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硼化工與石油化工可以耦合減碳
文章來(lái)源：《中國(guó)石油和化工產(chǎn)業(yè)觀察》雜志 更新時(shí)間：2023-10-31 11:55:53
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石油化工和硼化工的一些產(chǎn)品之間存在著互補(bǔ)關(guān)系。
例如，硼酸是潤(rùn)滑油添加劑的重要原料之一，廣泛用作清潔劑、無(wú)灰分散劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑、抗磨劑和抗氧劑；硼酸酯作為潤(rùn)滑油添加劑，能提高油品的熱氧化安定性和減磨抗磨性能。
現(xiàn)在，石油化工與硼化工還可以形成耦合減碳的新關(guān)系。
硼化工屬于無(wú)機(jī)化工、精細(xì)化工領(lǐng)域。據(jù)悉，我國(guó)目前有能力生產(chǎn)的含硼化合物已經(jīng)超過(guò)40種。
在硼化工中，硼砂、硼氫化鈉、偏硼酸鈉等產(chǎn)品與二氧化碳和氫氣有著密切關(guān)系。硼砂碳?jí)A法工藝中，二氧化碳是重要的反應(yīng)原料；硼氫化鈉是固態(tài)儲(chǔ)氫的重要介質(zhì)之一，其產(chǎn)氫過(guò)程中生成的偏硼酸鈉如何回收處理則是一道難題。
如果將石油化工副產(chǎn)的二氧化碳和氫氣與硼化工產(chǎn)業(yè)鏈耦合，可實(shí)現(xiàn)硼砂工序利用二氧化碳-制備硼氫化鈉儲(chǔ)運(yùn)氫氣-偏硼酸鈉吸收二氧化碳生成硼砂的大循環(huán)。
下面逐一分析。
第一個(gè)環(huán)節(jié)——硼砂碳?jí)A法是消納二氧化碳的關(guān)鍵步驟。
碳?jí)A法是一種中國(guó)特色十分鮮明的硼砂工藝。當(dāng)前世界上生產(chǎn)硼砂的方法有酸法、堿法、碳?jí)A法、水浸溶解法和含硼鹽湖鹵水法等多種，其中，碳?jí)A法是我國(guó)為了解決大部分硼礦屬于品位較低的硼鎂礦問(wèn)題，專門(mén)開(kāi)發(fā)出的具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的硼砂生產(chǎn)工藝。該方法自20世紀(jì)60年代發(fā)明以來(lái)，廣泛應(yīng)用于我國(guó)硼砂工業(yè)。
碳?jí)A法需要使用二氧化碳配合碳酸鈉溶解硼鎂礦，一步直接生成硼酸產(chǎn)品。二氧化碳的分壓和流量是影響硼鎂礦溶解反應(yīng)速度和分解率的決定性因素。
研究表明，如果使用低濃度二氧化碳（25%?30%），硼鎂礦碳解時(shí)間長(zhǎng)達(dá)18小時(shí)以上，且分解率只有75%，不僅生產(chǎn)效率低下、浪費(fèi)能源，也浪費(fèi)了原料。
因此，使用高濃度二氧化碳生產(chǎn)硼砂有利于提高生產(chǎn)效率。我國(guó)已有研究機(jī)構(gòu)研發(fā)出高濃度二氧化碳制硼砂新工藝，并已應(yīng)用于遼寧等地的硼砂裝置中。
目前，工業(yè)副產(chǎn)或直接排放的二氧化碳來(lái)源很多，包括鍋爐煙道氣、石灰窯氣、硼砂廠碳解廢氣等。
但多數(shù)情況下二氧化碳濃度不高，濃度超過(guò)50%的資源有限。而合成氨尾氣中二氧化碳濃度可達(dá)80%，是優(yōu)質(zhì)高濃度二氧化碳資源。如能將這部分碳源供給硼砂廠使用，則可在實(shí)現(xiàn)石化行業(yè)碳捕集利用的同時(shí)，提高硼砂行業(yè)生產(chǎn)效率。
以中石油為例。
其下屬的大慶石化、吉林石化、獨(dú)山子石化等公司均設(shè)有合成氨裝置，而遼寧、吉林等地正是我國(guó)重要的硼礦區(qū)和主要的硼砂產(chǎn)地。如果東北地區(qū)的合成氨裝置尾氣經(jīng)初步提濃、液化后，運(yùn)送至附近的硼砂廠使用，即可形成合成氨與硼砂產(chǎn)業(yè)的地區(qū)協(xié)同耦合。
第二個(gè)環(huán)節(jié)——硼氫化鈉是硼砂下游產(chǎn)品，也是重要的氫能載體，制備硼砂后，可繼續(xù)制備硼酸、硼酸酯。
例如，硼酸三甲酯和氫化鈉反應(yīng)，可制得硼氫化鈉。硼氫化鈉催化水解后，可以穩(wěn)定放出氫氣，供氫氧燃料電池使用，也就是形成間接的硼氫化鈉燃料電池體系。
相較于氣態(tài)、液態(tài)儲(chǔ)氫，硼氫化鈉儲(chǔ)氫具有安全、便捷、體積儲(chǔ)氫密度高和質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度高等優(yōu)勢(shì)，是一種具有前景的氫氣儲(chǔ)運(yùn)介質(zhì)。
硼氫化鈉水解釋放的氫氣，來(lái)自于原料氫化鈉中和鈉結(jié)合的氫。
制備氫化鈉過(guò)程對(duì)所用氫氣的純度要求不高，原則上99%的工業(yè)氫氣即可滿足需求。有的研究甚至利用氫化鈉制備過(guò)程來(lái)作為低濃度氫氣提濃的手段。
石化企業(yè)中有大量副產(chǎn)氫氣。
因此，僅需通過(guò)變壓吸附裝置初步提濃，即可輸送至硼氫化鈉生產(chǎn)企業(yè)，將氫氣固定，實(shí)現(xiàn)化工副產(chǎn)氫的園區(qū)外利用。
2023年初，全球首艘固態(tài)氫燃料電池動(dòng)力船Neo Orbis號(hào)在荷蘭阿姆斯特丹港完成龍骨鋪設(shè)。
其使用的氫氣就來(lái)自船載硼氫化鈉。而在車(chē)用能源領(lǐng)域，由于其經(jīng)濟(jì)性尚未達(dá)標(biāo)等原因，車(chē)載硼氫化鈉大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用尚需時(shí)日。世界各國(guó)的車(chē)用氫能戰(zhàn)略中，主要布局方向仍是高壓加氫站。
不過(guò)，硼氫化鈉作為固態(tài)儲(chǔ)氫的代表之一，依然能夠?qū)鈶B(tài)儲(chǔ)氫形成有益補(bǔ)充。
例如，針對(duì)叉車(chē)、物流車(chē)等封閉區(qū)域作業(yè)車(chē)輛，單獨(dú)為其建設(shè)氣態(tài)加氫站會(huì)受到政策等限制，如果使用硼氫化鈉加氫，則能通過(guò)集中搬運(yùn)固態(tài)模塊的方式，一處加氫、另一處裝氫，從而便捷、靈活、高效地解決氣態(tài)加氫安全性低、位置受限的問(wèn)題。
第三個(gè)環(huán)節(jié)——偏硼酸鈉是實(shí)現(xiàn)硼氫化鈉釋氫-再生閉環(huán)的癥結(jié)所在，也是吸收二氧化碳的有效方法之一。
硼氫化鈉釋放氫氣之后會(huì)生成偏硼酸鈉。如何經(jīng)濟(jì)、高效地將偏硼酸鈉再生成硼氫化鈉，是制約硼氫化鈉商業(yè)化的又一個(gè)難題。
目前的研究表明，偏硼酸鈉可以通過(guò)電解還原或鎂基合金還原成硼氫化鈉，但這兩種方案條件復(fù)雜，未被實(shí)際應(yīng)用。
如果跳出偏硼酸鈉-硼氫化鈉這一小循環(huán)的束縛，利用偏硼酸鈉能夠吸收二氧化碳、生成硼砂的特性，回收偏硼酸鈉后不是直接再生成硼氫化鈉，而是制成硼砂，從而形成偏硼酸鈉-硼砂-硼氫化鈉這一大循環(huán)，則可解決偏硼酸鈉的循環(huán)利用問(wèn)題，并將硼化工企業(yè)納入氫能產(chǎn)供銷儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)鏈中。
土耳其是世界上硼化工較為領(lǐng)先的國(guó)家之一。該國(guó)研究者已經(jīng)開(kāi)始研究如何利用吸收二氧化碳的途徑高效利用偏硼酸鈉。
硼化工與石油化工的耦合減碳，需要相關(guān)企業(yè)結(jié)合自身資源、區(qū)位優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)后抉擇。
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