更是我國在可持續(xù)發(fā)展框架下應對氣候變化的必由之路。原因很清楚，我國快速工業(yè)化、城市化過程能源消費和相應CO2排放的較快增長趨勢與世界減排溫室氣體、保護全球氣候目標形成越來越尖銳的矛盾。推進技術創(chuàng)新，發(fā)展低碳能源技術，轉變經濟發(fā)展模式和社會消費模式，走低碳發(fā)展的道路，是我國協調經濟發(fā)展和保護氣候之間關系的根本途徑。
近幾年來我國水泥工業(yè)在利用各種工業(yè)廢渣和社會垃圾發(fā)展循環(huán)經濟方面已取得長足進步；在節(jié)能減排發(fā)展低碳經濟方面也在做著初步探索；利用水泥窯的余熱發(fā) 電已經風生水起、成績斐然。然而由于水泥工業(yè)受所用原料的局限，除用電石渣、硅鈣渣生產水泥外，用石灰石作原料生產水泥，減少CO2的排放在目前相對比較困難。因此，如何回收利用水泥窯尾廢氣中CO2，成為水泥工業(yè)延伸產業(yè)鏈，發(fā)展低碳經濟，實現經濟轉型繞不開的課題。
從整體看，我國水泥工業(yè)產能過剩已是不爭的事實，有些地區(qū)還相當嚴重，國發(fā)〔2009〕38號文已明確提出遏制產能過剩的措施。現在正是冷靜下來研究水泥工業(yè)如何轉變經濟增長方式，發(fā)展低碳經濟最好時機。尤其要重點研究如何將CO2的排放降下來，把CO2的回收利用搞上去，是社會責任賦予的要求，也是解決水泥工業(yè)自身可持續(xù)發(fā)展的需要。
三.水泥工業(yè)發(fā)展低碳經濟大有可為
水泥工業(yè)發(fā)展低碳經濟除了節(jié)能減排及盡可能利用替代新能源和替代原料外，開發(fā)相應的技術把二氧化碳進行回收利用和再資源化，既可促進多種工業(yè)發(fā)展，又可 有效地控制大氣污染，避免溫室效應，是一種一舉數得的選擇。在這方面，蒙西集團已開創(chuàng)了水泥工業(yè)回收和有效利用窯尾廢氣中CO2的歷史先河。
全球工業(yè)化進程的加快使CO2排放量越來越大并給環(huán)境帶來危害，而石油、煤炭資源的日漸枯竭也需要有新的碳源作補充，因此世界各國十分重視開發(fā)相應的CO2回收以及凈化和再利用技術。根據CO2來源不同和用戶對CO2的要求不同，CO2的回收工藝也不同。目前主要有五種方法：溶劑吸收法（包括物理吸收和化學吸收）、變壓吸收法、有機膜分離法、吸附精餾法（當前技術最先進的方法）、催化燃燒法。而水泥回轉窯廢氣有其特殊性，尾氣CO2含量一般在20%～30%，尾氣中含有SO2等酸性物質，容易腐蝕設備并且含有氮氣、氧氣、硫化物等大量雜質；同時，尾氣含有大量熱量，可作為提取CO2的熱源。因此，結合水泥廠的特點，有的業(yè)內人士建議采用先進的吸附精餾工藝，即使在CO2含量相對偏低（9%）的情況下，也能回收并提純CO2到99%以上。水泥窯尾廢氣中氮氣、氧氣、水、硫化物、氮氧化物等雜質，通過以MEA（單乙醇胺）為主的優(yōu)良復合胺吸收劑加以吸收、過濾、精餾，達到提高CO2吸收率、降低能耗、減少腐蝕和提純的目的。用這種工藝，不但可以制取工業(yè)級而且可以制取食品級CO2。
目前全球CO2工業(yè)利用量大約每年1~1.5億噸。美國是世界上最大的CO2生產國和消費國，年生產能力約1000萬噸。中國有CO2生產企業(yè)100家左右，年生產能力約200~250萬噸。全球回收的CO2約40%用于生產化學品、35%用于油田三次采油、10%用于制冷、5%用于碳酸飲料、其他應用占10%。目前我國的CO2消費結構中，碳酸型飲料占70%，碳酸二甲酯與降解塑料加工占10%，二氧化碳保護焊占6%，超市食品保鮮占5%，煙絲膨化及其他占5%，油井注壓采油占4%。值得一提的是，近年來食品級CO2發(fā)展十分迅速，特別在飲料和啤酒、煙草、蔬菜等防腐保鮮、超臨界萃取等領域十分受青睞，對CO2純度要求也更為嚴格。大連理工大學立足于CO2回收、精制技術，成功地開發(fā)出吸附精餾法回收CO2新工藝，并推廣應用到生產過程中，該工藝的關鍵技術已達到國際先進水平。開發(fā)的烯烴吸附劑和工藝優(yōu)化技術為國際首創(chuàng)。該技術采用特殊配方制成的固體復合吸附劑，有針對性地把CO2中的重組分雜質分步吸附除盡，再利用熱泵精餾技術，把輕組分雜質分離除盡，使CO2純度達到99.996%以上。
用回收的CO2進一步深加工，可以生產的化學品有可降解塑料、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯等。CO2可降解塑料屬完全生物降解塑料類，在自然環(huán)境中可完全降解，可用于一次性包裝材料、餐具、保鮮材料、一次性醫(yī)用材料、地膜等方面。CO2可降解塑料作為環(huán)保產品和高科技產品，正成為當今世界矚目的研究開發(fā)的熱點，因為它可以替代聚氯乙烯塑料，解決聚氯乙烯塑料所造成的“白色污染”，意義十分重大。蒙西集團與中科院長春應用化學研究所合作，利用回收水泥窯廢氣中CO2與環(huán)氧化物在稀土組合催化劑的作用下進行共聚，生產出CO2全降解塑料，并于2004年建成世界首條3000噸 /年示范生產線。使水泥窯尾廢氣中提取的CO2氣體通過綜合加工再利用，既遏制了溫室氣體排放，又提高了產品的附加值，形成了科學合理的產業(yè)鏈。
從廢氣中回收、提純CO2及進一步加工成CO2全降解塑料，不但產生很好的環(huán)境效益，而且給企業(yè)帶來豐厚的經濟效益。據資料介紹，國內市場價格：工業(yè)級CO2每噸700～800元，食品級CO2每噸1100～1200元；CO2全降解塑料每噸20000元。而CO2回收提純成本：工業(yè)級每噸400元，食品級每噸500～600元；CO2全降解塑料成本每噸13000～15000元。由此可見，不論出售CO2，還是將其加工成CO2全降解塑料，經濟效益都相當可觀。水泥行業(yè)假若每年從窯尾廢氣中提取10%的CO2（約8000余萬噸），銷售收入至少增加640億元。如果將其中的一部分CO2用于深加工，建立與化工行業(yè)產業(yè)鏈的耦合，生產高附加值化學品，其效益將更加可觀。所以，水泥工業(yè)下一步將減排的重點轉移到窯尾廢氣中CO2的回收和加工綜合利用上，發(fā)展低碳經濟是大有可為的。
四.一點建議
為了使CO2回收及其綜合利用這一事業(yè)健康、有序地向前推進，建議在水泥協會設一專門協調管理機構。其職能是：
1. 推薦合適的項目，爭取成為CDM（清潔發(fā)展機制）項目；
2. 在國際碳交易市場上牽線搭橋，尋求合作伙伴；
3. 與國家相關部門（如科委）聯絡，爭取建立開發(fā)基金；
4. 與發(fā)改委、金融等部門聯絡，爭取貸款優(yōu)惠政策；
5. 及時提供信息、協調各方關系，防止一哄而上。
【中國建材規(guī)劃研究院】