二氧化碳捕集技术研究进展

CO₂是造成温室效应的主要气体,如何有效解决CO₂引起的气候问题越来越受到人们的关注。近年来,通过大力发展可再生能源和清洁能源试图从源头上降低碳排放,但由于短期内人类生产生活离不开对能源的消耗,要做到完全脱碳是不现实的。事实上,二氧化碳不仅是一种温室气体,也是一种潜在的碳资源。因此,如何捕集并有效利用CO₂成为业界一直在探索关注的研究方向。通过介绍和分析化学吸收法、多孔固体吸附法、膜分离法、深冷分离法、水合物法和微生物法等各类CO₂捕集技术的研究现状、适用场景和技术发展重点,总结对比不同CO₂捕集方法的优点和局限性,并针对不同技术的未来前景和建议方向进行了展望。以期为CO₂捕集和利用途径提供有益的借鉴和参考,推动CO₂捕集技术实现大规模商业化应用。     

碳捕集与封存

正碳捕集与封存(简称CCS)是指将大型发电厂所产生的二氧化碳(CO2)收集起来,并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。这种技术被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖最经济、可行的方法。CCS技术可以分为捕集、运输以及封存三个步骤,商业化的二氧化碳捕集已经运营了一段时间,技术已发展得较为成熟,而二氧化碳封存技术各国还在进行大规模的实验。二氧化碳的捕集方式主要有三种:燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集。燃烧前捕集主要运用于IGCC(整体煤气化联     

基于层次分析法和熵权法的中小型沼气工程净化提纯技术筛选

文章构建了3层次13指标的沼气提纯技术综合评价体系,并运用层次分析法和熵权法从技术成熟度、产品气性能、设备适应性、环境指标和经济指标5个方面对13个指标进行了权重排序,得出最重要的3项指标分别为产品气纯度、甲烷回收率和对不同来源沼气的适应性,其权重分别为0.179 6,0.111 1和0.105 4。在该评价体系的基础上,采用模糊综合评价法对5种常用沼气提纯技术进行适合中小型沼气工程提纯系统应用的排序,得出其顺序为膜分离法、变压吸附法、化学吸收法、物理吸收法、深冷分离法。层次分析法和熵权法的综合使用,减弱了层次分析法的主观性影响,避免了熵权法偏离实际生产的可能,为沼气提纯技术的筛选提供了一种科学的方法。     

基于碳捕集的太阳能-燃煤机组热力系统性能分析

针对碳捕集系统对燃煤机组热力性能方面的影响,以600 MW超临界汽轮机组为研究对象,研究燃烧后碳捕集的再生能耗,提出基于碳捕集的太阳能辅助燃煤机组热力系统集成方案,阐述该集成系统碳捕集的工作原理和吸收机理,对比分析太阳能碳捕集集成系统较传统碳捕集系统在热力性能方面的优势。利用系统灵敏度分析法,计算太阳能集热器价格波动时在成本上与之相抗衡的煤价,为实际中燃煤机组碳捕集集成方式的选定提供依据。结果表明:在碳捕集率为85%,日照辐射强度为500 W/m~2,其他参数相同的情况下,太阳能碳捕集系统和传统燃煤碳捕集系统的热效率分别为43.604%和38.238%,按太阳能市价1800$/m~2计算,太阳能-燃煤机组碳捕集电站的发电成本为0.5577$/(k Wh)。     

基于富氧燃烧CCS技术对我国低碳发展的研究

本文介绍了低碳发展的理念和实现路径,分析了CCS技术为低碳发展提供了切实可行的技术基础;介绍了燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕集技术,认为富氧燃烧捕集技术综合效益较高,对于发展低碳经济而言或许是一项技术创新的解决方案。     

二氧化碳捕集技术进展

CO2是主要的温室气体之一,据统计,1965~2011年全球CO2年排放量从117×108t增长到340×108t,46年间增长了近2倍,年均增长率2.35%,累计排放量达1×1012t以上。预计到2030年,全球CO2年排放量将达到427×108t。化学吸收法是目前工业上捕集CO2的主要手段,主要包括Econamine FGSM工艺、HICAP+TM工艺、DXMTM工艺、KM-CDR工艺、Cansolv CO2捕集工艺、西门子捕集工艺、可再生溶剂吸收工艺、Hitachi技术、Praxair技术、两步闪蒸工艺、CESAR工程工艺和Toshiba工艺等,化学吸收法的溶剂主要是有机胺。虽然有机胺化学吸收法是最有效、最常用且较为经济的CO2捕集方法,但由于有机胺水溶液具有一定的挥发性,也会导致对CO2的吸收能力下降、排放的胺对环境产生一定危害、有机胺腐蚀设备以及由此产生的维护问题等。其他工艺还有膜分离工艺、熔融碳酸盐电化学分离工艺、生成CO2水合物、酶基吸附工艺以及离子液体捕集工艺等,但这些工艺均处于实验室研究阶段。     

燃煤化学链燃烧技术的研究进展

燃煤化学链燃烧技术在实现煤炭高效利用的同时有效降低了CO_2的捕集能耗,是当前具有发展前景的第二代碳捕集技术。现有的研究主要从宏观层面评价燃煤化学链燃烧系统的反应性能,而从"结构与反应性"的角度进行综合评价的研究很少。围绕煤、载氧体和反应器三大系统核心,分析了煤种及其附属产物(煤灰、硫和氮)对燃煤化学链燃烧系统反应性能的影响;基于现有的载氧体开发类型及提高煤气化速率的载氧体改性方法,提出廉价、高效载氧体的规模化制备是未来载氧体研发的重点和难点;探讨了各种类型反应器的结构对煤、载氧体颗粒混合和反应的影响,指出反应器开发过程中存在的主要问题及未来的发展方向。     

耦合碳捕集的水泥窑闪蒸式余热发电系统热力学分析

为实现水泥窑低温废气余热的梯级利用以及烟气的碳捕集,提出了一种新型耦合碳捕集单元的闪蒸式余热发电系统。利用余热发电系统中一级闪蒸饱和蒸汽作为碳捕集单元的供热热源,饱和蒸汽放热后的饱和水可再经二级闪蒸产生补汽进入汽轮机做功。分别利用Aspen Plus软件模拟碳捕集单元,Ebsilon软件模拟余热发电系统,以实现系统的热集成优化,进一步对碳捕集单元进行工艺改进以降低捕碳能耗。同时,从能量和■角度深入分析系统耦合碳捕集单元后的热力性能变化,在此基础上进一步分析捕碳能耗对新系统性能的影响。结果表明：新系统的发电功率为7.452 MW,年捕碳量可达11万t左右;与耦合常规碳捕集的系统相比,新系统的捕碳能耗由3.58 GJ/t降至3.08 GJ/t,循环效率和净发电效率分别提高了0.51百分点和0.9百分点。     

油气回收集成工艺的应用浅析

油品蒸发损耗不仅污染环境,影响人体健康,也是能源的浪费。目前,已投入使用的油气回收技术主要有吸附法、吸收法、膜分离法、冷凝法4种,而油气回收集成技术是油气回收装置的发展趋势。介绍了吸收+吸附法、吸收+膜法、冷凝+吸附法、冷凝+膜法等油气回收集成技术在国内的应用情况。吸附法在国内外应用较多,可与冷凝法或吸收法相结合,达到高回收率、低能耗和高的吸附剂使用寿命。冷凝吸附法有效解决了能耗和吸附剂寿命问题,同时提高了油气回收率,实现了冷凝吸附低能耗集成工艺的优化;可根据油气性质对冷凝终温进行优化。膜分离法具有占地少、回收效果好、安全性和稳定性较高的特点,但投资偏高,随着膜技术的进步和膜的国产化,吸收+膜法和冷凝+膜法的集成工艺将有较多的应用。油气收集系统对油气回收装置至关重要,油气收集系统必须密封性好、系统阻力小、安全性高、自动化程度高。油气回收集成技术的投资与单一技术相近,运行费用低,回收效率高,能耗小。     

化学吸收法在燃后区CO_2捕集分离中的研究和应用

介绍和总结了目前研究和应用中备受关注的应用于燃煤电厂的三种CO_2化学吸收工艺——醇胺法脱碳、氨法脱碳和CaO碳酸化/CaCO_3煅烧循环脱碳。详细阐述了这三种工艺各具特色的反应原理、优缺点及未来研究的重点方向。重点介绍了三种工艺在世界范围内的应用现状,以及应用中存在的问题和解决途径,探讨了三种脱碳工艺的未来发展趋势。研究表明,吸收性能好、再生能耗低、副产物可资源化利用的新型吸收剂的配置和研发是化学吸收法脱碳未来的发展方向。同时,将CO_2的捕集和资源化利用紧密结合,间接降低捕集成本,也是脱碳技术发展的必然趋势。     

生物质基础组分化学链燃烧特性实验研究

在间歇式小型流化床上,以天然铁矿石为载氧体,实验研究了木质素、纤维素、壳聚糖3种常见生物质基础组分的化学链燃烧特性。主要考察了组分性质和反应温度对载氧体微观形貌及成分变化等影响特性,以及气相产物生成、碳转化率、碳捕集率和碳转化速率变化规律。结果表明,提高反应温度会使气相产物被载氧体进一步氧化从而释放更多热量,但也导致载氧体出现一定程度的烧结和熔融的现象,从而抑制载氧体的反应活性。在不同反应温度下3种组分的碳捕集率排序为：f(木质素)>f(壳聚糖)>f(纤维素)。当反应温度提高到950℃,3种生物质基础组分的碳捕集率和碳转化率均得到了提高。其中木质素的化学链燃烧效果最好,碳捕集率达到了90.58%,基本实现了碳元素的完全反应,明显优于壳聚糖的80.86%和纤维素的66.98%。     

碳捕集与封存技术的现状与未来

全球气候变暖问题已经越来越严重,碳捕集与封存（CCS）技术被看作是最具发展前景的解决方案之一,随着研究的不断深入,CCS技术成本将进一步降低。碳捕集工艺按操作时间可分为燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕集,其中最有发展前景的是富氧燃烧捕集。CO2-EOR技术虽然不是直接针对性地封存二氧化碳,但其不仅可以解决二氧化碳的封存问题,还能提高油田采收率,近年来得到广泛应用。我国在CCS技术的研究上进行了大量工作,CCS技术已被列入＂973计划＂和＂863计划＂,北京高碑店热电厂二氧化碳捕集示范工程受到国内外的关注。虽然CCS技术取得了长足的进步,但仍面临着很多问题,如二氧化碳泄漏问题、技术难点、建设和运行成本高昂等。CCS技术项目投资较大,如果没有政府在立法和税收机制上的激励与优惠措施,很难真正进入商业化应用阶段。好在种种迹象表明,随着全球气候问题的加剧,各国政府越来越重视CCS技术的研发和利用。     

燃煤电站锅炉二氧化碳捕集封存技术经济性分析

阐述了我国燃煤电站采取二氧化碳捕集封存技术(CCS)的必要性,简述了各种二氧化碳捕集方案,并以350 Mw电站机组为例分析了采取各种方案的经济性,燃烧后捕集碳方法在碳交易费为138元/吨CO2时达到盈亏平衡点.纯氧燃烧在碳交易费为77元/吨CO2时达到盈亏平衡,燃烧后系统强化采油收益为0.06元/kwh,氧燃烧强化采油收益为0.10元/kwh.     

碳捕集与封存技术步骤

CCS技术可以分为捕集、运输以及封存三个步骤,商业化的二氧化碳捕集已运营了一段时间,已发展得较为成熟,而二氧化碳封存技术还在进行大规模的实验。二氧化碳的捕集方式主要有:燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集。     

碳中和背景下的脱碳方案

随着"碳中和"目标的提出,我国的能源利用方式需面临调整.首先,介绍了目前我国非化石能源比重为15％左右,到2050年我国非化石能源比重将达到70％左右.其次,指出除了提高非化石能源的利用比例,在某些难以脱碳的领域必须利用碳捕集与利用等技术实现碳减排.接着,文章对碳捕集与利用技术做了详细介绍,碳捕集技术分别包括二氧化碳燃...     

基于热经济学理论的碳捕集机组热力性能分析

为了科学评价碳捕集机组的热经济性,以热经济学理论为基础,以600 MW碳捕集机组为研究对象,综合考虑热力学特性和经济学因素,建立碳捕集机组的[火用]成本和热经济学成本模型,定量分析碳捕集机组中产品单位[火用]成本和产品单位热经济学成本形成的时空特征及其在生产系统中的分布规律。结果表明:碳捕集机组中组件的[火用]成本和热经济学成本均高于原燃煤机组;影响碳捕集机组成本的主要因素为燃料[火用]成本;燃料热经济学成本和设备投资热经济学成本是碳捕集机组热经济学成本增加的主要原因。     

柴油机微粒捕集器内流场均匀性优化探讨

微粒捕集器是主要的机外净化技术之一,要充分发挥多孔介质的吸附性能必须要有一个流速均匀流场。研究捕集器内流场的流动情况对捕集器的再生有重要意义。本文数值模拟某结构微粒捕集器的内部流场,并提出针对用2参数评价其不均匀性进而提出结构改进方案,获得了更加满足要求的流场分布。     

VOCs治理技术特性分析及典型行业VOCs治理技术选择建议

本文简述了VOCs定义和危害,对比分析国内外各类VOCs治理技术应用状况,分析了两大类共10项VOCs治理技术(冷凝法、吸收法、吸附法、膜分离法、直接燃烧法、热力燃烧法、催化燃烧法、生物降解法、光催化氧化法、等离子体技术)原理、适用条件、优缺点及处理效果。针对石化、印刷、汽车制造、汽车维修、家具制造等典型行业通过实际应用案例效果对比,给出VOCs治理技术选择建议,并分析了VOCs治理技术发展应用趋势。     

太阳能辅助碳捕集的660MW燃煤电站出力变化研究

为研究碳捕集对燃煤机组出力的影响,建立了仿真模型,分析了燃煤机组加装碳捕集装置后的系统性能变化。系统分为常规方案和太阳能辅助方案,常规方案抽取机组中压缸排汽为碳捕集装置供能,太阳能辅助方案采用太阳能完全替代抽汽,以提升燃煤电站性能。以660 MW燃煤机组为研究对象,分析了碳捕集改造对燃煤电站性能的影响,并将太阳能辅助对机组性能的提升作用与常规方案进行了对比。结果表明：与原燃煤机组相比,常规方案下机组最大出力由666.70 MW下降到466.31 MW,供电效率由42.79%下降到30.69%;太阳能辅助方案下,机组出力可以达到604.30～608.06 MW,说明碳捕集会对燃煤电站的最大出力造成较大影响,而利用太阳能辅助碳捕集基本能完全恢复机组的做功能力。     

基于富液分流改进工艺的混合胺法燃煤电厂烟气碳捕集过程模拟研究

  [目的]  工艺流程优化是降低燃煤电厂烟气胺化学吸收法碳捕集过程能耗的重要方法。  [方法]  通过Aspen plus软件模拟研究了MEA吸收剂和混合胺MDEA/PZ吸收剂在三种不同富液分流改进工艺下的烟气二氧化碳捕集性能,分析了贫液负荷和分流比对二氧化碳再生过程热负荷和冷负荷的影响,同时通过浓度驱动力和温度驱动力分析揭示了解吸过程特性。  [结果]  研究结果表明,三种富液分流工艺均能有效降低二氧化碳再生热负荷和冷负荷,其中方案3效果最为显著,因为该方案可获得更为均衡更低的驱动力分布,有效减少了不可逆损失。  [结论]  相比常规MEA碳捕集系统,结合了MDEA/PZ吸收剂和富液分流改进工艺方案3的碳捕集系统再生热负荷和冷负荷可降低35.36%和71.42%,具有较好的应用前景。