二氧化碳捕集的理论极限能耗分析

随着“双碳”目标的提出，CO₂捕集、封存与利用技术发展迅速，但与之相关的能耗理论研究相对匮乏。该文对煤电机组烟气CO₂分离的理论能耗进行定量分析，以混合物的一阶截断virial方程为基础，通过分析CO₂分离前后混合物系物性的变化，得到CO₂捕集理论极限能耗的测算方法，并对碳捕集和节能减排技术进行对比研究，得到单位发电量碳捕集的极限能耗((火用))为151.95kJ/(kW·h)。实现煤电烟气CO₂全部分离最少会使得厂用电率增加4.22个百分点。结果可为企业制定减碳技术规划和技术路线遴选提供一定参考。     

集超临界水煤气化和CO2捕集的CO2/H2O动力循环性能

基于超临界水煤气化技术,提出并研究了以超临界水煤气化合成气/O₂燃烧产物加循环H₂O为循环工质,集高效发电、CO₂捕集、移峰储能、低污染物排放等特点的燃气蒸汽混合工质动力循环(GSMC-C循环)。利用数值模拟的方法,研究了关键参数对于循环性能的影响。气化炉中的超临界水和热量均由系统内部提供,液氧的冷能用于实现CO₂的液化捕集。在超高压透平进口参数和冷凝参数分别为30 MPa/650℃、30 kPa/30℃,ASU的单位制氧功耗为0.245 kW·h/kg, CO₂全捕集参数为4 MPa/5℃的情况下,GSMC-C循环的净效率和毛效率分别为41.34%和48.06%。     

富氧燃烧模拟烟气一体化压缩脱硫脱硝试验研究

富氧燃烧是能够大规模商业化捕集CO₂的主流技术之一,为进一步探讨富氧燃烧压缩过程捕集CO₂性能、并同时一体化脱硫脱硝技术的能力,在搭建的50 kg/h规模的试验平台上,通过调整不同的参数,采用液体CO₂洗涤混合气体技术,表明压缩过程可同时脱除NO_x和SO_x等污染物,通过试验进一步研究液气比对NO_x和SO_x脱除的影响。结果表明,整体脱硫率、脱硝率可达98%以上,尾气中SO₂体积分数低于50×10^-6,NO_x体积分数小于30×10^-6,富氧燃烧系统中压缩纯化过程具备实现一体化脱硫脱硝的潜力。     

与IGCC匹配的燃烧前CO_2捕集系统动态特性分析及控制优化EI北大核心CSCD

燃烧前CO_2捕集技术在整体煤气化联合循环发电(IGCC)的应用正处于起步阶段。与传统化工系统里CO_2捕集不同,IGCC发电机组要求能够经常在不同负荷下运行,并能保持较高的系统热效率,因此对其动态特性以及控制方案的研究是十分必要的。针对正在建设的某30MWth的燃烧前CO_2捕集系统,基于DYNSIM软件平台搭建了其MDEA脱硫脱碳工艺流程动态仿真模型,研究了CO_2捕集率对主要调节变量的动态响应特性,并针对其特点提出了优化控制方案。将其与原有方案对比,仿真结果表明,应用该方案不仅可以提升CO_2捕集率的动态响应品质,还降低了能耗。     

集成氧离子传输膜的CO_2零排放IGCC系统研究

为进一步降低从整体煤气化联合循环(IGCC)系统中捕集CO2的能耗,研究了一个集成氧离子传输膜(oxygen ion transport membrane,OTM)的富氧燃烧法低能耗捕集CO2的IGCC系统。利用Aspen Plus软件对系统进行了模拟,并对新系统与采用深冷空分的富氧燃烧法捕集CO2的IGCC系统及不回收CO2的IGCC系统进行了比较研究,并分析了OTM原料侧压力、渗透侧压力以及OTM运行温度对新系统性能的影响。研究结果表明:与采用深冷空分的富氧燃烧法捕集CO2的IGCC基准系统相比,集成OTM的新系统效率高出1.88个百分点,比传统不回收CO2的IGCC系统效率下降了6.67个百分点。     

燃煤烟气全流程CCUS系统的技术经济分析

燃煤电站全流程CO₂捕集、利用与封存（CCUS）装置各个环节选用合适的技术决定其经济性,采用逐项比较的方法,确定出在不同条件下CO₂捕集、压缩、输送及驱油各个不同工段应采用的工艺技术,然后分别从建设投资与运行成本角度分析了各个工段的影响因素并有针对性地提出优化措施,并对3个100万t/a相同规模的不同地址燃煤电厂与不同位置油田驱块的组合方案进行了经济性评价。结果表明,CO₂输送距离是建设总成本的主要影响因素,而中长期CO₂公用输送管网的规划完善将弥补CO₂平均输送距离带来的成本增加。     

燃煤烟气碳捕集两相吸收剂开发及其性能研究

化学吸收法捕集燃煤烟气中的CO₂是一种有效的降低CO₂排放的方式。两相吸收剂与传统有机胺吸收剂相比，能够明显降低捕集过程中的再生能耗，降低捕集成本。开发了一种新型的两相吸收剂，以物理溶剂二乙二醇二甲醚作为分相剂，乙醇胺和羟乙基乙二胺作为主剂，对其吸收再生性能、黏度、水相占比与分相区间进行了测试，将两相分别进行核磁共振光谱分析以确定其组成和分相机理。针对配方中的有机胺成分进行了优化，优化后的吸收剂配方吸收再生性能均优于传统的5 mol/L乙醇胺吸收剂，循环吸收容量可达2.086 mol/kg,99%以上的CO₂富集在水相，进入再生塔的吸收剂流量可减少约40%，富水相黏度低于10 mPa·s，理论再生能耗(以CO₂计)为2.688 GJ/t，具有良好的工业化应用前景。     

浸渍法制备的固态胺CO2吸附剂吸附性能

控制和减缓化石燃料电厂的CO₂排放对于缓解大气中CO₂浓度的持续上升具有重要意义。作为一种燃烧后CO₂ 捕集技术,固体CO₂吸附剂具有低能耗、弱腐蚀性、易再生等优点,在CO₂减排领域有着广泛的应用前景。介绍浸渍法制备的固态有机胺吸附剂对CO₂的吸附性能,着重介绍载体性质、有机胺负载量、温度和烟气含水量等因素对固态胺吸附剂吸附性能的影响,并对其机理进行了分析。此外,对比了不同固态胺吸附剂在75 ℃下对CO₂的吸附能力。分析认为,相对于其他类型的CO₂固体吸附剂,固态胺吸附剂较适用于从高温湿烟气中捕集CO₂。     

燃气电厂烟气CO2 捕集工艺实践

控制电力生产过程中的碳排放量是应对气候变化的重要手段。在当前技术条件下,基于化学吸收法的CO₂捕获和封存（CCS）被认为是最具经济和技术可行性的碳减排方案。采用化学吸收法工艺系统,选用MEA（-乙醇胺）和离子液作为吸收剂,通过实验研究,对比分析了MEA和离子液2种吸收剂捕集CO₂工艺的技术可靠性、经济性和风险性;对电厂实现CO₂捕集所需要的能源消耗、成本增量以及对电与热的价格影响等进行了分析与评价。     

与IGCC匹配的燃烧前CO_2捕集系统动态特性分析及控制优化

燃烧前CO_2捕集技术在整体煤气化联合循环发电(IGCC)的应用正处于起步阶段。与传统化工系统里CO_2捕集不同,IGCC发电机组要求能够经常在不同负荷下运行,并能保持较高的系统热效率,因此对其动态特性以及控制方案的研究是十分必要的。针对正在建设的某30MWth的燃烧前CO_2捕集系统,基于DYNSIM软件平台搭建了其MDEA脱硫脱碳工艺流程动态仿真模型,研究了CO_2捕集率对主要调节变量的动态响应特性,并针对其特点提出了优化控制方案。将其与原有方案对比,仿真结果表明,应用该方案不仅可以提升CO_2捕集率的动态响应品质,还降低了能耗。     

膜法二氧化碳分离技术研究进展及展望

二氧化碳的排放导致了严重的环境和生态问题,而碳捕集、利用和封存技术(carbon capture,utilization and storage,CCUS)是减缓CO2排放的有效途径.在众多的CCUS方法中,膜分离因其能效高、成本低、投资少、维护运行简单等优点引起了广泛关注.综述了燃烧前捕集、燃烧后捕集和天然气脱碳中的...     

两相吸收剂捕集二氧化碳技术研究进展

化学吸收法是现阶段烟气CO2捕集较为成熟的技术路线之一,但吸收剂能耗高影响了该技术广泛工业应用.两相吸收剂具有大幅度降低再生能耗的潜力,受到国内外研究学者广泛关注.该文综述了目前两相吸收工艺和两相吸收剂的研究进展,介绍3种两相吸收工艺及其降耗原理.重点介绍混合胺型和物理溶剂型两类两相吸收剂的研发现状,分析和比较分相特性...     

基于跨临界CO2热泵的茶叶生产能源系统负荷削减潜力

乡村产业中的化石能源设备逐渐被电能技术替代，引起了乡村负荷波动增大、部分时段产生集中高负荷的问题。为了解决以上问题，将低品位清洁能源应用至乡村的茶叶生产中，针对烘茶全过程的工艺要求提出了跨临界CO₂热泵烘茶技术；并以某茶叶生产乡村为对象，对其代表台区的全年日用电量及产茶日负荷进行了分析，得出采用CO₂热泵烘茶后其负荷得到大幅度削减，整体可降低至原负荷的39.6%~46.8%，峰值负荷与平时负荷的比值由原本的13.6降至5.4~6.2。跨临界CO₂热泵应用至农产品生产中可有效缓解乡村供电压力。     

中国煤电生命周期二氧化碳和大气污染物排放相互影响建模分析

煤电在中国电力供应结构中占据主导地位,其环境影响是研究热点之一。建立中国煤电生命周期二氧化碳和大气污染物排放分析模型,基于文献调研构建参数数据库,测算中国煤电的单位发电量排放。结果表明,近年来中国煤电生命周期单位发电量的CO₂、SO₂、NO_x和PM_2.5排放分别为838.6 g/（kW·h）、0.34 g/（kW·h）、0.32 g/（kW·h）和0.08 g/（kW·h）。其中煤电单位发电量大气污染物排放,比实施超低排放改造前,下降幅度超过90%。研究发现,增大单机机组规模和进行超低排放改造能够有效降低煤电发电过程的大气污染物排放,采用煤电燃烧后碳捕集和存储(carbon capture and storage, CCS)处理技术能够使煤电CO₂排放下降到144 g/（kW·h）,助力碳中和目标实现。如果不采用更加严格的大气污染物排放标准和处理方式,CCS技术可能会使煤电大气污染物排放强度上升30%~40%,这与碳捕集过程使用的技术有关。     

供氢体应用于碳捕集与资源化领域的前景分析

二氧化碳（CO₂）的大量排放已显著加剧温室效应和生态环境恶化。催化转移氢化法在CO₂资源化利用领域研究广泛且技术成熟。从以气态氢为主要还原剂催化氢化CO₂工艺的研究现状、供氢体还原特性及其目前应用进展等角度展开综述,并就上述研究中存在的优势和不足提出见解,建议未来供氢体应用于碳捕集与资源化领域可能的研究方向,旨在为推动CO₂资源化利用研究的长足发展提供借鉴。     

中国能源碳排放因素分解与情景预测

我国能源活动碳排放占总碳排放85%以上,研究能源活动碳排放的变化规律对于实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。首先,采用对数平均迪氏分解法(logarithmic mean Divisia index,LMDI)对1995—2017年我国能源消费碳排放变化的影响因素进行分解,从经济规模、产业结构、能源强度、能源结构、能源价格、人均可支配收入、人口规模这7个方面,模型给出了相关因素对一、二、三产业和居民部门碳排放变化的贡献。结果表明,对于3个产业部门,经济增长是碳排放增长的首要驱动力,而技术进步带来的能源强度下降、产业结构优化和能源消费结构改善呈现负效应,且产业结构优化和能源结构清洁化的作用越来越显著。对于居民部门,人均可支配收入是居民部门碳排放增长的推动力,而能源价格呈现明显的负效应。其次,设计了3种情景,运用可拓展的随机性的环境影响评估模型(stochastic impacts by regression population,affluence and technology,STIRPAT)对2030年我国能源碳排放进行预测,在以实现碳达峰为目标的低碳情景中,我国能源碳排放有望于2025—2029年实现达峰,峰值水平为101亿~110亿t。最后,为实现碳达峰碳中和目标,建议以构建中国能源互联网为基础平台,实施“清洁替代”和“电能替代”,推进能源转型。     

碳捕集燃气热电机组碳循环及其虚拟电厂优化运行

针对新型含碳捕集热电联产燃气机组的碳利用和经济运行问题,构建其与风电、电转气（power-to-gas,P2G）聚合的虚拟电厂。将所排放的CO₂捕集并输送至P2G,作为电转气的碳原料,产气为燃气机组提供燃料补充,从而在虚拟电厂中实现碳循环利用。以虚拟电厂收益最大为目标,以CO₂捕集率、热电比、热电厂电出力以及电转气功率为决策变量,建立虚拟电厂优化运行模型。仿真结果表明,这种聚合模式的虚拟电厂,可获得更高的经济效益、更好的风电消纳效果、更低的碳排放。这种虚拟电厂及其碳循环利用方式,是一种有效的减少弃风、降低排放、增强碳利用的能源运转途径,具有显著经济及社会效益。