化工新技术新材料的减碳之路

来源：竞博jbo电竞    发布时间：2024-09-07 17:50:56

  6月11~14日，以“走向碳中和之路”为主题的2023上海国际碳中和技术、产品与成果博览会成功举办。这是我国首个以“碳中和”为主题的博览会，旨在搭建碳中和全产业链各类主体对接交流的平台，促进经济社会持续健康发展绿色低碳转型。

  中国石化在能源转型领域取得的一批技术、产品和成果集中亮相博览会，其中就包括与人们衣食住行用息息相关的化工新技术新材料。本专题展示中国石化如何“走向碳中和之路”，敬请关注。（本文图文除署名外，由 王佳麟 潘亚男 高 易 翟瑞龙 刘玉福 邱敦瑞 陶 炎 于 杨 郑 瑞 戈军伟 周梦瑾 提供）

  碳纤维是含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料，不仅仅具备碳材料的固有特性，而且具有纺织纤维的柔软可加工性。碳纤维比重不到钢的1/4，强度却是钢的7~9倍，具有耐腐蚀、耐高温等特性，被称为“黑黄金”。

  可大范围的应用于航空航天、轨道交通和风电等领域。北京2022年冬奥会火炬“飞扬”的外壳就是由中国石化生产的碳纤维及其复合材料制造而成的。

  2007年，中国石化决策部署PAN（聚丙烯腈）基碳纤维的研发和产业化攻关工作，并将建设项目落在了上海石化。上海石化成立碳纤维攻关团队，与上海石油化工研究院、上海工程公司、复旦大学等数十家科研院所、高校、企业等协同攻关。在各方团队的共同努力下，碳纤维攻关稳步推进，2008年11月，建成中试装置；2009年3月，成功研制出12K原丝；2018年3月，成功试制出国内线K大丝束碳纤维工程第一套国产线在上海石化碳纤维产业基地投料开车，并产出合格产品。

  芳纶，全称芳香族聚酰胺纤维，分为间位芳纶和对位芳纶。对位芳纶具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸碱、重量轻等优良性能，被誉为“子弹打不透、烈火烧不着”的材料。对位芳纶为金黄色，因此也被称为“黄金丝”。

  可广泛应用于防弹衣、防弹头盔、光纤光缆、绳缆织带、复合材料、高强阻燃服等领域，其防弹性能达到公安部三级标准。

  2003年，中国石化决策部署对位芳纶研发和产业化攻关工作；2015年，仪征化纤“千吨级对位芳纶工业化示范装置成套技术”被列入中国石化“十条龙”科技攻关项目；2019年11月，该技术通过中国石化鉴定。2022年8月，中国石化仪征化纤“仪特斯”夏季阻燃防静电工服首次实现批量生产，并陆续投用到相关易燃易爆岗位，该工装的主要材料是对位芳纶，成功打破了国外阻燃防静电工服配方的长期技术垄断。目前，中国石化正与合作伙伴推动对位芳纶在大型节能输送带、车辆轻量化等领域的应用。

  锂电池隔膜用聚乙烯系列牌号是分子量涵盖40万~150万的粉末树脂，其粒度均匀、洁净度高、成膜性能优良、品质稳定，产品先后通过RoHS、REACH、无卤及金属杂质禁止检出等认证。所制造的隔膜具有拉伸强度和穿刺强度高、孔径均匀、透气性好等特点。

  其制造的锂电池隔膜可广泛应用于手机和笔记本电脑等3C电子科技类产品、新能源汽车、基站备用电源和光储充电站储能等领域。新能源汽车等使用的锂离子电池隔膜就是用中国石化生产的特高分子量聚乙烯粉末树脂制造而成的。

  2011年，中国石化决策部署锂电池隔膜材料的研究开发。扬子石化成立锂离子动力电池隔膜材料攻关团队，与北京化工研究院、上海石油化工研究院、天华化工设计院有限公司、中科院上海有机所、中南大学、常州大学等数十家科研院所、高校、企业等协同攻关。2017年5月，扬子石化首次实现锂电池隔膜用聚乙烯粉末树脂的工业化生产；2019年隔膜行业某有突出贡献的公司成功导入并试用成功；2020年实现批量化生产销售。

  抗菌聚丙烯树脂是一类在使用环境中对玷污其本身的细菌、霉菌、酵母菌、藻类甚至病毒等起到抑制或杀灭作用的专用塑料，具有优良的物理性能、加工性能，能够很好的满足加工生产抗菌制品的基本要求。

  可广泛应用在家电、卫浴、日用品、纺织品、儿童玩具、包装、医疗卫生用品等领域，可用来制造抗菌洗衣机内桶、抗菌冰箱、儿童餐盘、抗菌马桶盖、抗菌医疗器械等。

  上世纪90年代，北化院针对当时国内市场普通抗菌剂添加量大、添加工艺复杂，且抗菌效率低、易变色、抗菌持久性差等问题开展科研攻关，开发了具有自主知识产权的抗菌复合助剂。这种助剂能够最终靠在线改性技术直接生产抗菌树脂，抗菌效率高、稳定性更好，可实现制品的抑菌持久、耐水性。2012~2019年，应用这种抗菌复合助剂，以及国际首创的在线生产抗菌树脂工业化技术，中国石化在现有的聚丙烯、聚乙烯工业装置上开发了注塑、挤出、纤维、滚塑共计四大类10种抗菌树脂牌号产品，累计产量逾万吨，在海尔、美的、东升地毯、禧天龙等公司进行了推广应用。

  高纯电子级碳酸乙烯酯是动力锂电池必不可少的电解液溶剂，也是碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯等高端电解液添加剂的合成原料。随着动力锂电池新能源车辆和储能的快速地发展，对电子级碳酸乙烯酯的需求呈爆发式增长，其生产技术在很大程度上影响全球锂电池供应链的产业格局。

  上海院开发的二氧化碳与环氧乙烷多相催化酯化制碳酸乙烯酯高效催化剂及万吨级高纯电子级碳酸乙烯酯成套技术，实现了从“均相催化”到“多相催化”的技术变革。

  新技术与现有工业生产技术相比，温度和压力下降明显，危废排放减少95%以上，电子级产品收率明显提高。整个工艺过程实现了二氧化碳高值转化，从源头上做到了低碳、绿色、节能高效，拥有非常良好的示范和行业引领效应。

  该技术在国际上首次实现了多相催化制碳酸乙烯酯工业装置的长周期稳定运行，已授权应用于2万吨/年、12万吨/年规模工业装置，每年可消纳二氧化碳7万吨。同时，该技术推动了锂离子电池电解液产业升级，巩固了我国在动力锂电池领域的龙头地位，为实现锂离子供应链零碳发展和我国“双碳”目标贡献力量。

  二氧化碳是温室气体，但却是丰富廉价的碳源。二氧化碳的化学转化利用符合我国循环经济良性可持续发展的具体国情。我国甲醇年产能已突破1亿吨，传统的煤制甲醇工艺生产1吨甲醇要排放3吨左右的二氧化碳，碳减排压力巨大。若将二氧化碳加氢制绿色甲醇与传统煤制甲醇工艺相耦合，煤制甲醇装置能实现碳减排80%以上，甲醇增产120%以上。

  二氧化碳加氢制甲醇的技术关键是开发高效催化剂，南化公司研究院是国内领先的甲醇合成催化剂研发机构，先后完成了二氧化碳加氢制甲醇高效催化剂及工艺开发的实验室研究和吨级扩试研究，扩试催化剂性能达到小试水平，在5兆帕、240摄氏度、原料气空速10000h-1的条件下，C307-DC催化剂上单程二氧化碳转化率大于20%，甲醇选择性大于67%，水耐热性良好。

  目前，南化院联合上海石油化工研究院和宁波工程公司正在开展二氧化碳加氢制甲醇中试技术开发，中试最重要的包含三个模块：分布式光伏发电、电解碱性水制取氢气和二氧化碳加氢制甲醇，为中国石化二氧化碳加氢制甲醇成套技术开发获取基础数据。

  C307-DC催化剂的研发及二氧化碳加氢制甲醇成套技术开发有利于推动中国石化CCUS综合治理技术升级发展，为我国“双碳”目标的实现贡献石化力量。

  问：本次博览会，中国石化展区有哪些亮点？别的企业的展览，有哪些给您留下了深刻印象？

  答：本次上海国际碳中和技术、产品与成果博览会，搭建碳中和全产业链各类主体对接交流的平台，促进经济社会持续健康发展绿色低碳转型。

  中国石化以习新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻习生态文明思想，把推进碳达峰碳中和作为重大政治责任和历史使命，积极践行绿色洁净发展的策略，稳步优化调整产业和能源结构，大力实施能效提升计划，积极地推进温室气体减排，碳达峰各项任务有序部署，取得较好成效。中国石化以“能源至净、生活至美”为主题参加本次碳博会，展示了齐鲁石化—胜利油田CCUS模型、“油气氢电服”综合加能站模型、氢能产业模型，以及衣食住行用石油化学工业产品等一批在能源转型领域取得的多项技术、产品和成果，吸引众多观众和企业前来交流。

  国内外其他能源化工企业的展出也给我们大家带来启发。特别是巴斯夫、上海华谊、上海申能、华能集团和宝武钢铁等企业展示的碳足迹数字化解决方案、电加热蒸汽裂解炉、甲烷裂解制氢、微藻固碳、碳捕集等最新的减碳技术和减碳方案，给我们留下了深刻印象。大力优化能源结构，持续提升能源利用效率，积极实施二氧化碳、甲烷减排措施，加快节能低碳研发技术应用，加速培育低碳竞争新优势，有力有序推进碳达峰行动，是中国石化绿色低碳高质量发展的方向。

  答：下一步，中国石化将锚定2030年前碳达峰行动方案总体目标任务，结合国家碳达峰碳中和“1+N”政策体系要求，确保国家有关要求在中国石化落实落地。

  推进产业体系调整。结合国家区域发展的策略和石化产业布局政策，研究提升产业集中度措施，更好地发挥规模化作用，探索低成本淘汰落后产能路线，进一步提升产能利用率。结合市场需求，有序推进“油转化”、加大“油转特”力度，提高高端、对外依存度高的产品产量。推动煤炭清洁高效利用，实施绿氢+煤化工，提高碳资源转化率。

  优化能源结构调整。从持续控制化石燃料消费量上求突破，提高终端电气化比例，以汽定电，并在生产的全部过程中减少蒸汽使用。从提高清洁能源比例上求突破，发展风光地热、生物质替代、高温气冷堆等配套炼化工艺，加大储能技术开发力度。

  协同节能降碳减污治理。用好节能这个第五能源，深入推动能效提升计划，研究更加节能的生产的基本工艺，以及短流程污染物治理技术工艺等。强化清洁生产设计理念，优选清洁生产技术，优化生产全流程设计、全生命周期设计，落实源头削减、过程控制的污染物减量措施。

  强化绿色低碳保障。推动绿色低碳技术创新，加快开展低碳催化裂化/裂解、低碳高效加氢、二氧化碳资源化利用等研究。加强绿色金融政策研究，探索低成本绿色融资渠道。

  推广碳中和试点示范。以油田场站、炼化装置、加油站等为基本单元，通过绿色能源替代、改进生产的基本工艺等措施，打造碳中和试点示范项目。

  深化交流合作。加强与高校、研究院所联合攻关，强化基础研究和前沿技术布局。加强与国内外能源化工公司交流合作，在研发技术、成果转化等方面开展合作。热情参加气候平均状态随时间的变化交流活动，展示公司绿色洁净企业形象。（陶善友 整理）

  走进首届上海国际碳中和技术、产品与成果博览会现场，绿色低碳之风扑面而来，这是一场关于未来绿色低碳生活的“盛宴”。

  能源转型区域成为此次博览会上观众关注的焦点。中国石化500多平方米的展厅内，百万吨CCUS项目、光伏绿氢生产、碳纤维新材料、“油气氢电服”综合能源服务商、生物航煤、地热开发利用等绿色低碳发展项目亮相，每日吸引逾千名观众驻足参观、“打卡”分享。

  北京冬奥火炬让观众再一次零距离感受到碳纤维的魅力。“扯不断、割不破、泡不烂”的超高分子量聚乙烯纤维手套、阻燃防静电面料的工装等多款化工类高新技术产品，吸引众多生产型企业参观者前来咨询了解。而环保先锋人士对可降解材料制造成的购物袋、包装袋、连卷垃圾袋、生活餐具及农用地膜等产品赞赏有加。

  展会现场，还有用生活废弃物搭建的艺术装置，让参观者直观感受到循环经济的奇特“魔力”。其中，一支口红的“碳素”之旅，让人们了解了消费品的减碳路径。值得一提的是，上海石油携B5柴油以餐厨油脂资源化利用的上海模式亮相碳博会，并参加市场监管平行分论坛，向社会充分展示了5年来上海石油为打通“地沟油”处置“最后一公里”实践示范样本，彰显为美好生活加油的企业使命。

  低碳改变生活，绿色造就未来。此次碳博会上，海量的低碳技术、顶尖的思想碰撞、绿色的产品成果，无不让绿色低碳加速成为经济发展的新动能。（记者 陆佳宏）

  在上海国际碳中和博览会的主旨论坛上，《上海低碳倡议宣言》正式对外发布，倡议将本届碳博会开幕日——6月11日定为“世界低碳日”。

  宣言表示，当前，全球气候平均状态随时间的变化是人类社会可持续发展面临的重大挑战之一，实现碳中和已成为全世界共识。实现碳中和之路任重而道远，需要全人类一起努力。倡议快速推进生产方式绿色转型，一同营造和谐共生、绿色发展的良好氛围。倡议推广践行简约适度的生活方式，一同营造绿色低碳生活新时尚。倡议依托上海国际碳中和博览会，共享低碳发展宝贵经验和智慧，推动国际交流合作，为实现碳中和目标而一起努力。