同样是二氧化碳,工业级和电子级的价格能差出几十倍。卓创资讯9月7日的数据显示,湖北佑宁科技的工业级CO2报价在每吨260元,ECHEMI 9月5日的区域报价里江西355元、广东465元、湖北200元。这个价位的CO2用于焊接保护和消防灭火以及油田驱油。而电子级5N到6N的CO2,每公斤的价格以百元计,用于半导体超临界清洗和碳纳米管CVD生长。价格差距的背后是一整套精制工艺的投入。CCUS项目捕集的CO2如果只卖工业级,利润受区域运输半径限制很大,向下游高等级延伸是提升附加值的主要路径。

CCUS项目捕集的CO2原料气成分复杂。燃烧后捕集的CO2里含有氮气和氧气以及水分和硫化氢还有烃类,浓度通常在95%到99%之间。要达到不同等级的产品标准,需要经过脱硫和脱氧以及脱水和脱烃再加精馏这几道工序。脱硫用活性炭或氧化锌吸附剂,把H2S降到0.1ppm以下。脱氧用催化燃烧或钯催化剂,把氧含量压到1ppm。脱水用分子筛,露点做到零下60摄氏度以下。脱烃用催化氧化或吸附,总烃控制在1ppm以内。最后通过精馏去掉不凝性气体,纯度可以拉到5N以上。每多一道纯化工序,设备投资和运行能耗都上一个台阶,但产品等级也跟着跳一档。
食品级CO2的纯度要求是99.9%,主要用于饮料碳酸化和食品冷冻。这个等级的关键指标除了纯度,还有苯和甲醇以及总挥发性有机物的限值,国际饮料技术学会有专门的标准。工业级CO2纯度在99%以上,对杂质的要求宽松很多,价格也最低。电子级CO2的纯度从5N到6N,水分和氧含量都要小于1ppm,金属离子含量控制在ppb级别,用于半导体晶圆的超临界CO2清洗和碳纳米管阵列的CVD碳源。核医学级CO2用于PET-CT的同位素生产,对放射性杂质和生物负荷有额外要求。不同等级的CO2在钢瓶颜色和标识上也有区分,采购时要核对清楚避免错用。
精制流程的能耗主要集中在精馏和压缩环节。把工业级CO2提纯到5N电子级,每吨的电耗大约在300到500度之间,再加上吸附剂的更换和设备折旧,成本结构和工业级完全不同。CCUS项目如果只做工业级CO2销售,利润空间受区域供需影响很大,湖北等地的工业级CO2价格已经跌到每吨200元左右。向下游高等级产品延伸,需要额外的纯化设备投资,但产品的附加值和客户粘性都更高。电子级CO2的客户认证周期通常在半年以上,一旦通过验证就很少更换供应商,这也是高等级产品的护城河所在。
选型和采购上,不同等级的CO2不能混用管路。食品级和电子级的输送管路要用316L不锈钢内壁电解抛光,阀门选隔膜阀,避免交叉污染。钢瓶也要专用,电子级CO2钢瓶经过特殊清洗和抽真空处理,和工业级钢瓶严格区分。CCUS捕集端的原料气成分波动会直接影响精制负荷,建议在捕集和精制之间加一个缓冲储罐,稳定进料成分。采购高纯CO2时要求供方提供批次分析报告,核对H2S和O2以及H2O和THC还有金属离子五项关键指标。电子级CO2使用前最好在终端再加一级0.003微米的气体过滤器,防止钢瓶或管路中的微粒进入工艺设备。超临界清洗工艺对CO2中的油分也有严格要求,需要选用无油压缩机和无油润滑的输送设备。
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