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水泥工業發展低碳經濟的時機已經到來
發布時間：2010-02-05
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一.水泥工業減排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，水泥工業作為能源和資源消耗密集型產業，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、任重而道遠的戰略任務。
首先，讓我們回顧一下過去全國及水泥工業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CO2的排放總量雖然排在燃煤電廠電力工業之后，但單位產值CO2排放量卻是龍頭老大。為何水泥工業單位產值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，是水泥工業面臨的一大課題，也是一項不可回避而又十分艱巨的戰略任務。
二.發展低碳經濟是水泥工業轉型的必然選擇
在全球應對氣候變化的大背景下，發展低碳經濟已成為世界經濟社會變革的潮流，更是我國在可持續發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。推進技術創新，發展低碳能源技術，轉變經濟發展模式和社會消費模式，走低碳發展的道路，是我國協調經濟發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在利用各種工業廢渣和社會垃圾發展循環經濟方面已取得長足進步；在節能減排發展低碳經濟方面也在做著初步探索；利用水泥窯的余熱發 電已經風生水起、成績斐然。然而由于水泥工業受所用原料的局限，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，成為水泥工業延伸產業鏈，發展低碳經濟，實現經濟轉型繞不開的課題。
從整體看，我國水泥工業產能過剩已是不爭的事實，有些地區還相當嚴重，國發〔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如何轉變經濟增長方式，發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，也是解決水泥工業自身可持續發展的需要。
三.水泥工業發展低碳經濟大有可為
水泥工業發展低碳經濟除了節能減排及盡可能利用替代新能源和替代原料外，開發相應的技術把二氧化碳進行回收利用和再資源化，既可促進多種工業發展，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，蒙西集團已開創了水泥工業回收和有效利用窯尾廢氣中CO2的歷史先河。
全球工業化進程的加快使CO2排放量越來越大并給環境帶來危害，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，不但可以制取工業級而且可以制取食品級CO2。
目前全球CO2工業利用量大約每年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。開發的烯烴吸附劑和工藝優化技術為國際首創。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、一次性醫用材料、地膜等方面。CO2可降解塑料作為環保產品和高科技產品，正成為當今世界矚目的研究開發的熱點，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，不但產生很好的環境效益，而且給企業帶來豐厚的經濟效益。據資料介紹，國內市場價格：工業級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，建立與化工行業產業鏈的耦合，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，爭取建立開發基金；
4. 與發改委、金融等部門聯絡，爭取貸款優惠政策；
5. 及時提供信息、協調各方關系，防止一哄而上。
【中國建材規劃研究院】