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硼化工与石油化工可以耦合减碳

文章来源：《中国石油和化工产业观察》杂志更新时间：2023-10-31 11:55:53

石油化工和硼化工的一些产品之间存在着互补关系。

例如，硼酸是润滑油添加剂的重要原料之一，广泛用作清洁剂、无灰分散剂、黏度指数改进剂、抗磨剂和抗氧剂；硼酸酯作为润滑油添加剂，能提高油品的热氧化安定性和减磨抗磨性能。

现在，石油化工与硼化工还可以形成耦合减碳的新关系。

硼化工属于无机化工、精细化工领域。据悉，我国目前有能力生产的含硼化合物已经超过40种。

在硼化工中，硼砂、硼氢化钠、偏硼酸钠等产品与二氧化碳和氢气有着密切关系。硼砂碳碱法工艺中，二氧化碳是重要的反应原料；硼氢化钠是固态储氢的重要介质之一，其产氢过程中生成的偏硼酸钠如何回收处理则是一道难题。

如果将石油化工副产的二氧化碳和氢气与硼化工产业链耦合，可实现硼砂工序利用二氧化碳-制备硼氢化钠储运氢气-偏硼酸钠吸收二氧化碳生成硼砂的大循环。

下面逐一分析。

第一个环节——硼砂碳碱法是消纳二氧化碳的关键步骤。

碳碱法是一种中国特色十分鲜明的硼砂工艺。当前世界上生产硼砂的方法有酸法、碱法、碳碱法、水浸溶解法和含硼盐湖卤水法等多种，其中，碳碱法是我国为了解决大部分硼矿属于品位较低的硼镁矿问题，专门开发出的具有独立自主知识产权的硼砂生产工艺。该方法自20世纪60年代发明以来，广泛应用于我国硼砂工业。

碳碱法需要使用二氧化碳配合碳酸钠溶解硼镁矿，一步直接生成硼酸产品。二氧化碳的分压和流量是影响硼镁矿溶解反应速度和分解率的决定性因素。

研究表明，如果使用低浓度二氧化碳（25%〜30%），硼镁矿碳解时间长达18小时以上，且分解率只有75%，不仅生产效率低下、浪费能源，也浪费了原料。

因此，使用高浓度二氧化碳生产硼砂有利于提高生产效率。我国已有研究机构研发出高浓度二氧化碳制硼砂新工艺，并已应用于辽宁等地的硼砂装置中。

目前，工业副产或直接排放的二氧化碳来源很多，包括锅炉烟道气、石灰窑气、硼砂厂碳解废气等。

但多数情况下二氧化碳浓度不高，浓度超过50%的资源有限。而合成氨尾气中二氧化碳浓度可达80%，是优质高浓度二氧化碳资源。如能将这部分碳源供给硼砂厂使用，则可在实现石化行业碳捕集利用的同时，提高硼砂行业生产效率。

以中石油为例。

其下属的大庆石化、吉林石化、独山子石化等公司均设有合成氨装置，而辽宁、吉林等地正是我国重要的硼矿区和主要的硼砂产地。如果东北地区的合成氨装置尾气经初步提浓、液化后，运送至附近的硼砂厂使用，即可形成合成氨与硼砂产业的地区协同耦合。

第二个环节——硼氢化钠是硼砂下游产品，也是重要的氢能载体，制备硼砂后，可继续制备硼酸、硼酸酯。

例如，硼酸三甲酯和氢化钠反应，可制得硼氢化钠。硼氢化钠催化水解后，可以稳定放出氢气，供氢氧燃料电池使用，也就是形成间接的硼氢化钠燃料电池体系。

相较于气态、液态储氢，硼氢化钠储氢具有安全、便捷、体积储氢密度高和质量储氢密度高等优势，是一种具有前景的氢气储运介质。

硼氢化钠水解释放的氢气，来自于原料氢化钠中和钠结合的氢。

制备氢化钠过程对所用氢气的纯度要求不高，原则上99%的工业氢气即可满足需求。有的研究甚至利用氢化钠制备过程来作为低浓度氢气提浓的手段。

石化企业中有大量副产氢气。

因此，仅需通过变压吸附装置初步提浓，即可输送至硼氢化钠生产企业，将氢气固定，实现化工副产氢的园区外利用。

2023年初，全球首艘固态氢燃料电池动力船Neo Orbis号在荷兰阿姆斯特丹港完成龙骨铺设。

其使用的氢气就来自船载硼氢化钠。而在车用能源领域，由于其经济性尚未达标等原因，车载硼氢化钠大规模商业化应用尚需时日。世界各国的车用氢能战略中，主要布局方向仍是高压加氢站。

不过，硼氢化钠作为固态储氢的代表之一，依然能够对气态储氢形成有益补充。

例如，针对叉车、物流车等封闭区域作业车辆，单独为其建设气态加氢站会受到政策等限制，如果使用硼氢化钠加氢，则能通过集中搬运固态模块的方式，一处加氢、另一处装氢，从而便捷、灵活、高效地解决气态加氢安全性低、位置受限的问题。

第三个环节——偏硼酸钠是实现硼氢化钠释氢-再生闭环的症结所在，也是吸收二氧化碳的有效方法之一。

硼氢化钠释放氢气之后会生成偏硼酸钠。如何经济、高效地将偏硼酸钠再生成硼氢化钠，是制约硼氢化钠商业化的又一个难题。

目前的研究表明，偏硼酸钠可以通过电解还原或镁基合金还原成硼氢化钠，但这两种方案条件复杂，未被实际应用。

如果跳出偏硼酸钠-硼氢化钠这一小循环的束缚，利用偏硼酸钠能够吸收二氧化碳、生成硼砂的特性，回收偏硼酸钠后不是直接再生成硼氢化钠，而是制成硼砂，从而形成偏硼酸钠-硼砂-硼氢化钠这一大循环，则可解决偏硼酸钠的循环利用问题，并将硼化工企业纳入氢能产供销储产业链中。

土耳其是世界上硼化工较为领先的国家之一。该国研究者已经开始研究如何利用吸收二氧化碳的途径高效利用偏硼酸钠。

硼化工与石油化工的耦合减碳，需要相关企业结合自身资源、区位优势，开展经济评价后抉择。