“目前我国煤炭的清洁利用主要是指在煤炭使用过程中的脱硫脱硝除尘，实际上煤炭的清洁利用应该包括二氧化碳的减排。”日前，在首届中国煤炭清洁高效利用产业大会上，山东大学化工学院教授朱维群对记者表示，目前我国绿色能源快速发展受限，化石能源节能减排有限，因此，二氧化碳的封存利用具有重要意义。
据了解，目前，国内外正在进行研究CO2封存利用(CCS/CCUS)来实现煤炭利用的零碳排放，但现有方法存在着多种问题，采用CCS技术需要增加25%-40%的能耗，投资巨大且不具有经济效益。目前世界上能够工业进行的CO2封存利用项目只有CO2驱油，但该技术具有很大的局限性，有研究者指出我国驱油每年封存CO2的量最多不超过2000万吨。
CO2封存利用还没有经济可行方法
“开发出一条低能耗、低排放的工业材料路线是解决我国CO2、SO2及NOx排放的根本方法。”朱维群认为。
朱维群说，前一段时间，许多地方经济发展寄予厚望的新型煤化工近期由于低油价的冲击也困难重重，也有关专家测算分析，煤制烯烃、煤制油、煤制乙二醇在80美元/桶原油价格体系下具有一定市场竞争力。而朱维群认为，实行二氧化碳减排后，煤制烯烃、煤制乙二醇在100美元/桶原油价格体系下才具有市场竞争力，原油价格低于100美元/桶时，项目经济难于承受;煤制油在原油110美元/桶价格下可以承受。
朱维群表示，传统工业、传统煤化工和新型煤化工生产过程都排放大量CO2，如生产1吨铝锭大约需要消耗6吨铝矾土和10吨煤，产生15吨的废弃物;新型煤化工如煤制油、煤制天然气和煤制烯烃都是在煤制甲醇基础上进行的，必然产生大量CO2。例如，一个年产40亿立方煤制气的项目每小时排放2000吨CO2。
“改变传统的高碳经济发展模式，寻求低能耗、低排放及低污染的低碳经济正成为我国及全球的战略行动。”朱维群说，因此，我们提出并开展了零碳排放的煤炭清洁利用技术路线开发，也就是在生产中直接将CO2封存在产品中，在生产过程中不排放CO2。
实际上这也是最好的CO2封存利用。在生产过程中排放大量CO2，再去捕集、封存、利用，往往得不偿失。目前在CO2排放大户燃煤电厂进行CO2封存利用还没有经济可行的方法。
具有低碳低成本优势
2013年，山东大学在世界上首次提出了一条零碳排放的煤炭清洁利用开发路线。煤的化学利用过程如煤制合成氨、煤制油、煤制烯烃、煤制天然气等，一般都有高纯度的N2、CO2、H2等原料，通过改变反应过程和目标产品即可实现反应产物三嗪醇，是世界上CO2含量最高的产品之一，生产1吨产品需要近1吨的CO2。而且工艺过程易于实施，煤的化学利用过程中一般都有N2，H2，CO2等原料，通过改变反应过程和目标产品即可实现该工艺。
朱维群说，以煤为原料开发三嗪醇产品可形成零碳排放的煤炭清洁利用路线，继续合成高分子材料可形成新的低碳工业材料路线,比煤制烯烃具有低碳、低成本优势，发展潜力无限。
由于煤制甲醇反应的新型煤化工如煤制油、煤制天然气、煤制烯烃等工业路线都排放大量的CO2和精制的N2，因此，在此次大会上，这项零碳排放技术成为了热议的亮点。与会专家认为，此项技术开辟CO2综合利用和煤低碳、低成本清洁利用的全新路径。
“我们已进行了工业化试验，效果良好。”朱维群告诉记者，国家开发投资公司新疆煤制烯烃项目计划建设年产180万吨甲醇装置和年产68万吨甲醇制烯烃装置。该项目年副产CO2 360万吨，N2 130万吨，纯度都在95%以上，公司提出了两种废气的综合利用。经估算，年产68万吨烯烃可设计成年产320万吨的三嗪醇产品，产品增量252万吨，而且没有CO2排放。
一位企业人士向记者介绍，一套以煤为原料年产30万吨合成氨的装置，每年排放二氧化碳58万吨;30万吨合成氨完全转化可生产52万吨尿素，每年净排放只有20万吨二氧化碳;将52万吨尿素继续全部转化生成三嗪醇产品，理论上可生成74.5万吨三嗪醇，需要消耗二氧化碳38万吨，而其只排放二氧化碳20万吨，因此，可以设计建立一套二氧化碳零排放的工业生产装置。
产业化前景广阔
据了解，CO2氨化矿化技术实际上是工业尿素的深加工。CO2与氨发生氨化矿化反应生成三聚氰酸，具有原料用量少、工艺可行、产品价值高及用途广泛等优点。比如三聚氰酸中1份重量的氨可固定2.5份的CO2，CO2在产品中的含量达72%。
“CO2氨化矿化原料来源简单，仅需要煤、水和空气。从煤炭参与反应计算，三聚氰酸的总反应热量为-227.4 KJ/mol，为放热反应，整个工艺过程反应温度、压力较低，不仅节能，而且没有CO2排放。”
朱维群说，在CO2氨化矿化过程中，NH3是过剩的，也就是说这是一条“负碳”工艺路线，碳转化率达100%。同时氢消耗量少，与合成尿素或甲醇相比，CO2与氨反应合成三聚氰酸单位CO2所需要的氢量最少，H2：CO2摩尔比仅1.5：1，远低于合成尿素及合成甲醇的3：1。
据了解，利用氨气和CO2合成三聚氰酸或三聚氰胺产业化前景广阔。目前每吨产品利润在1500元/吨以上，经济效益显著。三聚氰酸属于精细化工产品，可生产三聚氰酸—甲醛树脂、环氧树脂、消毒剂、抗氧剂、粘合剂和农药等。也可作为高反应活性的氨基还原剂用于烟气脱硝，可代替尿素、液氨或氨水脱硝还原剂，国内市场容量可达千万吨计;在农业应用，目前尿素的肥效利用率35%左右，三聚氰酸作为缓释的氮肥和碳肥应用于农业，有望提高肥料利用率;由CO2经三聚氰胺合成蜜胺树脂(MF)等各种高分子材料，与煤制烯烃相比具有低碳、低成本优势。
