燃煤电厂中CO2的捕集

对燃煤电厂烟道气CO2的捕集进行了综述,并针对CO2的捕集方法(吸收分离法、吸附分离法、膜法、低温蒸馏法)和燃煤电厂捕获技术工艺路线(如:燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧捕集、化学链燃烧技术及以煤制氢为核心的近零排放技术)进行了较为详尽的分析和讨论.     

铁矿石载氧体串行流化床煤化学链燃烧运行分析

化学链燃烧是一种基于零排放理念的能够在煤燃烧过程中实现CO2内分离的具有很好应用前景的燃烧方式.基于东南大学1kWth串行流化床反应器,在对基于铁矿石载氧体煤化学链燃烧技术的基本概念与特点介绍的基础上,对铁矿石载氧体煤化学链燃烧特性进行实验研究分析.研究结果表明:铁矿石载氧体的存在显著提高了煤气化速率,燃料反应器出口CO2浓度将近90%,燃料反应器出口未检测到C2-C4碳氢化合物.煤种对铁矿石载氧体化学链燃烧特性影响较大,神华烟煤由于在燃料反应器较易气化,其化学链燃烧过程中碳转化率和CO2捕集效率均高于淮北无烟煤.在燃料反应器为970℃时,神华烟煤CO2捕集效率为82%,高于淮北无烟煤的65%.     

燃煤电厂中ＣＯ２ 的捕集

对燃煤电厂烟道气ＣＯ２的捕集进行了综述,并针对ＣＯ２的捕集方法（吸收分离法、吸附分离法、膜法、低温蒸馏法）和燃煤电厂捕获技术工艺路线（如：燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧捕集、化学链燃烧技术及以煤制氢为核心的近零排放技术）进行了较为详尽的分析和讨论．     

中科院二氧化碳固体吸收剂研究获进展

燃烧前CO2捕获技术被认为是一种潜力巨大的碳捕集技术,有利于实现节能减排。中国科学院工程热物理研究所能源动力研究中心结合整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）气化工艺进行了燃烧前干法CO2捕获技术研究,在CO2固体吸收刺研究方面获得了新进展。     

煤化学链燃烧颗粒流动反应的数值模拟

针对化学链燃烧气固反应速率的影响因素复杂未知的问题,本文建立了碳粒与CaSO4载氧体颗粒在水蒸气气氛下的数理模型,并利用Fluent进行数值计算,从微观上分析了温度和压力的改变,对颗粒间化学链燃烧反应速率、CO2生成速率以及载氧体表面固相生成物沉积速率的影响。分析结果表明,提高反应器内的温度和压力,均加快了CaSO4载氧体颗粒表面CaS的沉积速率,且压力的提高在很大程度上促进了沉积速率的增加,而沉积覆盖在载氧体表面上的CaS导致了反应速率的下降。该研究有利于高纯度CO2气体的捕集,从而达到减排的目的,对化学链反应速率的控制具有重要意义。     

一种温室气体减排技术

目前，化石燃料燃烧过程的CO2捕集技术主要包括燃烧后吸收、燃烧前脱碳和纯氧燃烧技术三种．然而，这些技术因为成本比较高、工艺复杂等原因，仍未得到广泛的应用．笔者提出了一种新型的燃烧技术——熔融盐循环热载体无烟燃烧技术．该技术把一个燃烧过程分为氧化剂生成和燃料燃烧两个步骤进行．第一步，氧气与氮气实现分离，得到高纯度的氮气；第二步，燃料与第一步生成的氧化物发生反应放出热，同时生成CO2和水蒸气，CO2很容易和水蒸气发生分离而被回收．理论上讲，整个燃烧过程不向环境中排放CO2，NOx和SO2等有害气体．金属氧化物分散在熔融盐中充当氧载体，燃烧过程在熔融盐体系中进行．笔者以Li2CO3 K2CO3 Na2SO4作为熔融盐体系，CH4作为燃料，CuO用作氧载体这一个典型的无烟燃烧体系进行了实验研究．结果表明，燃烧过程可以按照理论分析的过程进行，燃烧放出热能的同时得到了纯度为77．0％～95．0％的CO2和91．9％～99．3％的N2．这样高纯度的CO2有利于进一步捕集和储存，因此，这一技术在减少温室气体排放方面的潜力是巨大的．     

基于技术经济学的碳捕集系统参数影响分析及优化

在燃煤机组中添加碳捕集设备是现阶段实现CO2减排的有效途径,但是碳捕集设备的添加往往造成机组能耗和成本的显著增加。从碳捕集系统仿真模型和碳捕集机组耦合系统出发,基于技术经济学方法,分析了碳捕集系统主要参数对再生能耗、发电成本以及捕碳成本的影响,选取了碳捕集系统最佳运行参数。结果显示捕集率在85%的情况下,贫液负荷为0.24 mol/mol、MEA溶液浓度为30%、再生塔压力为0.19 MPa、贫液入口温度为40℃时碳捕集系统运行状态最佳,此时再生能耗为3.963 GJ/t CO2,发电效率为35.450%,发电煤耗为346.979 g/k W·h,发电成本为0.564$/k W·h,捕碳成本为299.417$/t CO2。     

CO2-岩石-地层水相互作用实验

为研究温室气体CO2埋存及提高采收率注入过程对储层物性的影响,在室内开展了CO2-岩石-地层水相互作用的静态和动态实验.主要研究了饱和CO2地层水注入对储层岩石矿物的溶蚀作用、新矿物沉淀现象、地层水矿化度的变化情况以及储层渗透率的变化原因.结果表明:1)静态实验反应液中HCO3-与岩石反应,出现CO32-液体呈弱酸性,黄铁矿导致Fe(OH)3沉淀生成;2)动态实验驱替过程中同时存在CO2的溶蚀作用和沉淀作用,沉淀作用较强,溶蚀作用较弱使得物性变差.该研究成果揭示了CO2-地层水-岩石的相互作用机理和储层渗透率变化的原因,为温室气体CO2规模化捕集与封存以及资源化利用提供了地球化学依据.     

火电厂CO2 CCS技术分析

介绍了火电厂CO2排放特点,将CO2减排技术分为捕集与封存两个部分进行讨论,提出了火电厂CO2捕集的4种主要技术路线;比较分析了几种主要捕集方法的技术特点和火力发电适用性,CO2应用于我国火电厂需解决的问题;综述了CO2的封存技术和综合利用。     

CO2的能源化利用技术进展与展望

在当前碳中和背景下,人类向着"少碳、用碳与无碳"的CO2减排之路前行.CO2捕集、利用与封存技术(CCUS)作为最直接的"碳中和"技术策略,为促进大气CO2净减排发挥了重要作用.然而,当前CCUS技术普遍面临着低效率、高能耗、高成本的技术难题,限制了该类技术的大规模应用与推广.近年来,随着可再生电能的不断发展,CO2减排与能源体系耦合的电池技术、储能技术应运而生,这类CO2能源化利用技术有望解决当前CCUS技术体系高能耗、高成本的技术难题,同时,有利于新能源的周期性消纳.然而,在这类CO2能源化利用技术中,主要是将CO2作为一种能源介质,对外输出的能量并非来自CO2本身;但是,CO2转变为碳酸盐的过程是化学位降低的反应过程,意味着CO2本身也是一种潜在的能源.作者利用这一热力学有利的反应,成功开发了利用CO2本身蕴含的能量进行深度发电的CO2矿化发电技术,并将CO2矿化电池的最大功率密度提升至了96.75 W/m2.     

CO_2分离用活性炭的制备与表征

以太西无烟煤为原料,KCl作为添加剂,通过成型、炭化、活化过程制备吸附法捕集烟道气CO2的活性炭.利用正交试验确定最佳的制备条件,以CO2吸附量和孔径分布等对样品进行表征.结果表明:最佳制备条件为无烟煤97g,添加剂3g,焦油用量28g,炭化温度650℃,活化温度880℃,活化时间3h,在最佳条件下制得活性炭的CO2吸附量为84.4mL/g(0℃,0.1MPa).活性炭的CO2吸附量与孔径分布关系密切,0.61~0.79nm的微孔孔容决定了活性炭对CO2的吸附性能,本研究中使用的添加剂有利于0.61~0.79nm微孔的形成.     

化学链燃烧技术的研究进展综述

化学链燃烧技术是一种具有能量梯级利用,内分离CO_2同时降低NOx生成的新型燃烧技术。首先,从气化产物化学链燃烧、固体燃料化学链燃烧以及化学链氧解耦燃烧等三种方式总结了化学链燃烧技术的研究现状。其次,分别从热重分析仪(Thermal Gravimetric Analyzer,TGA)、固定床反应器、批次流化床反应器以及接近工程示范流化床反应器等4个方面阐述了化学链燃烧技术研究中反应器的特点。此外,从氧载体的评价指标以及氧载体的改性等方面系统介绍了化学链燃烧技术中氧载体的研究进展。最后,分别从NO_x、SO_x以及氯化有机物控制方面详细地报告了化学链燃烧技术在污染物方面的进展。期望对化学链燃烧技术的进一步研究提供参考。     

基于甲烷化学链燃烧的CeO_2改性Fe_2O_3基氧载体制备与性能研究

采用共沉淀法制备了系列CeO2修饰的Fe2O3复合氧化物氧载体,利用XRD、H2-TPR技术表征了结构与还原能力,详细研究了甲烷化学链燃烧反应性能.结果表明,CeO2颗粒可与Fe2O3颗粒形成丰富的交互界面,这些界面不仅可以促进Fe2O3的低温还原能力,还能激发Fe2O3深层晶格氧的释放,促进Fe2O3被还原为更低价的铁物种,提高氧化铁的可还原性.CeO2助剂的添加还有助于提高Fe2O3氧载体的抗高温老化能力.与甲烷反应时,CeO2助剂的存在可以使CO2的生成温度向低温偏移,在恒温反应中获得更高的甲烷转化率.然而过高的CeO2含量容易引起甲烷不完全氧化的发生(生成CO和H2),影响甲烷化学链燃烧效果,CeO2的摩尔含量为5%时氧载体对应的甲烷转化与CO2生成均处较高水平.     

氨法捕集燃煤电厂烟道气中CO2的试验研究

通过氨法-塔式捕集吸收CO2新工艺中试装置,系统研究了氨法捕集燃煤电厂烟道气中氨水浓度、CO2的浓度和系统反应温度对CO2脱除率的影响,对反应产品按照国标进行了氮元素定量检测和XRD定性分析,研究了氨水吸收CO2的动力学行为,结果表明:本中试装置脱碳效率一般在84%以上,当氨水的质量浓度达到8%,燃煤电厂烟道气中CO2浓度为14.98%,反应温度为32℃时,脱碳效率可达93.2%,为氨法-塔式捕集吸收CO2新工艺的工业化奠定了基础.     

太阳能辅助燃煤机组碳捕集系统对比研究北大核心

太阳能辅助燃煤发电碳捕集系统可以在保证机组的出力的基础上实现电厂CO2的捕集,在以往太阳能与碳捕集机组结合方法的基础上提出了5种集成方案,建立了碳捕集系统仿真模型和热力系统变工况模型,计算了5种集成方式下机组的热力学性能、太阳能集热场的运行性能、电厂发电成本以及CO2减排成本等评价指标。结果表明,太阳能所需凝结水从六号加热器出口引出的方案为最佳可行性方案,机组的投资节煤比最大为0.067 5 g/k W·h/元,太阳能集热场的热电转化率最高为28.55%,发电成本最低为0.474 6元/k W·h,捕碳成本最少为265.74元/t CO2。当外置太阳能供热时,系统结构简单,初投资小,是一种可以实际应用的方案。     

太阳能辅助燃煤机组碳捕集系统对比研究

太阳能辅助燃煤发电碳捕集系统可以在保证机组的出力的基础上实现电厂CO2的捕集,在以往太阳能与碳捕集机组结合方法的基础上提出了5种集成方案,建立了碳捕集系统仿真模型和热力系统变工况模型,计算了5种集成方式下机组的热力学性能、太阳能集热场的运行性能、电厂发电成本以及CO2减排成本等评价指标。结果表明,太阳能所需凝结水从六号加热器出口引出的方案为最佳可行性方案,机组的投资节煤比最大为0.067 5 g/k W·h/元,太阳能集热场的热电转化率最高为28.55%,发电成本最低为0.474 6元/k W·h,捕碳成本最少为265.74元/t CO2。当外置太阳能供热时,系统结构简单,初投资小,是一种可以实际应用的方案。     

O_2/CO_2燃烧技术及其污染物生成与控制

O2/CO2燃烧方式更适合于煤的燃烧,经干燥脱水后烟气中CO2的浓度可达95%以上。该技术不仅便于回收烟气中CO2,还能大幅度地减少SO2和NOx排放,实现污染物的一体化的协同脱除,是一种清洁、高效的燃煤发电技术。介绍了O2/CO2燃烧技术及其发展历程,回顾了近10年来该技术在燃烧与传热特性、污染物生成与控制的理论和实验研究的进展,在此基础上提出了这一技术领域中尚待解决的问题,展望了今后的研究方向。     

CO2的能源化利用技术进展与展望

在当前碳中和背景下，人类向着“少碳、用碳与无碳”的CO2减排之路前行。CO2捕集、利用与封存技术（CCUS）作为最直接的“碳中和”技术策略，为促进大气CO2净减排发挥了重要作用。然而，当前CCUS技术普遍面临着低效率、高能耗、高成本的技术难题，限制了该类技术的大规模应用与推广。近年来，随着可再生电能的不断发展，CO2减排与能源体系耦合的电池技术、储能技术应运而生，这类CO2能源化利用技术有望解决当前CCUS技术体系高能耗、高成本的技术难题，同时有利于新能源的周期性消纳。然而，在这类CO2能源化利用技术中，主要是将CO2作为一种能源介质，对外输出的能量并非来自CO2本身。但是值得我们注意的是，CO2转变为碳酸盐的过程是化学位降低的反应过程，意味着CO2本身也是一种潜在的能源，本文作者正是利用这一热力学有利的反应，成功开发了利用CO2本身蕴含的能量进行深度发电的CO2矿化发电技术，并在最近的研究中将CO2矿化电池的最大功率密度提升至了96.75W/m2。本文依据反应原理对上述提到的CO2能源化利用技术进行了分类总结和探讨，并提出未来CO2能源化利用的发展建议，旨在为CO2减排的碳中和路径提供思路参考。     

冷冻氨脱碳机组流程仿真及其耦合方式优化

基于Aspen Plus建立火电厂及冷冻氨脱碳工艺(CAP)的仿真模型,并验证模型的正确性.冷冻氨脱碳工艺的仿真结果显示,二氧化碳捕集系统再生塔的热耗为1.26GJ/(tCO2),氨气捕集系统再生塔的热耗为1.42GJ/(tCO2).根据冷冻氨脱碳工艺的能耗特点提出3种二氧化碳捕集系统可能的疏水返回方案和3种氨气捕集系统疏水返回方案.结果显示,冷冻氨脱碳工艺与燃煤机组的最佳耦合方案以五号加热器入口作为碳捕集系统疏水的返回位置,以七号加热器入口作为氨气捕集系统疏水返回的位置.相对于原机组,最佳耦合方案下的脱碳机组的净输出功降低了127.17 MW、全厂热效率降低了7.44%、全厂标准煤耗增加了58.28g/kWh,全厂热耗增加了1705.80kJ/kWh,与传统单乙醇胺(MEA)脱碳工艺类似.最佳耦合方案下,碳捕集率每提升5%,耦合系统的净输出功降低7.48 MW、全厂热效率降低0.44%、全厂标准煤耗增加4.09g/kWh、全厂热耗增加119.58kJ/kWh.     

低碳经济与电力行业的发展机会

论述了低碳经济在调整能源消费结构及限制能源消费总量等方面的要求,提出电力行业需要大力发展核能和可再生能源发电的必要性.随着排放总量趋近饱和,碳捕集的应用将成为理想的选择,介绍了碳捕集的方法及经济性,指出碳捕集的最大成本及难点在于CO2的运输及封存.碳捕集面临技术困难及成本高双重压力,需要国家在政策上提供大力支持.