空气中直接捕集CO2技术研究进展

减少碳排放并推动碳中和是应对气候变化、促进经济社会绿色转型的重要途径之一,碳中和技术已成为工业界和学术界的关注焦点。目前碳捕集与封存主要对工业固定源排放的CO₂进行处置捕集,而对占CO₂总排放近50%的分布源CO₂关注度不高。直接空气捕集(direct air capture,DAC)技术不仅可对数以百万计的小型化石燃料燃烧装置以及数以亿计的交通工具等分布源排放的CO₂进行捕集处理,还可有效降低大气中CO₂浓度。介绍了DAC的发展历史、研究现状以及发展趋势,综述了已有DAC技术的工艺流程以及反应装置,对DAC现行工艺中涉及的空气捕捉模块、吸收剂或吸附剂再生模块、CO₂储存模块进行了叙述,对比了几种工艺的优缺点以及吸附剂类型和再生方式,指出DAC技术发展的关键在于研发高效低成本的吸收/吸附材料和设备。分析了DAC吸收/吸附材料的作用原理以及吸附效果,碱性溶液原料成本相对低廉,但再生过程中能耗较高。分子筛及金属有机框架吸附剂虽然再生能耗较低,但对空气中CO₂的吸附容量和吸附选择性表现一般。胺类吸附剂具有较好的吸附能力,由于其再生温度较低,可使用工业废热或少量热能为系统供能;使用胺类吸附剂时吸附和解吸在一个单元中逐步发生,具有更高的效率和操作时间,有望降低DAC系统成本。对比了DAC与其他碳捕集技术的成本并进行了技术经济性分析,DAC成本主要包含运营和维护成本(N_Q&M)、吸附剂材料成本(N_S)和工厂设备的净成本(N_bop);指出目前限制DAC工业化应用的主要因素之一在于吸收/吸附材料和相关工艺成本过高,随着阴离子交换树脂等新型吸附剂的出现和工艺的发展,DAC成本逐年下降。全面探究吸收/吸附材料稳定性、动力学、吸附容量、选择性、再生能量损失等综合性能,研发利于快速装载和卸载吸附剂的相关装置,开发成本低廉的工艺系统是目前DAC领域的发展方向和迫切需求。DAC技术将为减少全球碳排放、实现碳中和提供重要技术支撑。     

热电厂CO2捕集与利用技术进展

2020年全球二氧化碳排放量约为320亿吨,大气中CO₂含量正在以每年1 ppm的速度上升,CO₂的捕集利用技术正受到越来越多的关注。本文全面介绍了CO₂捕集和利用技术,重点对燃烧后捕集技术进行了详细综述和客观评价。认为膜吸收CO₂捕集方法具有装填密度高、气液接触面积大,操作弹性大,运行成本低优势,具有良好的发展前景;CO₂的生物转化利用因具有反应条件温和、过程碳排放极小等优点,使其在CO₂资源化利用方面表现出优异的应用前景。     

燃烧后CO2捕集材料研究进展

简要阐述全球和我国的化石能源及CO2排放现状,针对燃烧后捕集化石燃料电厂烟道气中的CO2气体,以溶液吸收、吸附、膜分离、生物固定4种捕集方法为线索,讨论了各类CO2燃烧后捕集材料的最新进展。     

CO2捕集及工业应用研究进展

碳捕集纯化技术中吸收剂和吸收工艺的开发以及二氧化碳(CO₂)的高效利用是该领域的研究热点。本文从CO₂捕集吸收剂、吸收工艺、工业应用及生产市场方面进行了详细综述和分析,总结了我国当前CO₂产业的发展情况和研究进展,探讨了CO₂吸收剂研制、工艺开发以及CO₂利用技术开发的发展方向,并对我国CO₂市场进行了展望。     

高温熔盐法捕集转化CO2技术的研究进展

高温熔盐法具有电化学窗口宽、良好的离子与热传导能力等特点,是实现CO₂捕集和高附加值转化的潜在技术之一。总结了近年来关于高温熔盐法捕集和转化CO₂技术的相关研究,从捕集和转化原理、惰性阳极、阴极产物、能耗等方面展开论述,并讨论了该技术的发展前景。     

CO2捕集与合成甲醇利用技术的研究进展

二氧化碳(CO₂)是主要的人为产生的温室气体之一,其排放量的不断增加,引起了社会各界的广泛关注。近年来,科学家不断尝试从源头上减少CO₂的排放,但没有取得明显的效果。实际上, CO₂既是温室气体的主要来源,也是有用的碳源。因此,如何捕集和有效利用CO₂也是近年来许多学者一直在探索的研究方向。本文综述了吸收法、吸附法、膜分离法等主要的CO₂捕集方法;从CO₂的利用、H2的来源、CO₂加氢合成甲醇工艺等方面介绍了CO₂加氢合成甲醇的研究进展,为缓解CO₂排放提供参考思路。     

催化裂化实现CO2捕集的技术探讨

论述了4种碳捕集方法,即燃烧前捕集、氧燃烧捕集、燃烧后捕集和化学链燃烧捕集,得出氧燃烧捕集是比较适合于催化裂化实现CO2捕集的技术。同时,讨论了氧燃烧对再生器效率、旋风分离器效率以及取热器负荷的影响。     

钙基材料捕集CO2强化煤水蒸气气化制氢研究进展

煤炭大规模燃烧产生的CO₂加剧了全球气候变暖和温室效应,钙基材料强化煤气化制氢技术能在捕集CO₂的同时获得较高浓度的H₂,工业应用前景良好。基于国内外钙基材料强化煤气化制氢技术的研究进展,论述了钙基材料强化煤气化制氢技术的系统流程,综述了钙基材料在系统中的CO₂捕集和强化制氢反应特性和活性降低机理,总结了改善钙基材料循环稳定性、CO₂捕集性能和催化制氢性能的方法,介绍了钙基材料强化煤气化过程中碱金属等微量元素的迁移路径,论述了微量元素对钙基材料在煤气化过程中脱碳/强化制氢活性的影响特性,分析了流态化和超临界气化条件下钙基材料对煤气化制氢特性的影响,介绍了基于热力学模拟的系统能量和经济性计算,归纳了钙基材料强化煤气化制氢系统和其他可再生能源系统的耦合性能及其对制氢特性的影响。基于当前钙基材料强化煤气化制氢技术的研究进展和潜在挑战,对未来可能的研究方向进行展望,认为筛选添加剂能多方位提高钙基材料的反应性能,采用解耦气化和煤/生物质共气化技术能实现更高的制氢性能和气化转化率,研究煤中...     

山西省实施CO2捕集与封存技术前景展望

针对山西省资源禀赋、地理特征、能源消费结构和污染状况,结合CO2捕集与封存技术(CCS)发展现状,分析了山西省CO2排放源及封存区状况,指出在山西省实施CO2捕集与封存技术潜力巨大,应用前景广阔,对于碳减排和应对气候变化具有重要意义,提出通过政策及法律法规建设、资金及人才储备、合作机制建设、示范项目建设等来进一步推动山西实施CO2捕集与封存技术。     

CO2管道输送技术研究

在油田三次开采和碳捕集、利用与封存(CCUS)技术发展的背景下,将CO₂注入地层可以有效提高原油采收率,同时减少碳排放,缓解温室效应。CO₂输送是CCUS工程建设的重要环节之一,其中管道输送以输送量大、距离远、经济性好等优点一直备受关注。根据纯CO₂相态图,阐明了不同相态下CO₂温度压力范围,对4种相态下管道输送工艺流程进行分析,得出对于短距离CO₂管道,选择气相和液相输送较为合理;对于长距离CO₂管道,选择密相和超临界相输送较为合理。从管道输送工艺和经济性评价2个方面,探讨了国内外CO₂管道输送技术研究进展,并结合国内外已建CO₂管道案例,对国内CO₂管道输送技术研究提出建议。     

(NH4)2SO4对氨水法捕集水泥厂CO2影响的试验研究

水泥厂CO2排放浓度高达30%,是CO2第二大排放源,由于水泥厂普遍没有安装脱硫装置,利用氨水法脱除水泥厂CO2必然会生成硫酸铵,本文研究硫酸铵对氨水法吸收CO2的影响规律,并探讨影响机理。吸收试验结果表明,当硫酸铵浓度增加到1 mol/L以上,硫酸铵的存在对CO2吸收有抑制作用,会降低CO2的脱除效率;解吸试验结果表明,硫酸铵促进了CO2的释放速度,当硫酸铵浓度累计达到2 mol/L时,CO2最大解吸浓度可以提高5.6%。     

烟气胺法CO2捕集技术进展与未来发展趋势

全球气候变化是目前世界面临的严峻问题之一,CO₂等温室气体的过量排放是导致全球气候变暖的主要原因。碳捕集、利用和封存(CCUS)是现阶段解决全球气候变暖的必要手段,基于有机胺的化学吸收法因捕集效率高、烟气适应性好,成为目前燃煤燃气电厂捕集CO₂的关键技术路径。本文详细介绍了胺法CO₂捕集技术的基本原理及胺法CO₂捕集技术工艺流程,分析了新型吸收剂的开发、节能技术的优化等降低胺法CO₂捕集技术再生能耗和成本的关键手段。结合研究现状以及烟气胺法CO₂捕集需求,对其未来的发展趋势进行展望。     

固废源CaO基CO2捕集材料的制备与捕集性能研究进展

CO₂捕集技术是当前应对全球气候变化、缓解温室效应的重要途径。利用含钙固体废弃物制备高效CaO基CO₂捕集材料有利于实现固废资源高值化利用、以废治废和清洁生产,具有重要的环境效益、经济效益和社会效益。基于固废源高效廉价CaO基CO₂捕集材料的良好应用前景,本文介绍了工业废渣、生物质和其他含钙固体废弃物的产生与资源化利用现状,综述了CaO基吸附剂的捕集原理、碳酸化动力学过程和CO₂捕集性能,对比了以不同含钙固体废弃物为前驱体制备CaO基吸附剂的吸附-脱附循环性能和不同改性方法对其吸附稳定性的影响,从经济角度分析了固废源CaO基吸附剂在钢铁厂、燃煤电厂和生物制氢中的应用潜力,展望了固废源CaO基CO₂捕集材料的应用前景和发展方向。该文旨在为固废源CaO基吸附剂前驱体的选择、吸附性能的提高和固废吸附材料的工业应用提供帮助。     

离子液体/金属有机框架复合材料捕集分离CO2

由于全球气候变化加剧和极端天气的增加,CO₂捕集分离已经不单单具有重要的战略意义,更关乎人类的生存。近年来,用于捕集分离CO₂的新型材料层出不穷,其中,离子液体(ionic liquids,ILs)具有可调变的化学结构和独特的物理化学性质,例如低挥发性、高热稳定性和较好的溶解性,从而引起了广泛关注。同时,金属有机框架结构材料(metal-organic frameworks,MOFs)在CO₂捕集分离方面也表现出优异性能。基于此,本文总结了ILs与MOFs相结合的ILs/MOFs复合材料捕集分离CO₂的研究进展,主要包括ILs负载于MOFs材料和对MOFs进行改性的吸附分离、MOFs材料分散于ILs中形成多孔液体的吸收分离、膜分离等方法的研究现状,同时,深入探讨了各方法的优点和不足之处,并对ILs/MOFs复合材料在CO₂捕集分离中的应用前景和发展趋势进行了展望。     

CO2捕集与资源化利用技术现状及发展方向

详细介绍了工业排放CO₂捕集的关键技术,着重综述了CO₂化学转化、生物转化、能源开发及矿化利用等资源化利用和地质封存技术,初步探讨了碳中和目标下CO₂资源化利用的发展方向,最后提出了从国家、企业、教育等多方面入手,相辅相成,稳步实现我国低碳转型战略目标的建设性意见。     

火电厂CO2捕获方式

随着社会经济的迅速发展,人类对于化石燃料的需求量越来越大,燃料燃烧后排放的有害物质也越来越多,全球环境污染问题严峻,温室效应尤为严重。CO2是主要温室气体,CO2总排放量的75%是由石化燃料燃烧产生的,我国CO2排放总量的一半来自电力工业[1]。中国作为负责任的国家,到2020年,中国要实现单位国内生产总值CO2排放量比2005年下降40%～45%这一目标。因此,火电厂CO2减排任务重大,采用CO2捕集与封存技术能减少电厂80%~95%排放量,理论上具有巨大的减排潜力,是当今世界公认的CO2减排的重要途径。目前电厂捕集技术大体上分作三种:燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集。     

直接空气捕碳固体多孔材料的研究进展

直接空气捕碳(DAC)技术属于一种负碳技术,作为碳捕集、存储和利用(CCUS)技术的有效补充,是助力实现“双碳”目标的重要技术之一。由于吸附能力强、再生能耗低、应用场景灵活以及结构可调性强,固体多孔材料在降低DAC经济成本和运行能耗方面具有不可替代的优势。本文从固体多孔材料的DAC原理出发,重点综述了包括沸石吸附剂、硅基吸附剂、炭基吸附剂、纳米氧化铝吸附剂、金属有机框架(MOF)材料吸附剂和多孔树脂材料吸附剂等DAC的研究现状,系统介绍和比较了固体多孔吸附材料的吸附容量、吸附选择性、水热稳定性、再生能耗以及循环稳定性方面的优缺点。本文着重分析了胺功能化改性和载体孔隙结构等因素对吸附CO₂性能的影响规律,对各类固体多孔材料在DAC应用中面临的挑战提出了具体的优化方向,并指出未来固体多孔吸附材料的设计开发应兼顾经济性和高效性,加快开展中试规模的DAC试验研究。     

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。     

二氧化碳直接空气捕集材料与技术研究进展

直接空气捕集（DAC）等新兴负碳排放技术是实现“双碳”目标的托底技术保障,近年来受到广泛关注。本文简要分析了直接空气碳捕集技术的特性,归纳总结了胺功能化无机材料和聚合物、金属氢氧化物和碳酸盐、多孔材料等痕量二氧化碳捕集性能,初步分析了负载方式、载体结构等与吸附容量和动力学的关系。浅析了该领域发展面临的问题和机遇,从能耗和性能方面对捕集材料和技术的研发提出以下建议：相较于物理吸附材料,胺功能化材料和固体碱等化学吸附材料具有更好的应用前景;在工艺开发领域,可以借鉴其他低浓度气体深度脱除工艺的经验;另一方面,可以结合不同工艺优势,设计多种工艺耦合的流程;最后,在严峻的环境问题下,必须加快材料研发的步伐,未来的研究重点应集中在材料的设计和低能耗再生方式的开发上。     

烟道气中CO2捕集技术探讨

阐述了电厂烟道气中CO2捕集回收的各种工艺方法,并简要分析了各种捕集回收工艺中存在的问题,然后对二氧化碳捕捉技术发展前景进行了展望。