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传统工业环保新模式的探索与践行

--访麦斯特碳化硅制品有限公司总裁高志刚

姓名:高志刚
职称:总裁
领域:碳化硅制品
单位:麦斯特碳化硅制品有限公司
简历:

出生于1970年9月12日,河北宣化人,现定居山东青岛。
1992年考入东北师范大学化学系;
1996年大学毕业,留校任教;
2000年由东北师范大学辞职,应聘到吉林华远集团华远科技实业有限公司,公司职员
2002年升任吉林华远集团常务副总裁;
2003年辞职创办长春麦...

        伊犁麦斯特碳化硅制品有限公司以石油焦碳和石英砂为主要原料,生产冶炼的碳化硅。碳化硅是一种硬度接近金刚石的原子晶体材料。被广泛应用到石油、化工、冶金、建材、电工、电子、造纸、激光等众多工业领域。 
        伊犁麦斯特碳化硅制品有限公司座落在伊犁州伊东工业园,是首家通过招商引资进驻工业园A区的企业。该厂主要生产绿碳化硅超微粉体及绿碳化硅结晶、其他碳化硅系列制品。建厂于2005年4月份,2006年元月投入生产。到本次项目扩建前该厂生产能力为3500吨绿碳化硅。于2008年9月2日,企业进行了改制。改制为美国麦斯特碳化硅工业有限公司(上市公司,OTCBB,股票代码:0001417451)下的全资子公司。并计划投资1.14亿元人民币,进行以三万吨绿碳化硅生产能力为建设内容的二期项目扩建与环保节能技术改造。其中自筹资金8400万元,计划贷款3000万元。建成后年新增产值3亿元,综合创税超过2400万元。
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碳化硅冶炼行业发展与产业升级之浅见
--高志刚的绿色革命
碳化硅冶炼行业发展与产业升级之浅见

    所有的传统产业都在面临着产业的升级压力,因为传统产业都不例外地需要面对两方面的压力,那就是排放与能耗。
    随着联合国秘书长潘基文亲自登上北极极速溶化的冰盖并向全世界发出全球环境面临灾难性的恶化警示,新一轮针对碳排放的国际协定大讨论与“京都协定书”的修改、责任及深度范围的扩大正在国际间被积极地讨论。低碳经济成为了热点而备受关注。
    目前碳化硅的冶炼,主要存在着单耗高,二氧化硫与COD的排放高两方面的压力。所以一直被视为“高污染、高能耗”的行业,而被国家发改委“产业结构调整目录”列为了限制类的产业加以限制。
    世界工业的高速发展与太阳能经济的蓬勃兴起,都对碳化硅行业存在着较深的依赖、产生积极的市场拉动,碳化硅作为“工业的牙齿”、经济发展总量的“睛雨表”,是前者迅速发展的重要保证力量。但是限于能耗与环保的压力,行业的发展又受到了极大的限制。这是行业发展的主要矛盾之所在。
    面对矛盾有两个解决的结果:一是行业萎缩,渐出市场!  二是解决排放与能耗高的问题,使行业进入良性的发展轨道。
    没有人希望第一个结果的出现,所以探讨与实践如何控制碳化硅冶炼的排放与节能,是行业进行良性发展的唯一希望之路!
    早在二十年前,一砂等业内单位的先辈们就开始了对该课题的研究与试验。一砂、西安科技大学、机械工业第六设计研究院等单位都先后进行了碳化硅炉气回收的试验与研究,并取得了初步的研究成果。积累了大量的第一手研究数据。
    数据表明,碳化硅冶炼过程中,产生的炉气完全可以被收集起来,进行脱硫净化处理,同时被收集的炉气含有高达85%以上的可燃气体一氧化碳,该气体不但可以作为燃气被利用,而且是目前化工行业流行的碳一化学的重要化工原料。炉气的回收还减少了石油焦的直接燃烧消耗。所以,通过对炉气的回收处理实现环保、通过对炉体的密闭控制与炉气的循环再利用实现万元GDP能耗的有限降低,完美诠释循环经济的工业模式是行业发展的必由之路!
    前期研究成果形成多年,但是作为工业生产线的建设却一直都没有开始,原因不外乎两个方面,一是炉气作为燃气有着较宽的爆炸极限,具有较高的安全风险;二是作为工业试验需要巨额的资金投入。
    事实上,碳化硅冶炼的排放污染与能耗降低都是可以实现的,麦斯特碳化硅制品有限公司目前在该方面所做的实践,可以给行业的发展提供一个新的思路。
    麦斯特碳化硅制品有限公司,伊犁基地的碳化硅产能为60000t/a,将产生炉气79.98X106Nm3/a,该气体为原料可年生产二甲醚2万吨,年获产值7100万元。
    从大量文献中可以看到,二甲醚在燃料方面、气雾剂、制冷剂和发泡剂等方面应用较多。
    燃料二甲醚,作为液化石油气的添加剂和民用燃料有着广泛的应用前景。
    二甲醚代替甲醇作为燃料,具有以下优点:
     1) 由液体燃料变为气体燃料,使用更方便。
     2) 由高毒变为低毒,使用更安全。
     3) 组成稳定,无残液,可确保用户利益。
     4) 与液化气灶基本通用,使用灵活。
     5) 燃烧性能好,燃烧废气排放符合国家标准。
    二甲醚在常温、常压下为气态,在一定压力下变为液体,与液化石油气有相似之处。液化石油气与二甲醚的性质比较见表2-1

从表2-1可以看出:
 (1) 在同等温度下,二甲醚的饱和蒸汽压比液化石油气低,其储存运输均比液化石油气安全;
 (2) 二甲醚在空气中的爆炸下限比液化石油气高一倍,因此在使用过程中,二甲醚更安全;
 (3) 虽然二甲醚的热值比液化石油气低,但由于二甲醚本身含氧,使燃烧过程中所需的理论空气量远低于液化石油气,从而使二甲醚的预混气热值与理论燃烧温度高于液化石油气。
    二甲醚自身含氧,组分单一,碳链短,燃烧性能好,热效率高,燃烧过程中无残液,无黑烟,是一种优质、清洁的燃料;另一方面,二甲醚与液化石油气一样,在减压后均为气体,因此燃烧器不必做多少改动便可通用。
    另外,二甲醚在贮存、运输、使用等方面比液化气更安全。因此,二甲醚替代液化气作为民用燃料有着广阔的前景。
    在我国,能源和污染在国民经济发展中始终是各级政府和人民关注的两大热点,因此发展经济、开源节流、环境治理、开发研究新型清洁环保燃料,已成为一项重要战略。二甲醚作为民用燃料开发,既可缓解石油液化气的紧张局面,又可解决能源与污染的矛盾。
    液化石油气(LPG)作为民用炊事燃料在城镇已广为使用,它能弥补城市管道煤气供应之不足,但因我国产量有限,每年需大量进口。2001年共进口LPG 4890kt,占总消费量15520kt的31.5%,预计2005年和2010年将分别进口9290kt和14600kt,若按替代比1.32计,则分别需二甲醚12300kt和19200kt。也有人认为2010年LPG需求量为20.0~21.0 Mt,即使原油加工量每年达3.2亿吨,LPG仍缺口8700~12000kt,可见市场容量相当可观。
    二甲醚单独作民用炊事燃料使用还具有下述优点:①由于二甲醚自身含氧,碳链短,燃烧充分安全,燃烧过程不析碳、不产生黑烟,无残液,燃烧尾气符合国家标准;②二甲醚易于压缩,贮存压力低于液化石油气(LPG),故更安全,且能利用原有液化气罐、贮槽等容器及管道,灶具亦可通用,易于推广。
    作为其它民用燃料的掺配组分,液化石油气主要组分是低碳烃,它富含C3及C4烷烃与烯烃,此外还含少量C5烃类,因C5组分沸点较高,蒸气压较低,又不能与C3及C4组分互溶,使用时呈残液留在液化气罐内。若在LPG中添加少量二甲醚不但能提高C5气化效率,还增加C3、C4及C5的互溶性,从而消除液化气罐中残液,避免燃烧时析炭,具有可观的经济效益。
    二甲醚热值为64686kJ/m3,如将一定比例二甲醚加到热值为15907kJ/m3的城市煤气或热值为37674kJ/m3天然气中可解决城市煤气供气高峰时气量不足问题,同时降低城市煤气中CO含量,增加使用安全性,改善煤气质量,提高燃气热值。
    车用燃料
    我国民用汽车需求量将从2000年的186~207万辆增长到2005年的289~327万辆,其中货车106~120万辆,客车55~68万辆,重型货车与大型客车将全部使用柴油机,中型货车和客车大部也采用柴油机,近年轻型货车和客车也开始柴油化,农用车的快速发展加快了车用燃料柴油化进程。预计2005年民用汽车保有量3000万辆,将耗用柴油40000kt,加上军用车所耗柴油,对柴油总需求量达45000kt,2010年将达1.10~1.17亿吨,国内石油产量无法满足要求,大量进口不但耗费大量外汇,还严重威胁国家能源安全。
    二甲醚是良好的柴油替代燃料,具有下述独特的优点:
     ① 二甲醚结构中仅含C-H键,含氧达34.8%,燃烧后产生炭颗粒少,允许采用较大量废气循环,尾气中NOX排放量仅及柴油的30%。
     ② 二甲醚十六烷值55~60,比柴油高27%,起燃温度低,滞燃期比柴油短,尾气NOX排放少,燃烧噪音比柴油低10~15dB,接近汽油机噪音水平。
     ③ 二甲醚低热值虽仅及柴油的64.7%,一般认为1.41t 二甲醚与1t柴油热值相当,但二甲醚与空气理论混合气热值却比柴油高5%(二甲醚为3066kJ/kg,柴油为2911kJ/kg),故使用二甲醚发动机功率比柴油高10%~15%。
     ④ 二甲醚气化潜热为柴油的1.6倍,可大幅降低柴油机的最高燃烧温度。
     炉气收集系统
     通过水系统与罩体,将冶炼炉进行密封,冶炼过程在微正压状态下进行。产生的一氧化碳被气体管道导出,整个过程通过一系列状态在线监测设备与自动化控制系统进行监控。冶炼结束或出现喷炉后,将二氧化碳由另外管道高速导入,将可燃气体进行置换至超出爆炸极限,然后启炉进行冷却或压炉操作。
     气体净化与脱硫系统
     气体净化包括气体输送、湿法粗脱SO2和固体杂质、精脱SO2、干法脱除H2S五个部分,经处理后的气体总硫含量≦10ppm。
     二甲醚合成
     二甲醚合成包括以下主要环节:
     煤气压缩
     精脱硫
     CO变换
     脱碳
     甲醇合成
     二甲醚合成
     膜分离
     贮运
     经过上述工艺,碳化硅冶炼不但实现了环保,控制了污染,同进通过循环经济对炉气进行再利用,实现了单位GDP的能耗有效降低,更重要的是它能最大限度地减少碳排放,为我们低碳经济提供了一个完美的实现模式。
     如果该项技术被行业进行全面推广,目前全球碳化硅的总产能约为180万吨,那么将新生活二氧化碳的排放 396  万吨,二氧化硫的排放 6.5  万吨,将产生炉气进行再利用将可生产二甲醚 60 万吨,可年获产值 21亿元人民币。
     所以该工艺路径是既能环保又能创收的可持续发展循环之路,麦斯特将在该领域与同行进行各种方式的合作,将碳化硅冶炼行业引入良性循环的发展轨道。承载产业升级支持新能源经济的光荣使命!
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