十种工业节能降碳技术案例分享

一、钢铁工业尾气生物发酵制乙醇技术

1.技术适用范围

适用于钢铁等行业含一氧化碳工业气体利用。

2.技术原理及工艺

以工业转炉煤气（主要成分为一氧化碳）为原料，通过微生物发酵，将一氧化碳转化为乙醇、乙酸等代谢产物，再利用蒸馏塔提取发酵液中的乙醇。提取乙醇后的含菌液经离心机分离菌体蛋白，清液经厌氧反应器除去大部分化学需氧量（COD）后进入后续脱氮除磷系统，达标排放，发酵尾气进一步分离未完全反应的一氧化碳后排放，同时副产1 兆帕饱和蒸气。该技术发酵效率高，工艺流程短，可实现无机碳到有机碳的转化及固定。工艺流程如图11 所示。

3.技术功能特性及指标

（1）无氢气参与下实现一氧化碳转化，发酵过程一氧化碳转化率≥80%；

（2）连续发酵保证乙醇浓度稳定，发酵液乙醇浓度≥45 克/升。

4.应用案例

（1）项目基本情况：

技术提供单位为河北首朗新能源科技有限公司，应用单位为河北首朗新能源科技有限公司。该项目为新建项目，采用工业转炉煤气生物发酵制乙醇，主要耗能种类为电，主要消耗原料为转炉煤气，设计生产乙醇4.5 万吨/年，消耗转炉煤气3.67 亿立方米/年，单位产品电耗为2500 千瓦时/吨。

（2）主要技术改造内容：

建设工业转炉煤气生物发酵制乙醇装置，包括气体处理工段、发酵工段、蒸馏工段、辅料和CIP 工段、成品罐区、饲料工段、污水工段及辅助装置。2016 年8 月实施建设，实施周期2 年。

（3）节能降碳效果及投资回收期：

建设完成后，生产每吨乙醇对比转炉煤气燃烧发电可减少二氧化碳1.985 吨，实现二氧化碳减排量8.9 万吨/年。投资额为4.17 亿元，投资回收期为5.27 年。

二、电解二氧化碳制合成气技术

1.技术适用范围

适用于电解二氧化碳制合成气工艺。

2.技术原理及工艺

采用二氧化碳电解反应槽，以二氧化碳气体和电解液中的水为原料，在电能的作用下，二氧化碳和水在电解反应器阴极催化剂作用下接受电子转化为合成气。电解液中的水在电解反应器阳极催化剂作用下释放出电子分解为氧气。整个转化过程仅有二氧化碳和水参与消耗，电解质运行无损耗，可以将工业行业二氧化碳浓度在10%~100%之间的烟气转化为合成气进一步使用。技术原理如图9 所示。

3.技术功能特性及指标

新能源电解二氧化碳制合成气，每立方米合成气减少二氧化碳排放1.84 千克。

4.应用案例

（1）项目基本情况：

技术提供单位为碳能科技（北京）有限公司，应用单位为内蒙古伊泰化工有限责任公司。该项目为新建项目，项目设计规模为4.6 万标立方米合成气/年，主要耗能种类为风电，主要消耗原料为二氧化碳，单位体积合成气耗电量为6.5 千瓦时/标立方米。

（2）主要技术改造内容：

建设一套百吨级电解二氧化碳制合成气装置，包括电化学反应器、磁力循环泵、气液分离罐等。2019 年9 月实施建设，实施周期1 年。

（3）节能降碳效果及投资回收期：

建设完成后，单位体积合成气消耗二氧化碳0.67 千克/标立方米，实现二氧化碳减排量30.8 吨/年。投资额为90 万元，投资回收期为10 年。

  

三、撬装智能二氧化碳驱油装备及驱油工艺技术

1.技术适用范围

适用于石油行业碳捕集利用。

2.技术原理及工艺

采用新型多缸活塞二氧化碳注入泵，利用超临界二氧化碳对原油有降粘、膨胀等作用的特性，将气态或液态二氧化碳注入地下油藏层，使剩余原油体积大幅膨胀脱离地层水，降低原油黏度、增大其流动性，提升原油采出率。气体二氧化碳可通过回气管路返回储罐，液态二氧化碳注入地下，实现二氧化碳埋存。系统采用自动化控制，实现驱油开采和二氧化碳埋存智能化运行管理。设备结构如图7 所示。

3.技术功能特性及指标

（1）多缸活塞式二氧化碳注入泵，流量大、压力高，工作效率＞90%；

（2）二氧化碳气液分离，驱油管路预冷，关键设备使用寿命延长5 年。

4.应用案例

（1）项目基本情况：

技术提供单位为博山水泵制造厂，应用单位为中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司。该项目为新建项目，将齐鲁石化捕集的二氧化碳，注入胜利油田地下油层进行驱油并就地封存，主要耗能种类为电力，设计规模为二氧化碳注入量100 万吨/年，单台设备二氧化碳注入量为8 吨/小时，耗电量为1671.12 万千瓦时/年。

（2）主要技术改造内容：

建设10 座无人值守注气站，安装22 套二氧化碳注入驱油装置。2022 年6 月实施建设，实施周期10 个月。

（3）节能降碳效果及投资回收期：

建设完成后，单台设备二氧化碳埋存量为5.76 万吨/年，消减掉系统自身耗能的碳排放，实现二氧化碳减排量125.3万吨/年。投资额为1160 万元，投资回收期为3 年。

四、生活垃圾提取塑料剩余物制备清洁能源燃料技术

1.技术适用范围

适用于生活垃圾制备清洁燃料。

2.技术原理及工艺

采用高压微电子技术，使塑料带电分离。收集生活垃圾中的废弃塑料，通过清洗分拣设备对不同种类塑料进行缩融塑料颗粒清洗分选，将塑料低温裂解液化，聚合生成新塑料。提取塑料后的剩余垃圾通过生物法干化除臭、粉碎、固化成型、无害化陈化反应及生物菌群分解催化制备清洁能源燃料，减少环境污染。工艺流程如图12 所示。

3.技术功能特性及指标

（1）生活垃圾废弃塑料充分回收利用，塑料提取率达95%，塑料洁净率达99.9%；

（2）成品清洁燃料可长期储存，燃料热值≥3500 大卡/千克。

4.应用案例

（1）项目基本情况：

技术提供单位为北京绿安创华环保科技有限公司，应用单位为北京富杰伟业环保工程技术有限公司。改造前生活垃圾焚烧处理无回收利用，日处理生活垃圾100 吨，单位垃圾焚烧产生二氧化碳1 吨/吨。

（2）主要技术改造内容：

新建回收系统，增设微电子提取塑料设备、化学催化清洗设备及无害化反应器集成设备，回收制备再生塑料和清洁燃料。2023 年8 月实施建设，实施周期8 个月。

（3）节能降碳效果及投资回收期：

改造完成后，废弃塑料回收率为95%，单位垃圾二氧化碳排放量降低至0.0234 吨/吨，实现二氧化碳减排量3.52 万吨/年。投资额为2000 万元，投资回收期为1 年。

五、工业废气二氧化碳捕集矿化制备负碳板材关键技术

1.技术适用范围

适用于工业废气二氧化碳利用。

2.技术原理及工艺

采用常温矿化固结技术，模拟自然界岩石生成过程，优化设计工艺参数，利用含硅、钙成分的材料，在催化剂作用下加速与工业烟气中的二氧化碳发生矿化反应，生成具有负碳属性的建材产品（负碳石材、粉料、骨料等），代替天然石材，有效减少山石开采，直接利用高浓度工业尾气。工艺流程如图3 所示。

3.技术功能特性及指标

（1）工业固废与化工废气协同制备负碳建材，单位质量建材固碳量约0.2 吨/吨；

（2）工艺参数优化设计，可直接利用二氧化碳浓度≥10%的化工废气。

4.应用案例

（1）项目基本情况：

技术提供单位为山东京韵泰博负碳科技有限公司，应用单位为山东京博控股集团有限公司恒丰分公司。该项目为新建项目，设计年产负碳板材产品25 万吨，主要能耗种类为电力，年耗电量为750 万千瓦时，主要消耗原材料为外排工业废气和钢渣，年消耗工业废气（二氧化碳浓度10%~15%）5 万吨、年消耗钢渣20 万吨。

（2）主要技术改造内容：

安装混料罐、碳化反应器、压机、坯体输送设备等32台（套）关键设备。2022 年6 月实施建设，实施周期1.5 年。

（3）节能降碳效果及投资回收期：

建设完成后，单位产品可固化二氧化碳200 千克/吨，消减掉系统自身耗能的碳排放，实现二氧化碳减排量4.4 万吨/年。投资额为4480 万元，投资回收期为4.5 年。

六、氢冶金炉顶气二氧化碳脱除技术

1.技术适用范围

适用于冶金行业工艺气体脱碳处理。

2.技术原理及工艺

利用N-甲基二乙醇胺溶液可选择性与二氧化碳形成不稳定碳酸盐的特性，对炉顶气中的低浓度二氧化碳进行低温吸收、高温解吸，进入下道二氧化碳精制单元，得到工业级与食品级二氧化碳产品，最终实现炉顶气脱碳循环与二氧化碳回收利用。工艺流程如图2 所示。

3.技术功能特性及指标

二氧化碳脱除工艺与直接还原工序相结合，脱碳后气体

中二氧化碳含量≤1%。

4.应用案例

（1）项目基本情况：

技术提供单位为河钢集团有限公司，应用单位为张宣科技氢冶金公司。改造前冶金工艺流程无二氧化碳脱除单元，含二氧化碳工艺气直接排空，工艺气排放量为75 吨/小时。

（2）主要技术改造内容：

冶金工序增设二氧化碳脱除单元，安装吸收塔、汽提塔、脱碳后洗涤器、贫富液换热器等装置。2021 年5 月实施建设，实施周期1 年。

（3）节能降碳效果及投资回收期：

改造完成后，二氧化碳吸收量为11.4 吨/小时，年用电量为215 万千瓦时，消减掉系统自身耗能的碳排放，实现二氧化碳减排量8.9 万吨/年。投资额为2000 万元，投资回收期为4.5 年。

七、低能耗烟气二氧化碳捕集技术及装备

1.技术适用范围

适用于工业烟道气碳捕集。

2.技术原理及工艺

采用化学吸收工艺，烟气经预处理后进入吸收塔，与吸收剂反应完成二氧化碳的吸收，吸收后烟气从吸收塔顶排出。吸收剂经换热升温进入再生塔，加热解吸出二氧化碳，吸收剂经换热冷却再次进入吸收塔，进行循环吸收。从再生塔顶部出来的二氧化碳经冷却、气液分离、压缩干燥、液化后进入储罐贮存，完成整个捕集流程。工艺流程如图5 所示。

3.技术功能特性及指标

（1）新型混合胺吸收剂，二氧化碳捕集效率≥90%，产品二氧化碳纯度≥99.9%；

（2）采用化学吸收剂法，碳捕集再生热耗≤2.4 吉焦/吨，吸收剂损耗≤0.8 千克/吨。

4.应用案例

（1）项目基本情况：

技术提供单位为国家电投集团远达环保工程有限公司，应用单位为上海长兴岛热电有限责任公司。改造前燃煤机组二氧化碳直接排放未被利用，主要耗能种类为煤炭，锅炉容量21 兆瓦，排放量约26 万吨/年。

（2）主要技术改造内容：

新建吸收塔、再生塔、换热器、后端压缩机、干燥器、制冷液化器、二氧化碳储罐等设备。2022 年6 月实施建设，实施周期9 个月。

（3）节能降碳效果及投资回收期：

改造完成后，年可捕集二氧化碳7 万吨，消减掉系统自身耗能的碳排放，实现二氧化碳减排量5.8 万吨/年。投资额为8775.95 万元，投资回收期为8 年。

八、合成氨二氧化碳资源化综合利用技术

1.技术适用范围

适用于煤化工合成氨工艺。

2.技术原理及工艺

通过优化合成氨低温甲醇洗装置工艺指标，提升装置吸收及解吸能力，提高精制二氧化碳产量。使用低温甲醇洗尾气作为航天炉输煤气体和用于生产纯碱，提高纯碱产能，替换出的精制二氧化碳用于生产尿素。通过优化调整醋酸厂净化装置变压吸附工艺，提升二氧化碳产品气纯度，回收后直接作为制气装置气化剂，减少外购二氧化碳，降低原料成本。装备结构如图4 所示。

3.技术功能特性及指标

（1）合成氨低温甲醇洗工艺提升，酸性气二氧化碳回收量增加6000~9000 立方米/小时；

（2）净化装置变压吸附，二氧化碳产品气纯度提升至95%。

4.应用案例

（1）项目基本情况：

技术提供单位为河南骏化发展股份有限公司，应用单位为河南骏化发展股份有限公司和河南顺达新能源科技有限公司。改造前低浓度二氧化碳尾气直接放空未循环利用，同时由于原材料二氧化碳不足，年生产纯碱60 万吨，尿素生产装置未开工，设计产能30 万吨/年。

（2）主要技术改造内容：

优化合成氨低温甲醇洗装置工艺指标，改造炉气管线和压缩机，将变压吸附抽空三阀和抽空六阀更换为三偏心蝶阀，航天炉改用低温甲醇洗尾气进行输煤。2022 年3 月实施节能改造，实施周期9 个月。

（3）节能降碳效果及投资回收期：

改造完成后，回收利用二氧化碳62.4 万吨/年，消减掉系统自身耗能的碳排放，实现二氧化碳减排量38.5 万吨/年。投资额为80 万元，投资回收期为2 个月。

九、二氧化碳封存增压泵利用关键技术

1.技术适用范围

适用于石油化工行业高压常温二氧化碳输送增压装置。

2.技术原理及工艺

采用高效抗气蚀关键部件动态优化技术对二氧化碳封存增压泵进行高效水力结构设计。基于耐低温自润滑性关键零部件制造技术研制加工工装和工艺路线，利用多参数状态监控与运行状态辨识技术开发试验样机，根据样机试验参数调整关键部件几何结构和工作参数，有效解决二氧化碳管线输送增压泵工作稳定性差、效率低、汽蚀性能差等问题。设备结构如图6 所示。

3.技术功能特性及指标

（1）叶轮水力优化设计，整机额定效率达72%，效率提升2%～3%；

（2）低温易汽化工况分体式自润滑摩擦副结构，整机工作温度-30~-20℃。

4.应用案例

（1）项目基本情况：

技术提供单位为烟台龙港泵业股份有限公司，应用单位为中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司。改造前用槽车公路运输二氧化碳，主要耗能种类为天然气，每年车辆运输6 万辆次，使用天然气约300 万立方米。

（2）主要技术改造内容：

安装二氧化碳管道输送增压泵，配套安装现场运行监控系统及泵组冲洗系统。2022 年9 月实施节能改造，实施周期1 年。

（3）节能降碳效果及投资回收期：

改造完成后，节约天然气200 万立方米/年，实现节能量2429 吨标准煤/年，二氧化碳减排量6460 吨/年。投资额为1672 万元，投资回收期为2.6 年。

十、燃煤锅炉烟气碳捕集协同污染物深度治理技术

1.技术适用范围

适用于燃煤锅炉二氧化碳捕集利用。

2.技术原理及工艺

依托清华大学开发的第二代低能耗碳捕集先进技术，进行技术集成与工艺优化。吸收剂采用双向分离有机胺溶剂进行碳捕集，解吸塔结合催化材料促进液相二氧化碳的解吸速率，具有碳捕集效率高、系统安全可靠等优点。技术路线如图1 所示。

3.技术功能特性及指标

（1）复合胺-物理溶剂-水三元两相碳捕集吸收剂，碳捕集效率＞90%；

（2）有机物逃逸控制力强，碳捕集后烟气中二氧化硫、颗粒物排放浓度＜3 毫克/立方米。

4.应用案例

（1）项目基本情况：

技术提供单位为河北建滔能源发展有限公司，应用单位为河北建滔能源发展有限公司。改造前燃煤锅炉未建设碳捕集系统，二氧化碳直接排空，主要耗能种类为煤炭，燃煤锅炉出力150 吨/小时，燃煤烟气量12 万立方米/小时。

（2）主要技术改造内容：

锅炉系统安装烟气预处理塔、二氧化碳吸收塔、二氧化碳解吸塔、多级水洗塔、液液分相器、高效换热器、解吸二氧化碳处理装置以及吸收剂净化设备。2022 年2 月实施节能改造，实施周期1 年。

（3）节能降碳效果及投资回收期：

改造完成后，碳捕集能力达20 万吨/年，消减掉系统自身耗能的碳排放，实现二氧化碳减排量13.7 万吨/年。投资额为1.95 亿元，投资回收期为5 年。