基于碳达峰和碳中和背景下的磷化工产业绿色低碳节能减排研究

2023-03-13徐莹

化工设计通讯 2023年1期

徐莹

（江苏省泰兴中等专业学校，江苏泰兴 225400）

1 碳达峰、碳中和、碳交易的概述

1.1 碳达峰是实现碳中和的前提

根据世界资源研究所的介绍，碳达峰是一个过程，是指某一个时间点，二氧化碳的排放量达到的最高峰值，也就是说在一定空间内碳排放达到了高峰，之后逐渐平稳下降。我国承诺在2030年实现碳达峰，碳达峰是碳中和实现的基础，因此我国的节能减排还需要进一步深入开展。

1.2 碳中和与CO2“零排放”

碳中和是指企业或者个人利用技术的手段来消除产生的二氧化碳或者是温室气体排放量，通过正负抵消的方式实现零排放。以磷化工企业在热法黄磷生产工艺中产生的尾气为例，其生产的尾气主要是用作碳一化工产品的生产，磷渣和磷石膏主要是用作建材的生产等，通过这样的方式实现碳中和。

1.3 碳汇、碳源及碳交易

碳汇是指CO2清除的过程，也表示森林吸收并储存CO2的能力。碳源是指二氧化碳产生的源头，与碳汇是相对的概念。具体来说碳源代表大气层释放碳的源头，包括地球村和自然界。目前自然界中碳源的减少主要是借助二氧化碳减排的方式，而碳汇增加则是通过固碳的方式方法。碳交易是指与CO2相关的交易，将CO2作为一种商品，通过支付一定的金额来获取CO2排放权。

2 碳达峰、碳中和背景下的磷化工产业发展现状

2.1 磷化工生产工艺

目前，磷化工生产企业中多采用湿法和热法两种工艺来生产。湿法，在不需要提供热量的前提下，建立在肥料级磷酸萃取的基础上完成的生长，对原料的质量和组分要求较高。热法又被称为火法或者是电法制磷，目前主要集中在云南、贵州、四川和湖北一带。近年来，中国热法制磷产业得到了快速发展，为黄磷产业的发展做出了巨大的贡献。

2.2 湿法生产工艺的现状

湿法生产工艺所产生的磷石膏处理问题一直困扰着业内的发展。主要是因为磷石膏在处理的过程中工艺流程较为复杂，需要花费大量的成本，并且受净化处理的难度较大。

目前生产的磷石膏主要是用于纸面石膏板、水泥缓凝剂等建材中，难以在高附加值产品中进行应用，磷石膏资源化综合利用率较低。

2.3 热法生产工艺的现状

我国黄磷工业起源于20世纪40年代，就目前发展的现状来看，国内多数的黄磷工业企业的生产设备较为陈旧，不仅导致生产成本增加，使得产量和消耗难以达标，并且对企业长远的发展造成了负面影响，不利于黄磷工业的长久发展。

3 碳中和背景下的热法制磷工艺节能减排

3.1 黄磷产业近年CO2减排的业绩

自改革开放以来，我国的热法黄磷企业得到了长足的发作战，在实现生态环境、清洁生产的同时，净化之后的碳一化工产品成为燃料，提供了热源，并且在生产的过程中所产生的污水经过封闭沉降之后，采取一系列的工艺处理，通过循环使用真正实现了污水的全封闭和零排放。并且还会对磷泥进行回收，从而避免传统模式中对转锅和烧酸的处理，通过全封闭的蒸磷处理，消除了生产过程中产生的二氧化碳，避免了二次污染问题的发生。目前，黄磷企业正向清洁生产和绿色低碳转型升级。以湖北地区、云南地区和贵州地区的磷业生产企业为例，集中收集黄磷尾气和磷渣，从而实现了清洁生产和节能减排的目标。

3.2 热法制磷用矿立法与碳中和

根据相关的数据显示，我国磷矿资源短缺，尤其是优质磷矿，供应更是较为紧张。目前在化肥生产中，主要是以粉状鳞状为主，增值的空间较小，造成了磷资源的大量浪费。另外还有资料认为粉矿磷资源主要是用于湿法生产工艺中，热法黄磷生产对磷矿并没有较高的质量要求，这其实是一种误解。

一般而言，热法黄磷生产工艺对磷矿的适应性较强，即便质量分数在20%的P2O5低品位磷矿都能够实现黄磷的生产。另外高品位的磷矿也不是热法生产工艺的唯一指标，需要将入矿原料的化学组分进行结合，以此来满足热法黄磷生产中的特殊工艺要求和经济技术指标。表1是不同化学组分的磷矿。

表1 两种不同化学组分的磷矿

表1中，第一种磷矿的品位较高，经过计算配料后入炉的品位有效下降，较为适用于湿法工艺，采用热法工艺并不适用。第二种磷矿的品位在计算配料之后入炉的品位与第一种磷矿相比较高，说明了湿热法工艺可以互补。因此目前在热法工艺中，多是对中低品位的矿进行生产，因此国家和相关部门应当加强对其的扶持，通过一系列的政策帮助企业在多个方面践行碳中和的目标。

3.3 水力发电弃水立法与碳中和

在哥本哈根的气候大会上，我国政府承诺，2020年我国国内总值二氧化碳排放与2005年相比要下降40%~45%，我国于2019年就已经完成了目标，二氧化碳的排放量下降了48%，但要真正地实现碳达峰，还需要进一步深化节能减排政策。

对于国家电网来说，热法黄磷生产能够减轻产地磷矿外运带来的运输压力，弥补湿法生产工艺中不能达到的内在质量问题，从而提升资源的利用率，对该地区的经济可持续发展提供了有效的助推作用。此外，黄磷装置开水季节性较强，以丰水期为主，与电力行业形成了互补。水力发电弃水立法的方式能够促进碳中和，充分地实现资源的优化和CO2减排，从而改变云南、四川和贵州等地水力发电弃水的情况。

3.4 磷化工规范化、标准化与碳中和

目前，黄磷工业企业的生产需要较为专业化的核心技术和经验，单纯地采用基础理论进行对照分析并不能取得理想的结果。《黄磷生产技术规范》中明确规定了黄磷生产技术的术语、定义、生产要求、设计要求、生产过程控制以及生产工艺安全等一系列的内容，在近年来的生产实践中，也充分证实了该项生产技术规范具有较强的科学性与可行性，达到了国内外的先进水平，为黄磷行业的绿色生产与标准化生产评价体系提供了有效指导。

然而在具体的生产工艺控制中还是存在一定的问题，因此要加强三磷治理，注意以下两个方面：一方面要充分认识到前端防范的重要性，在基础管理阶段加强重视，防治基础软件缺失的情况，从根本上解决环境污染的问题。另一方面从基础设施方面加强对环境保护的重视程度，采取因地制宜和标本兼治的方式实现科学合理的治理。

4 制约我国磷化工发展的主要影响因素

4.1 产业结构不合理

首先我国磷化产品产量尽管跃居世界前列，但是从整体上进行分析，多数磷化产品均为初级加工产品，较为常见的有黄磷、磷酸氢钙、三聚磷酸钠，生产精细、高附加值和有机磷化产品的企业少之又少。其次我国磷化工产品的生产多分布在水电和磷矿资源较为集中的贵州、云南、四川和湖北地区，因交通不便，导致信息交流存在一定的问题，难以形成较为完善的产业链，规模化的效益更是无从谈起，从而导致黄磷工业企业处于低效益、低产出和高消耗的局面。除此之外上述地区的经济水平受到了一定的限制，难以实现科技的创新，因此需要全方位的产业结构升级与调整[1]。

4.2 资源利用率不高

我国磷矿开采企业多以小型企业为主，因资本水平受到了一定的限制，因此在磷矿实际开发过程中存在一定的难度，从而出现利用率低和磷矿资源浪费的情况。其次因生产技术和发展理念的影响，磷矿高质低用的现象较为严重，导致资源利用率较低，磷矿资源浪费较为严重。我国生产的初级磷矿产品以直接利用为主，还有部分磷矿原矿直接低价出口，产品的附加值较低，未能够将资源优势转化为经济优势。

4.3 污染问题严重

在黄磷企业实际运营的过程中，部分企业过于看重经济效益，忽视了环保问题，因此在开采之后未能够采取有效的措施进行保护，对植被和土壤造成了较为严重的负面影响。另外磷化工审批生产中的能量消耗较大，对当地的环境造成了严重的污染，从而引发了一系列的环保问题。其次我国磷化工的生产企业规模较小，与发达国家的技术水平相比，还存在一定的距离。磷矿资源开发力度较低，能源消耗大，如果废弃的磷矿难以进行二次开发利用，将会导致大量的资源浪费[2]。

5 基于碳达峰、碳中和背景下的磷化工产业绿色低碳节能减排的具体策略

5.1 优化产业结构

优化现有的磷化工企业产业结构，使之形成规模化的产业格局，才能够真正地促进磷化工企业的健康可持续发展。在产业结构优化的过程中主要体现在以下几点：首先借助现有的信息技术实现磷化工企业产品信息网的完善，从而为企业和企业之间的交流提供平台和途径，实现磷化工产品信息的共享，以此来提升磷化工行业内部企业的市场应变能力，提高自身的核心竞争力。在现有的生产技术中将国外先进的生产技术引入其中，发展高附加值的产品，减少低级产品的产量，真正实现磷化工企业的产品结构优化。最后还可以通过企业重组的方式联合上下游的相关企业实现产业链的延长，为本国企业提供专业化的服务[3]。

5.2 提高资源利用率

为了实现磷化工产业的绿色低碳节能减排，要全面提高现有资源的利用率。主要分为以下几个方面：首先扩大现有企业的规模，通过科技的投入和规模化生产的方式提高生产过程中的资源利用率。其次引入高科技技术，以此来实现磷矿中稀有金属资源的利用率，强化资源的综合利用。最后还要对现有的磷矿资源进行分类，通过合理分级的方式实现规模化的开采，以此促进资源利用率的提升。除此之外还要合理地利用生产加工的方法，一般来说，在磷酸生产的过程中，对磷矿品质的要求较高，因此可以选择高品位的富矿进行生产。为了从根本上减少矿产资源的浪费，可以直接生产热法富钙和磷酸等，通过中低品位的磷矿实现对其的生产。