尚建选;王立杰;甘建平
【摘 要】The development of coal to olefin technology made coal-based ethylene process producing PVC become an option.In this paper, different technology processes of carbon emissions (direct and indirect carbon emissions) were calculated and analyzed.Compared to coalbased ethylene PVC (pure boiler model) production process, calcium carbide and coal-based ethylene PVC ( boiler+gas turbine mode) show lower carbon emissions.In addition, little mercury pollution was produced by the latter, so that there was certain advantage in the comprehensive degree of CO2 emission reduction, energy conversion efficiency, cost and clean production etc.%煤制烯烃技术的发展使得煤基乙烯法PVC工艺成为一种选择,通过对不同工艺全流程碳排放量(直接碳排放+间接碳排放)进行计算分析,认为相对于煤基乙烯法PVC(纯锅炉模式)生产工艺,电石法和煤基乙烯法PVC(锅炉+燃气轮机模式)的碳排放较低,而由于后者不存在汞污染问题,从CO2减排、能源转化效率、成本和清洁化生产等综合角度来讲具有一定的优势. 木纤维袜子
【期刊名称】《煤炭转化》
【年(卷),期】纸巾筒2011(034)001
【总页数】4页(P74-77)
【关键词】电石法;煤基乙烯法;PVC;碳排放
【作 者】尚建选;王立杰;甘建平
【作者单位】相框组合中国矿业大学,100083北京;陕西煤业化工集团有限责任公司,710054西安;中国矿业大学,100083北京;陕西煤业化工集团有限责任公司,710054西安
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ325.3;X783
0 引 言
聚氯乙烯(PVC)是全球五大热塑性合成树脂之一,占世界合成树脂消费量的29%左右.PVC树
脂物美价廉,其制品广泛应用于工农业建设和人们的日常生活.目前,国内 PVC生产工艺主要分电石乙炔法PVC(简称电石法 PVC)和乙烯法 PVC两种.[1-3]随着甲醇制低碳烯烃技术(DM TO)的重大突破,构架了煤化工向石油化工延伸的桥梁,从而开创了煤基乙烯生产PVC的新工艺.2009年中国PVC表观消费量接近1 100万t,产能达1 781万t,均达到历年最高.虽然全球 PVC供过于求,但是产能仍在急剧增长,行业扩产还在继续,对氯乙烯(VCM)单体和PVC需求也持续上升.2010年5月第八次陕北能源化工基地建设座谈会上表示要建设以低碳、绿、环保为特点的延长石油集团靖边煤油气综合利用项目,完成北元化工100万t/a聚氯乙烯建设项目.PVC生产是个高耗能工艺,生产过程中的耗电量和CO2排放量也很惊人.随着全球工业化的快速发展,工业生产过程中的耗能减少和CO2减排已成为热点问题.本研究就国内主流的电石法PVC工艺和新型的煤基乙烯法PVC工艺开展CO2排放(简称碳排放)分析研究,对今后陕北能源的高效利用和节能减排具有借鉴意义.
1 电石法PVC碳排放
1.1 研究范围
电石法PVC生产的工艺过程可简单分为电石生产(包括石灰烧制、焦化和电石生产)、氯化
氢生产(盐水电解)和PVC生产三部分.电石法 PVC生产流程见图1.
林德拉催化剂图1 电石法PVC生产流程Fig.1 Flow diagram of PVC p roduction by calcium carbidemethod
在电石法PVC生产工艺中,对电石法 PVC碳排放分析所研究的电石法PVC生产装置规模和研究范围见表1.4?
表1 电石法PVC生产装置规模和研究范围(×10 t)Table 1 Content of calcium carbide method PVC(×104 t)System Products Production capacity Output amount Commodity amount Calcium carbide system Calcium carbide 60 58 -Acetylene system Acetylene 20 17.8 -Sodium hydroxide system HCl Sodium hydroxide 30 24.24 -26.82 26.82 VCM system VCM 40 40.4 -PVC system PVC 40 40 40
1.2 电石法PVC碳排放
1.2.1 直接碳排放
静压实验电石法PVC生产过程中直接碳排放平衡见第75页图2.
电石法PVC生产过程中直接碳排放主要来自电石生产装置(含石灰石烧制).电石一般多采用电热法生产,即生石灰和含碳原料(焦炭、无烟煤或石油焦)在电石炉内,依靠电弧高温熔化反应而生成电石.据图2方法折算,电石法 PVC产品直接碳排放为2.23 t CO2/t PVC.
1.2.2 间接碳排放
图2 电石法PVC工艺碳平衡Fig.2 Carbon balance of calcium carbidemethod PVC
电石法PVC生产过程中间接碳排放主要来自动力车间.根据工艺装置规模及动力需求情况,动力车间设置4×460 t/h的高温高压锅炉和4×125 MW(或4×100 MW)抽凝式汽轮机发电机组;锅炉产生的高压蒸汽供发电机组,通过汽轮机发电机组抽出工艺所需的低压蒸汽,发电满足项目用电需求.
电石法PVC装置全流程消耗及折CO2排放情况见表2.
表2 电石法PVC全流程动力消耗Table 2 Consump tion of calcium carbidemethod PVC＊2.62 t CO2 discharge amount per 1 t coal.Amount to coal consumed Projects Consumed/×104 t Amount coefficient/(kg·t-1)Amount to CO2/×104 t＊Amount to coal/×104 t Fresh w
ater(FW) 1 375 0.1 0.14 0.36 Bunker coal 131 1 000 131 343.22
根据表2计算,电石法PVC全流程间接碳排放量约5.14 t CO2/t PVC(烧碱和 PVC产品按质量分数分摊CO2排放).
1.3 全流程碳排放
电石法PVC全流程碳排放量=直接碳排放+间接碳排放=7.4 t CO2/t PVC.
2 煤基乙烯法PVC碳排放
2.1 研究范围
煤基乙烯法PVC生产的工艺过程可简单分为:煤制甲醇、甲醇制烯烃(M TO)、生产(盐水电解)和PVC生产四个部分.煤基乙烯法PVC生产流程见图3.
图3 煤基乙烯法PVC生产流程Fig.3 Flow diagram of PVC p roduction by coal-based ethylene method
在煤基乙烯法PVC生产工艺中,采用水煤浆气化技术对陕北矿区优质烟煤进行加工,研究对象为“煤→甲醇→DM TO乙烯→PVC”生产过程中的碳排放.煤基乙烯法PVC装置生产规模和研究范围见表3.
表3 煤基乙烯法PVC生产装置规模和研究范围(×104 t)Table 3 Content of coal-based ethylene method PVC(×104 t)System Products Production capacity Output amount Commodity amount Methanol system M ethanol 180 180 -DM TO system Ethylene Propylene 60 30 -30 -PVC system PVC 60 61.0 61.0 PP system PP 30 31.3 31.3等离子炬
本文对纯锅炉、锅炉+燃气轮机煤基乙烯法PVC生产工艺这两种动力供应模式分别进行了碳排放分析(煤基乙烯法PVC碳排放计算过程中未考虑氧氯化法工艺所需氯的碳排放).
2.2 纯锅炉模式
2.2.1 直接碳排放
煤基乙烯法PVC生产过程中直接碳排放平衡见图4.此工艺中碳排放主要来自甲醇和DM TO生产工艺,生产过程中减少的碳元素视为全部转变成CO2排放.甲醇和DM TO工艺装置生产
过程碳排放量由乙烯和丙烯按产量分数进行分摊.
图4 煤基乙烯法PVC碳平衡Fig.4 Carbon balance of coal-based ethylenemethod PVC
煤基乙烯法PVC生产工艺碳直接排放量=(甲醇碳排放+DM TO碳排放)×[乙烯产量/(乙烯 +丙烯产量)]+PVC碳排放 =(11 668+1 592)×44/1 000×8 000/10 000×(30.79/60.92)+0=235.9×104 t
单位 PVC产品碳排放=235.9/64.1=3.7 t CO2/t PVC
2.2.2 间接碳排放
根据煤基乙烯法PVC生产工艺装置规模及动力需求情况,该动力车间设置6台410 t/h的高温高压锅炉和6×50 MW(或3×100 MW)抽凝式汽轮机发电机组;锅炉产生的高压蒸汽供发电机组和高压透平,通过汽轮机发电机组抽出工艺所需的中低压蒸汽,发电满足项目用电需求.
动力车间纯锅炉方案下,煤基乙烯法PVC装置全流程消耗及折碳排放情况见表4.
表4 煤基乙烯法PVC全流程动力消耗Table 4 Consump tion of coal-based ethylenemethod
PVC＊2.62 t CO2 discharge amount per 1 t coal.Amount to coal consumed Projects Consumed/×104 t Amount coefficient/(kg·t-1)Amount to CO2/×104 t＊Amount to coal/×104 t Fresh w ater(FW) 2 972 0.1 0.3 0.8 Bunker coal 167.4 1 000 167.4 438.5
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