二氧化碳捕集技术研究进展

由于全球温室效应不断增强,全球温度上升引发冰川融化,使得海平面上升和海水酸化。二氧化碳(CO₂)是人为排放温室气体的主要组成部分,占比四分之三。随着碳中和碳达峰目标的提出,CO₂捕集与封存(CCS)技术作为具有前景的策略正在引起全球关注。本文介绍了燃料燃烧前、富氧燃烧和燃烧后烟气中CO₂捕集技术,以及吸收、吸附和膜分离等CO₂分离技术,提出固体吸附剂对CO₂进行吸附和分离是一种具有应用前景技术,从CO₂吸附剂方面展望二氧化碳捕集技术研究方向。     

二氧化碳捕集分离技术综述

二氧化碳捕集技术大致可分为:燃烧前脱除二氧化碳,如整体煤气化联合循环发电系统(IGCC);燃烧中脱除二氧化碳,如化学链燃烧(CLC)和富氧燃烧(Oxyfuel Combustion);燃烧后烟气中二氧化碳捕集与封存(CCS)。本文在现有基础上综述了新型二氧化碳捕集技术,包括离子液体吸收、金属有机骨架化合物吸附、电化学法等。     

二氧化碳捕集技术研究进展

随着全球工业的快速发展,二氧化碳的大量排放被认为是造成气候变暖最主要原因,二氧化碳的捕集和封存已经成为研究的热点,本文综述了近年来CO2捕集技术的研究进展,主要有燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧三条技术路线,最后提出了可以提高二氧化碳捕集能力的策略与展望。     

太阳能辅助碳捕集:适用技术、性能比较和发展趋势

太阳能辅助碳捕集系统集合了提高能源转换效率、使用可再生能源和二氧化碳捕集与封存3种应对气候变化挑战的技术,是跨学科研究中的新兴领域。本文综述了燃烧后、燃烧前和富氧燃烧碳捕集技术中太阳能辅助碳捕集的研究现状,并从分离方式、分离技术和太阳能辅助方式等方面进行了深入分析。其后从分离理想最小功和分离热力学效率对不同二氧化碳的分离技术进行了性能评价。最后对太阳能辅助碳捕集技术的发展趋势进行了梳理,分离模型方法不再适合光催化等第二代碳捕集技术,碳捕集理论研究的框架有待拓展;太阳能辅助环节将从碳捕集过程逐步扩展到运输和储存过程;太阳能辅助形式中的梯级利用更加灵活多样。该新兴技术在能效基础理论、太阳能梯级利用和高效集成三方面亟待突破。     

波塞特葡萄酒采用去氧技术的PET包装瓶

空气产品公司致力于为能源工业及化学公司和其他能源密集型行业提供大规模二氧化碳捕集或二氧化碳减排技术。该公司正在采用3项技术使发电厂减少或避免二氧化碳排放，包括后燃烧洗涤系统，电厂排放娴囱的终端捕集二氧化碳技术，以及涉及二氧化碳捕集和分离的预燃烧气化技术。     

化学吸收法捕集二氧化碳的研究进展

近年来,由于化石燃料的大量燃烧,二氧化碳的排放量剧增,进而引起了一系列生态问题。因此,研究更有效的二氧化碳捕集技术及更高效的二氧化碳吸收剂迫在眉睫。众多学者综合考虑燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧3种二氧化碳捕集工艺技术后,发现燃烧后捕集工艺技术最适合工业应用。化学吸收法作为燃烧后捕集二氧化碳的一项高效节能、相对成熟的新兴技术,是目前电厂应用最广和最具潜力的捕集技术之一。首先介绍了碳捕集技术的研究现状,然后着重阐述了目前碳捕集技术中备受关注的4种化学吸收剂,即有机胺溶液吸收剂、离子液体吸收剂、氨水溶液吸收剂和新型相变吸收剂,并分别探讨了这4种吸收剂的捕集原理、研究现状、各自的优缺点及改进方向。     

碳捕集技术研究进展

碳捕集技术对于减少大气中的CO_2浓度显得至关重要,尤其是对于排放大量温室气体的火力发电厂和工业源的CO_2捕集。本文主要概述了CO_2的燃烧前捕集、富氧燃烧捕集、燃烧后捕集这3种主要的碳捕集技术的研究现状,并结合当前正在研究的碳捕集技术,提出了碳捕集技术未来可能的发展方向。     

氨法捕碳技术再生过程无机添加剂效应研究进展

近年来,二氧化碳等温室气体的过量排放已成为全球气候变化的主要原因,为达到“碳达峰、碳中和”的目标,中国积极参与国际社会碳减排行动,主动顺应全球绿色低碳发展潮流。由于中国正处于新旧能源结构交替的过渡期,二氧化碳重要来源是以化石燃料燃烧为主的火电厂排放的烟气,因此减少烟气排放并进行二氧化碳捕集仍是碳减排的关键。碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage,CCS）技术中的氨法碳捕集技术具有众多优点,成为目前研究热点之一。通过类比氨法脱碳过程中添加剂对氨逃逸与二氧化碳脱除效果的影响,重点分析了无机添加剂对富液解吸的影响,对国内外的研究进展进行了综述,对该技术未来发展方向进行了展望,包括再生机理、再生能耗、氨逸出、添加剂与吸收剂的循环利用与过渡金属氧化物的尝试等。     

无机固体吸附剂在二氧化碳捕集应用中的研究进展

随着全球气候变暖,二氧化碳的捕集、利用和封存（CCUS）逐渐成为科学界和工业界的研究热点。CCUS的关键是选择性地从气体混合物中捕集二氧化碳。目前二氧化碳捕集技术包括化学吸收、膜分离、吸附和低温分离等。吸附法是利用吸附剂对不同气体的吸附能力差异来进行二氧化碳捕集。综述了分子筛、介孔二氧化硅、黏土及多孔碳等无机固体吸附剂在二氧化碳捕集应用中的研究进展。对比了不同改性方法对吸附剂吸附二氧化碳性能的影响。从应用角度来看,分子筛、介孔二氧化硅、黏土具有潜在的成本效益,但仍需在工程设计开发方面得以进一步发展,以适用于不同应用需求的二氧化碳捕集。     

聚离子液体二氧化碳分离膜材料的研究进展

近年来,全球二氧化碳排放超过370亿吨/年,对气候和自然环境造成严重影响,亟需发展碳捕集、利用与封存技术。气体膜分离是一种条件温和、操作简单的无相变分离技术,随着高渗透性、高选择性膜材料的不断涌现,逐渐成为全球碳捕集技术的主要发展方向。聚离子液体膜材料中含有大量高度亲和二氧化碳的功能基团,有望实现超高渗透选择性,被誉为下一代气体分离膜材料。综述了聚离子液体膜材料的研究进展,以渗透机制为主线重点介绍了面向碳捕集的阳离子型聚离子液体膜材料(主链型和支链型)的设计合成,包括阳离子和阴离子基团的选择,合成途径的选择,以及聚离子液体膜的结构设计优化。讨论了聚离子液体作为二氧化碳分离膜材料的优势和面临的挑战。     

水合物法分离二氧化碳的研究现状

介绍了利用水合物法从火力发电厂排放的烟气和从整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）合成气中分离二氧化碳（CO₂）的研究及发展现状,包括水合物形成促进剂和添加剂的选择,水合物分离捕集工艺以及成本核算。TBAB和THF在研究中证明能有效地提高水合物形成速度、降低反应压力、提高CO₂的分离捕集效率。在此基础上,提出了不同的分离捕集工艺,这些工艺都是以水合物法分离为主,结合化学吸附法或者膜分离法而展开。通过与传统的化学吸附法的成本核算做比较,发现水合物法分离捕集每吨CO₂的成本约为USD 26,比化学吸附法要便宜约31%,并且随着水合物法研究的进一步深入,水合物法分离捕集CO₂的成本还可能进一步降低,显示了未来的工业应用中有光明的前景。     

添加剂对水合物法回收烟气中二氧化碳影响的研究进展

阐述了目前基于添加剂环境下水合物法分离烟气中CO2的研究进展,主要对烟气水合物热力学、动力学、分离效果3个方面的研究状况进行了总结。重点对当前应用于烟气体系研究较多的几类添加剂——四正丁基溴化铵(TBAB)、四氢呋喃(THF)、环戊烷(CP)的性质、原理、优势及不足进行了介绍和对比,对一级水合物法处理烟气的研究现状进行了分析和评价,并预测了有效提高水合物法分离效果的可行方法。     

生物质合成气调变方式对其合成甲醇的影响

对生物质气、工业合成气、重整后生物质气及配氢后生物质气4种合成气进行了合成甲醇的研究. 发现甲醇产率顺序为工业合成气>重整生物质气>配氢生物质气>生物质气,生物质气合成甲醇产率较低主要是因为其为富CO2体系. 实验同时发现(H2-CO2)/(CO+CO2)比值在1.5~2之间时,(H2-CO2)/(CO+CO2)比值对液相产物中甲醇选择性没有明显影响. 液相产物中甲醇选择性随CO2含量上升而下降.     

中空纤维膜反应器内合成气发酵制氢的研究

研究了在中空纤维膜生物反应器(MBR)内利用合成气中的CO作为碳源连续发酵制氢的性能。厌氧发酵菌C.hydrogenoformans应用于生物催化合成气发酵制氢反应中,可把CO和H2O直接转化为CO2和H2。在MBR内连续厌氧发酵,分别考察了不同CO进料载荷和液相循环量对反应器产氢性能的影响。实验结果表明,在CO进料载荷为0.22 mol/d、液相循环量为1 500 mL/min时,分别得到最大的CO转化率97.6%和产氢速率0.46 mol/d,产氢得率保持在90%以上,同时计算得到膜生物反应器中的气液传质系数为1.72 h-1。     

电感耦合等离子体原子发射光谱法快速测定氢氧化钾中微量碳酸根含量

通过酸化氢氧化钾水溶液,使样品中的碳酸根生成二氧化碳,生成的二氧化碳在水中溶解度比较大而溶解在原水溶液中,然后使用ICP-AES蠕动泵单管抽取溶液,并使溶液在雾化器中进行气液分离,使溶液中的二氧化碳以气态进样方式别测定,显著的改善了测定灵敏度和检出限。测定了真实样品氢氧化钠与氢氧化钾中碳酸根含量,并用滴定法对分析结果进行了验证。结果表明,用本法测定的样品结果有很好的回收率,与滴定方法结果吻合。本方法与传统的在线蒸气发生法比较,无需变动仪器任何进样设置,操作简单迅速,在电感耦合等离子体原子发射光谱极为普及的今天,为快速分析各种烧碱中的无机碳提供了一个很好的分析方法。     

纳米碳管和纳米二氧化硅修饰玻碳电极示差脉冲伏安法测微量铜

本文用纳米碳管和纳米二氧化硅修饰的玻碳电极以1mol/LH2SO4为底液测定Cu^2＋,方法是先在-0．5V进行预还原120s,然后用示差脉冲伏安法进行阳极扫描,发现在-0．04V（vs．SCE）处出现铜的氧化峰,且峰电流与Cu^2＋的浓度在5．0×10^-8～1．0×10^-2mol/L范围内呈良好的线性关系,该方法的检出下限为1．0×10^--8mol/L。用标准加入法测得回收率范围为92．3％～104．2％,相对标准偏差（RSD）为3．5％。将此电极用于实际样品的测定,取得较好的结果。     

磷肥副产物生产氟化钠联产水玻璃工艺技术

介绍利用磷肥副产氟硅酸钠生产氟化钠联产水玻璃一体化工艺技术,并探讨其工艺控制条件。固体氟硅酸钠与w(Na2CO3)20%～30%的碳酸钠溶液在90～95℃充分反应1～1.5h,得到氟化钠与二氧化硅。该工艺的关键技术是通过加入热的强碱溶液使二氧化硅完全溶解,实现氟化钠与二氧化硅的分离。该技术氟化钠与硅胶分离简单,在碱性环境(pH值8～8.5)操作,设备腐蚀小,所得产品均符合国家标准。     

面向CO2分离的膜-深冷耦合过程优化

二氧化碳的分离与纯化是当前的研究热点,而随着环保要求的提高,传统单一的分离手段难以满足行业要求,多种分离方法的集成逐渐得到研究者的重视。以整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）流程中二氧化碳的分离与回收环节为例,在流程模拟的基础上,拟合出该体系状态方程的多项式形式。进一步,构建耦合膜-闪蒸超结构数学模型,在设定最低产物纯度和回收率的情况下,以最小化年度费用为目标,筛选出最优的分离序列。     

IGCC系统中燃机岛优化研究

为提高IGCC系统的功率和效率,需要对系统进行优化。采用Thermoflex软件从系统的角度出发对燃机岛进行了优化研究。研究表明：等燃气轮机排气温度（死）调节为燃气轮机的最佳调节方式。合理搭配压气机抽气比例和N2回注量可提高IGCC的系统效率,最佳匹配为整体空分系数0．2和N2回注系数0．6。采用燃气湿饱和法为主,N2稀释为辅的NOx排放控制方案有利于提高系统效率,最佳控制方案为燃料湿饱和法＋N2回注系数0．6＋整体空分系数0．2。     

二氧化碳捕集技术及应用分析

分析了CO2捕集技术及现状。CO2捕集是CCS的关键技术单元之一,针对不同的CO2气源,国内外研究开发了多种技术。许多CO2捕集技术已经工业化,其中燃烧后烟气中CO2的捕集技术主要是以一乙醇胺(MEA)为基础的胺法;燃烧前的CO2捕集技术主要应用于IGCC电厂,一般需要对煤气中CO进行部分变换,变换后脱碳可采用成熟技术,如Selexol(NHD)等。富氧燃烧则是在中试成功的基础上,进行更大规模的工业示范。国内外大型煤制油化工项目主要采用低温甲醇洗脱除CO2,如果设置CO2产品塔,则可以获得体积分数98%以上的CO2。天然气脱碳主要采用MDEA技术。另外还有低温法、PSA、膜分离等CO2捕集技术及化学链燃烧等一些正在研发的技术。