從“排碳買碳”到“捕碳吃碳”——一家河北化工企業(yè)的“雙碳”尋路記

文章來源:河北日報周聰聰2023-08-31 09:51

40天捕碳量“夠40萬棵樹吸收一年”

 
8月16日中午,烈日當(dāng)空,末伏的天氣溽熱難耐。行走在位于內(nèi)丘縣的河北建滔能源發(fā)展有限公司(以下簡稱“河北建滔”)廠區(qū)里,一根120米高的鍋爐煙囪上,藍(lán)天白云、青山綠水的噴涂彩繪,帶給人視覺上的清涼。
 
這根煙囪,是廠區(qū)最高的建筑,也是為廠區(qū)提供核心熱力源的一臺燃煤鍋爐的煙氣排放口,每小時約有12萬立方米煙氣從這里排出。
 
但最近,借助“捕碳能手”,這根煙囪正變得越來越“綠”。
 
乘一輛電瓶車穿行在河北建滔廠區(qū),只見管道縱橫交錯。在鍋爐煙囪附近一套高達(dá)43米的碳捕集裝置前,一輛吊車正在工人的指揮下,吊裝一座塔形裝置。
 
“現(xiàn)在安裝的是多級水洗塔,是我們?yōu)樘疾都b置新增加的一個子系統(tǒng)。”河北建滔總經(jīng)理尹征介紹。
 
二氧化碳是該公司醋酸生產(chǎn)的重要原料,作為我省唯一一家規(guī)模化醋酸生產(chǎn)企業(yè),河北建滔是華北地區(qū)二氧化碳需求量最大的工業(yè)企業(yè),日用量約220噸。
 
今年4月,河北建滔燃煤煙氣污染物深度治理協(xié)同碳捕集利用項目,成功入選河北省第二批二氧化碳捕集利用與封存試點項目名單。這套碳捕集裝置,便是該項目的“主角”。
 
自2022年2月開建,截至目前,這套碳捕集裝置已經(jīng)進(jìn)行了三次熱態(tài)試運行。測試數(shù)據(jù)顯示,裝置的碳捕集率達(dá)90%以上,二氧化碳?xì)怏w純度均大于99.8%,完全符合生產(chǎn)要求。
 
“試運行期間,我們廠區(qū)的二氧化碳外購量,由220噸/天降低為40噸/天。”尹征介紹,三次試運行的時間加起來大概40天,累計向醋酸生產(chǎn)系統(tǒng)供應(yīng)了約7500噸二氧化碳。
 
掏出手機(jī),尹征在計算器上輸入了一串?dāng)?shù)字,禁不住感嘆,“以一棵樹每年吸收二氧化碳18.3公斤計算,僅僅40天,這套裝置的捕碳量,差不多夠40萬棵樹吸收一年。”
 
根據(jù)項目設(shè)計,這套碳捕集裝置正式投入使用后,二氧化碳的年捕集量能達(dá)到20萬噸。這些回收的二氧化碳總量,相當(dāng)于近萬畝森林一年的二氧化碳吸收總量。此外,每年還能減少4000輛重卡往返四五百公里為廠區(qū)運送二氧化碳的能耗。
 
碳捕集,一個很多人感到陌生的概念。
 
但事實上,自“雙碳”目標(biāo)提出后,二氧化碳的捕集、利用與封存,即CCUS技術(shù),正在我國經(jīng)濟(jì)社會領(lǐng)域掀起一輪新的系統(tǒng)性變革。
 
二氧化碳只有先被成功捕獲,才能進(jìn)一步進(jìn)行封存或利用,作為CCUS技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提,碳捕集技術(shù)也成為國內(nèi)頂尖科研院所關(guān)注的前沿領(lǐng)域。
 
“河北建滔這個碳捕集項目是清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院‘大氣污染物與溫室氣體協(xié)同控制國家工程研究中心’示范工程,一直在多位院士的指導(dǎo)下和清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授專家團(tuán)隊的技術(shù)支持下進(jìn)行的。”站在親自參與設(shè)計研發(fā)的碳捕集裝置下,北京國環(huán)清華環(huán)境工程設(shè)計研究院大氣所所長蘇航的語氣里滿是自豪。
 
據(jù)了解,北京國環(huán)清華環(huán)境工程設(shè)計研究院,隸屬于清華大學(xué),是清華大學(xué)唯一從事環(huán)境工程設(shè)計的專業(yè)設(shè)計單位。從2022年2月項目開建至今,一年多來,蘇航絕大多數(shù)時間都是在河北建滔度過的。
 
蘇航介紹,目前國內(nèi)工業(yè)企業(yè)燃煤鍋爐煙氣的碳捕集裝置,幾乎全部移植自化工領(lǐng)域的早期化工氣體凈化裝置,類似電動汽車早期使用的都是汽油車的車架。但河北建滔上馬的這套碳捕集裝置,則是清華大學(xué)科研團(tuán)隊針對工業(yè)鍋爐煙氣常壓、高濕、二氧化碳濃度低、多組分等特點,定制研發(fā)的“煙氣碳捕集”高適用型技術(shù)及工藝系統(tǒng)裝備。
 
現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題——反饋給清華大學(xué)研究團(tuán)隊——現(xiàn)場調(diào)試改裝,再發(fā)現(xiàn)問題、再反饋、再調(diào)試……
 
蘇航說,在他的心目中,這套裝置,就像是一架用來試飛的新型戰(zhàn)斗機(jī),“任何一款新研制的戰(zhàn)斗機(jī)都要經(jīng)過大量的試飛、調(diào)整,才能飛出極限值,我們現(xiàn)在要做的,就是‘飛’出煙氣碳捕集裝置的極限值和全部應(yīng)用數(shù)據(jù)。”
 
采用化學(xué)吸收、解吸法作為基本工藝,首次使用相變吸收劑,煙氣中二氧化碳的捕集率可達(dá)到90%以上,同時協(xié)同處理煙氣中多種污染物達(dá)到近零排放目標(biāo)……
 
歷經(jīng)一年多的實驗研究和反復(fù)調(diào)試,蘇航他們的這架“戰(zhàn)斗機(jī)”正在漸漸接近它的極限值和成熟定型目標(biāo)。
 
“目前,我們調(diào)整的主要是水平衡,把取純水的裝置加上。再把原來的相變裝置改造得更高效穩(wěn)定,以適合未來的全負(fù)荷需求。還要再加一個煙氣多級水洗裝置,讓煙氣再清潔一些。”蘇航說,“這幾項做完,幾乎就可以大規(guī)模工業(yè)化復(fù)制了。”
 
“現(xiàn)在一個月掙600萬元,比原來掙一個億都開心”
 
“上馬這套碳捕集裝置,大概投了多少錢?”
 
面對記者的提問,尹征短暫思考后,伸出了兩根手指,“大概兩個億吧”。
 
在很多人看來,兩個億的投資,對于一個年產(chǎn)值30多億元的企業(yè)算不了什么。
 
但事實上,由于近兩年醋酸價格波動明顯,河北建滔的營收也受到?jīng)_擊,由最高點的每月利潤1億多元,到如今只有600多萬元。“除了給員工開工資,幾乎一分錢也不敢亂花。”尹征說。
 
因CCUS與化石燃料關(guān)系緊密,目前傳統(tǒng)能源公司基于“洗綠”需要,普遍對CCUS表現(xiàn)出很高的積極性。在我省公布的累計13家二氧化碳捕集利用與封存試點單位名單中,記者發(fā)現(xiàn),河北建滔是為數(shù)不多的下游化工企業(yè)之一。
 
而這也不免令人好奇,在近兩年市場壓力這么大的情況下,河北建滔為何要不惜重金投資碳捕集項目呢?
 
8月16日,河北建滔主管生產(chǎn)的副總經(jīng)理趙兵海,將記者引到了一個廠區(qū)沙盤前。
 
電源開關(guān)一打開,眼前的沙盤上出現(xiàn)了一圈紅色燈帶,一期、二期焦化和甲醇生產(chǎn)線的區(qū)域,全部被包圍在里邊,足足占據(jù)沙盤總面積的二分之一。
 
趙兵海介紹,這片紅色亮燈區(qū)域,是河北建滔響應(yīng)省市去產(chǎn)能工作安排,于2020年4月底一次性關(guān)停的兩條生產(chǎn)線。
 
“它們的關(guān)停,對我們來說已經(jīng)遠(yuǎn)不止是‘壯士斷腕’了。”
 
趙兵海解釋,自2003年建廠,河北建滔經(jīng)過多年發(fā)展,逐步形成了以焦化、甲醇、精苯、醋酸為一體化生產(chǎn)的典型循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈,“公司用煤生產(chǎn)焦炭,回收焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)甲醇和粗苯,粗苯與甲醇生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的尾氣氫氣供應(yīng)苯加氫生產(chǎn)線生產(chǎn)純苯。通過回收焦?fàn)t煙道氣中的二氧化碳與焦粒、氧氣制備一氧化碳,一氧化碳與甲醇供應(yīng)醋酸生產(chǎn)線生成醋酸。”
 
焦炭和甲醇這兩條上游生產(chǎn)線關(guān)停后,下游生產(chǎn)線的原料供應(yīng)全沒了。公司勉力維持40萬噸的醋酸生產(chǎn)線和5萬噸的苯加氫生產(chǎn)線,幾乎所有原材料都需要外購,生產(chǎn)成本大幅增加。
 
若想活下來,必須找到新的發(fā)展支點。
 
沒想到,在兩條生產(chǎn)線關(guān)停5個月后,國家明確提出“雙碳”目標(biāo)。
 
“自2009年醋酸裝置投用,二氧化碳一直是我們的主要原料。國家‘雙碳’目標(biāo)提出后,我們開始意識到,應(yīng)該瞄準(zhǔn)‘講好二氧化碳的故事’做點事兒。”建滔集團(tuán)執(zhí)行董事何燕生介紹,自2015年起,河北建滔便成立了院士工作站。調(diào)整思路后,他第一時間與相關(guān)院士溝通,探討如何利用現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置,圍繞二氧化碳進(jìn)行補(bǔ)鏈、強(qiáng)鏈。
 
就這樣,二氧化碳,成為公司再啟征程的發(fā)力點。
 
置身河北建滔廠區(qū),不時能看到運送液態(tài)二氧化碳的重型卡車駛?cè)?。為了維持醋酸生產(chǎn)線生產(chǎn),廠區(qū)目前平均每天要迎來12輛這樣的卡車,外購約220噸液態(tài)二氧化碳。
 
“現(xiàn)在,外購二氧化碳的價格是450元/噸,據(jù)試運行時測算,我們自己捕集二氧化碳的成本約227元/噸。還能省掉把液體二氧化碳加熱成氣態(tài)產(chǎn)生的用電和蒸汽成本。”
 
河北建滔副總經(jīng)理崔學(xué)軍說,碳捕集不僅能使每噸二氧化碳的成本降低一半,還能提升企業(yè)的抗風(fēng)險能力。
 
“我們每天要用掉200多噸二氧化碳,日常的儲存能力最多只有800噸,一天不來貨就急死了。”崔學(xué)軍說,每到大的節(jié)假日,公司高層便習(xí)慣性焦慮,因為屆時“危險品運輸車輛不允許上高速”。
 
“醋酸是一種基礎(chǔ)性原料,大家生產(chǎn)的都是同質(zhì)化產(chǎn)品,要想在競爭中獲勝,就要在保證質(zhì)量的前提下,拼命降成本。”尹征介紹,前兩年,醋酸價格最高時每噸近9000元,但今年上半年,醋酸價格一跌再跌,最低時每噸只有2500元。
 
隨著醋酸價格的劇烈波動,記者注意到,醋酸行業(yè)市場整體不景氣,有的企業(yè)預(yù)計2023年虧損將達(dá)到9位數(shù)。
 
“豬站在風(fēng)口上都能飛,水落下去才能看到誰在裸泳。原來的每月掙一個億,是市場給的機(jī)會,今年上半年我們盈利3000余萬元,與前兩年市場好的時候加緊科技創(chuàng)新,努力節(jié)能降耗密不可分。”尹征介紹,2021年以來,河北建滔持續(xù)加大科技創(chuàng)新投入,累計投入研發(fā)資金超3.4億元,取得專利26項,并通過了高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)定。
 
“現(xiàn)在一個月掙600萬元,比原來掙一個億都開心。”更令尹征滿懷信心的是,一旦碳捕集裝置正式投用,河北建滔的競爭優(yōu)勢還將進(jìn)一步擴(kuò)大
 
2億元“鏈”出7條下游生產(chǎn)線
 
8月21日早上一上班,手拿一張紅底黃字的A4紙,河北建滔項目部管理員張鵬飛快步來到位于廠區(qū)東南角的一處施工現(xiàn)場。
 
這里,是河北建滔的新項目——碳捕集與綜合利用年產(chǎn)80萬噸醋酸項目現(xiàn)場。在一塊大展板前,張鵬飛小心翼翼地將展牌上的試運行倒計時天數(shù)由“407”改為“406”。
 
作為一位在河北建滔工作14年的老員工,這里曾是他熟悉的一期焦炭項目所在地,“地還是原來的地,現(xiàn)在卻變成‘吃碳’的主戰(zhàn)場。”
 
2023年,立足20萬噸/年碳捕集與綜合利用項目,建滔集團(tuán)新增投資23億元,建設(shè)80萬噸/年的醋酸生產(chǎn)裝置。
 
崔學(xué)軍介紹,該項目建成后,廠區(qū)每年消耗二氧化碳總量可達(dá)到35萬噸,不僅能夠解決廠區(qū)自身捕集20萬噸二氧化碳的利用問題,余下的15萬噸還可以讓周邊企業(yè)捕集的二氧化碳有用武之地。
 
捕碳、用碳無縫銜接,河北建滔摸索出一條新的碳循環(huán)之路。
 
“河北建滔做CCUS是可遇不可求的,和很多碳捕集企業(yè)不一樣,建滔是先有應(yīng)用場景,再有碳捕集。既有‘CC’,又有‘US’的,在全國屈指可數(shù)。”
 
蘇航介紹,捕碳之后,如何用碳,目前是一個國際難題。
 
“我國的CCUS技術(shù)雖然起步較晚,但我國結(jié)合自身國情,在國外CCS,即‘碳捕集與碳封存’的基礎(chǔ)上增加了‘U’的概念,即對二氧化碳資源化利用的相關(guān)表述。”蘇航介紹,在國外,企業(yè)碳捕集后,一般都是訴諸碳封存,之所以沒有“U”,原因就在于沒有廣闊的利用場景。
 
“與CCS相比,‘U’的加入意義重大。”蘇航認(rèn)為,放眼全球,中國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是最全面的,這樣的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),能夠為CCUS提供豐富的利用場景。
 
但理論上可以,并不代表實踐上的一路坦途。
 
這個困境,同時也直觀地反映在二氧化碳的市場價格上。
 
“近幾年來,一噸二氧化碳的價格一直徘徊在350元—450元,從沒有出現(xiàn)過高峰。”尹征解釋說,二氧化碳的捕集、壓縮、運輸?shù)榷夹枰杀?。目前河北建滔廠區(qū)所用的二氧化碳主要來自河南新鄉(xiāng)、山西長治等地的上游企業(yè),單程運輸里程約200公里。
 
“把二氧化碳壓縮成液體,用多少度電?再用專門的車輛運過來,又得多大成本?賣這個價格哪有什么利潤可言?”作為買家,尹征都禁不住為賣家操心。
 
作為華北地區(qū)二氧化碳需求量最大的工業(yè)企業(yè),河北建滔甚至對區(qū)域內(nèi)二氧化碳市場擁有了定價權(quán),“一旦我們停產(chǎn)檢修一個月,每噸二氧化碳的價格又要跌100元。”之所以出現(xiàn)這種局面,尹征認(rèn)為,根源就在于當(dāng)下的二氧化碳利用場景太少。
 
也因如此,行業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為,CCUS只是實現(xiàn)碳中和的一種保障,尚不成熟的技術(shù)和薄弱的經(jīng)濟(jì)性使其無法大規(guī)模推廣。
 
但圍繞二氧化碳,河北建滔卻有做不完的文章。
 
站在廠區(qū)沙盤前,何燕生向記者透露,雖然目前廠區(qū)空著六七百畝土地,但都早已“名花有主”。
 
“除了已經(jīng)正式開工的年產(chǎn)80萬噸醋酸項目,我們的年產(chǎn)20萬噸醋酸制丙烯酸正在辦理前期手續(xù),年產(chǎn)21.9萬噸苯酚項目、13.5萬噸丙酮項目、18萬噸雙酚A項目已完成省級備案,年產(chǎn)40萬噸醋酸乙烯項目和年產(chǎn)30萬噸EVA項目也都在籌備中。”
 
滿是拗口的化學(xué)名詞,滿是不同的數(shù)字和項目進(jìn)度,何燕生介紹起來一氣呵成,“投資碳捕集裝置花了兩個億,撬動的卻是七條、預(yù)計年產(chǎn)值超200億的下游生產(chǎn)線,這筆錢花得值。”
 
待這些醋酸下游生產(chǎn)線投產(chǎn),河北建滔的二氧化碳使用量又將進(jìn)一步增長,能夠進(jìn)一步解決周邊企業(yè)乃至邢臺地區(qū)的碳捕集后的利用問題,助力實現(xiàn)邢臺區(qū)域內(nèi)碳中和的目標(biāo)。
 
不僅如此,接下來,河北建滔還將根據(jù)廠區(qū)現(xiàn)有資源,大力發(fā)展太陽能、風(fēng)能等綠電以及生物質(zhì)制氫。
 
“這樣產(chǎn)生的氫是‘綠氫’,能夠與我們通過碳捕集回收的‘綠碳’,制成綠色甲醇。”何燕生介紹,綠色甲醇的價格約為傳統(tǒng)煤制甲醇的2倍。不僅價格高,在目前的航運脫碳替代燃料競賽中,船運對綠色甲醇的需求持續(xù)增長。
 
向著醋酸下游和綠色甲醇的上游,河北建滔的二氧化碳故事,將精彩不斷。站在沙盤前,望著曾經(jīng)“壯士斷腕”的大片紅色區(qū)域,何燕生說:“我們有信心再建一個更綠色、更高質(zhì)量的河北建滔。”
 
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