CO2矿化及吸收-矿化一体化(IAM)方法研究进展

为避免温室效应带来的负面影响,CO₂减排已成为目前的当务之急。CO₂矿物碳酸化作为一种有潜力的CO₂减排技术,受到了学者们的广泛关注。CO₂矿物碳酸化方法主要包括直接干法碳酸化、直接湿法碳酸化以及间接碳酸化等不同工艺过程。目前,CO₂直接或间接碳酸化方法面临的关键挑战是提升CO₂碳酸化反应动力学特性;反应速率慢、碳酸化效率较低是当前该技术的主要问题。传统CO₂胺类化学吸收法具有吸收速率快、吸收容量大和吸收剂能循环再生的优点,但能耗和运行成本较高。将CO₂胺类化学吸收法与CO₂碳酸化过程结合而开发的CO₂吸收-矿化一体化技术（IAM）不仅解决了传统工艺高能耗、低转化率的问题,而且使工艺流程简化、成本降低,有利于应用于工业化。本文主要综述了近年来CO₂矿化技术的研究进展,对比了各种工艺技术路线的不同特点,并分析指出加强对IAM工艺反应机理的研究以及开发出高效、经济的吸收剂和矿化原料,将是该工艺未来研究的重点和关键。     

石灰石和白云石高温循环脱除CO2过程分析

在N2气氛和高浓度CO2气氛两种典型锻烧气氛下,对石灰石和白云石在循环煅烧/碳酸化捕集CO2过程中的主要系统参数包括长周期循环碳酸化转化率、平均碳酸化转化率、CO2捕集效率和煅烧炉能量需求进行了实验研究和计算分析.结果表明,吸收剂补充流率和吸收剂循环流率对平均碳酸化转化率、CO2捕集效率和煅烧炉所需能量具有直接影响.在...     

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。     

660MW燃煤机组百万吨CO_2捕集系统技术经济分析

为了解常规燃煤机组碳捕集系统的技术经济性,以基准情景为基础,根据国内某10万t CO_2燃烧后捕集系统的投资情况,利用生产能力指数法对5种脱碳情景的投资进行估算。在保证内部收益率为8%的前提下,分析了5种脱碳情景的上网电价、CO_2综合减排成本及其敏感性。结果表明,CO_2综合减排成本中,厂内碳捕集成本比例最大;随着燃料价格的上涨,CO_2综合减排成本逐渐增加;随着CO_2综合收益的增加,上网电价可以逐渐下降。     

复合钙基CO2吸收剂的反应性能及显微结构

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂La3+、Mg2+的复合钙基CO2吸收剂,并在固定床反应器上进行了多循环的煅烧/碳化实验,对其CO2吸收活性及循环反应稳定性进行了研究.实验结果表明,掺杂La3、Mg2+的复合钙基吸收剂可以显著提高吸收剂在多循环煅烧/碳化过程中的反应活性和循环稳定性.在XRD分析的基础上,计算和比较了不同钙基...     

生物质制甲醇系统CO2捕集过程的设计模拟及技术经济性分析

通过ASPEN PLUS过程系统建模模拟,设计了生物质制甲醇系统中CO2的捕集工艺流程,并分析了其技术经济性能,研究了不同CO2捕集率的成本及其对生物质制甲醇能耗、水耗的影响。结果表明,捕集率为85%时生物质制甲醇系统CO2捕集封存较佳,单位捕集量的成本最低,有效能耗为453 MJ/t、水耗为193 kg/t、成本为135元/t,远低于直接从大气中捕集CO2。虽然这将使生物质制甲醇的生产成本增加154元/t,但当CO2减排补贴价格为40~50元/t时,则可抵消该部分成本增量。     

半干法脱硫渣矿化CO2与解吸AMP溶剂反应研究

采用半干法脱硫工艺产生的脱硫渣对吸收了CO₂的有机胺溶剂进行化学解吸并矿化CO₂,解吸后的溶剂具有良好的循环稳定性。对比了工业常用的4种有机胺MEA、DEA、MDEA和AMP的吸收-矿化性能,优选出AMP作为吸收矿化工艺的吸收剂。考察了脱硫渣颗粒粒径、搅拌转速、有机胺浓度和反应温度对矿化反应转化率的影响,并利用表面覆盖模型对实验数据进行了动力学拟合。物料和能量衡算结果表明脱硫渣矿化再生工艺在能耗成本方面相较传统热再生工艺具有优势。     

燃煤电厂CO2捕集与咸水层封存全过程经济性模型

碳捕集与封存技术（即CCS技术）通过对CO₂进行捕集、压缩、运输与封存,可实现CO₂大规模减排,近年来受到广泛关注。CCS技术的经济成本是其商业化的关键因素,但目前多数研究都集中在捕集过程,CCS全过程的经济成本分析鲜见报道。针对CO₂捕集与咸水层封存系统,给出了捕集封存全过程投资运行总成本和捕集封存整体系统CO₂减排成本的计算公式,建立了CO₂捕集、压缩、管道运输与咸水层封存全过程的成本估算模型,并对典型的600 MW超临界燃煤电厂捕集封存CO₂的投资运行成本和减排成本进行了案例研究。     

吸附储层中CO2封存与强化采气研究展望

介绍了吸附储层中CO₂封存与强化采气的研究进展。分析了煤层气/页岩气等吸附储层的典型特点,论述了CO₂、CH₄及其与煤岩/页岩体间的相互作用特征,探讨了吸附储层中封存CO₂的前景与优势、CO₂封存与强化CH₄解吸动力学过程的模拟思路、CO₂地下封存的评价方法,展望了未来的研究发展方向。     

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。     

CO2吸收富液膜法解吸的研究

为大幅降低溶剂再生过程中的解吸能耗,提出了膜解吸再生新工艺。考察了交联剂类型及其质量分数、温度、流速等工艺条件对解吸效果的影响。结果表明,当解吸温度为35℃,CO2吸收富液流速为1 709 mL/min时,以N-β(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷(质量分数50%)为交联剂的甲基聚硅烷-聚丙烯腈复合膜,实现了CO2从解吸富液中的有效分离,CO2富集因子达24.4,渗透通量为969.6 g.m-2.h-1。     

蛇纹石与绿矾耦合提取富镁溶液矿化二氧化碳并回收镍

蛇纹石与绿矾耦合提取镁用于矿化二氧化碳,并富集回收蛇纹石中的镍,这为处理蛇纹石和绿矾提供了一条新的路径。为得到富镁溶液,同时从溶液中分离镍,以蛇纹石与绿矾混合焙烧-浸出后得到的溶液为研究对象,采用水解沉淀法除铁,二乙基二硫代氨基甲酸钠(DDTC)络合法分离镍镁,得到镍的产物和富镁溶液并将其用于二氧化碳矿化。结果表明,该方法能够高效地去除杂质、分离镍镁。在30℃、p H为5.0条件下,铁的去除率达97.36%,而镍、镁的损失率较低。在最佳络合条件下,镍的络合率达到99.50%,而镁的损失率仅为3.03%。此外,对络合机理进行了研究,DDTC中的特征官能团是—SH,络合之后镍和铁分别以Ni[(C₂H₅)₂NCS₂]₂,Fe[(C₂H₅)₂NCS₂]₃的形式存在,而镁不会被络合。富镁溶液在80℃下矿化率达92.63%。每1 000 kg蛇纹石可固定227.38 kg的二氧化碳...     

溶液燃烧合成法制备自活化钙铜复合CO2吸收剂的性能

首次采用溶液燃烧合成法制备了钙铜复合吸收剂用于实现低成本CO₂捕捉。在热重分析仪上研究制备参数（燃烧背景温度、煅烧时间）对吸收剂循环载氧和CO₂捕捉性能的影响,并借助SEM和氮吸附分析其微观结构。结果表明,在燃烧背景温度800℃、煅烧时间为0.5h时制得的钙铜比例为1∶1的复合CO₂吸收剂15次循环之后,钙基吸收剂转化率为51.2%,比纯的CaO提高了44.9%;采用该方法制备的吸收剂具备自活化特性,15次循环内碳酸化性能随循环次数的增加不降反升,且载氧性能非常稳定,氧化率始终高于90%。微观结构表征表明,随着循环次数的增加,复合吸收剂未发生严重烧结并且BET比表面积没有下降。实验结果为溶液燃烧合成法制备高性能钙铜复合CO₂吸收剂的进一步研究提供了基础数据。     

CO2矿物封存技术研究进展

CO₂捕集与封存技术是目前实现碳减排最有效的方法。其中,CO₂矿物封存（又称CO₂矿化）是利用CO₂与含钙镁硅酸盐矿物进行反应使CO₂以稳定的碳酸盐形式永久储存起来。本文首先介绍了CO₂矿化的基本原理和技术路线,其中间接矿化反应条件较温和、矿化效率更高、得到的产物也更纯,因此对于CO₂间接矿化的研究也更广泛。本文综述并对比了天然矿物及工业固废矿化CO₂的研究进展,指出工业固废更有利于CO₂矿化过程。工业固废矿化CO₂过程矿化CO₂的同时处理了工业固废,实现以废治废,因此它在经济上也是具有一定优势。在此基础上,本文以高炉渣为代表,介绍了其矿化CO₂的详细研究进展,指出采用可循环的助剂、回收高炉渣中有价元素可提升矿化过程经济性。对于CO₂矿化过程的放大试验、生命周期的评估及低能耗的新工艺开发将是CO₂矿物封存实现工业化的关键。     

Integration of a Ca looping system for CO2 capture in existing power plants

This work analyses a Ca looping system that uses CaO as regenerable sorbent to capture CO₂ from the flue gases generated in power plants. The CO₂ is captured by CaO in a CFB carbonator while coal oxycombustion provides the energy required to regenerate the sorbent. Part of the energy introduced into the calciner can be transferred to a new supercritical steam cycle to generate additional power. Several case studies have been integrated with this steam cycle. Efficiency penalties, mainly associated with the energy consumption of the ASU, CO₂ compressor and auxiliaries, can be as low as 7.5% p. of net efficiency when working with low‐CaCO₃ make‐up flows and integrating the Ca looping with a cement plant that makes use of the spent sorbent. The penalties increase to 8.3% p. when this possibility is not available. Operation conditions aiming at minimum calciner size result in slightly higher‐efficiency penalties. © 2010 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2011     

Process intensification of CO2 absorption using a 3D printed intensified packing device

This study presents a first of its kind demonstration of successful enhancement of CO₂ chemical absorption, under selected conditions, using a process intensification approach. A multifunctional device that integrates contact of phases and heat exchange has been developed, characterized, and tested. Heat transfer analysis has demonstrated the efficacy of the device as a heat exchanger, and mass transfer results have shown substantial improvement in the uptake of CO₂ under a range of operating conditions.     

CO_2在碳酸二甲酯中的溶解度及强化途径

采用恒定容积法测定了283.15—303.15 K CO2在碳酸二甲酯(DMC)中的溶解度。结果表明,溶解度随压力升高而增大,随温度升高而减小。与碳酸丙烯酯(PC)相比,在283.15 K及288.15 K条件下,CO2在DMC中的溶解度比在PC中平均约高50%。并且常温下DMC的吸收性能优于低温下甲醇的吸收性能。因此,DMC是一种性能更为优越的溶剂。加入1.5 g金属-有机骨架化合物(MOF)ZIF-69后,温度为283.15 K及288.15 K时对DMC吸收CO2具有增强作用,而在295.15 K及303.15 K时无影响。这种特性也有利于CO2吸收和解吸循环过程的节能。     

燃煤流化床飞灰湿法固定CO_2反应特性研究

为处理流化床飞灰堆积,实现CO2减排,以燃煤循环流化床锅炉飞灰作为碳捕获剂,进行了流化床飞灰湿法碳酸化固定CO2的工艺参数研究。考察了反应压力、反应温度、液固比对CO2单位固定量(每克飞灰固定的CO2质量)的影响。结果表明:反应压力只影响反应速率,不影响CO2固定量;在液固比为1 m L/g、反应温度70℃、反应压力3 MPa、搅拌转速300 r/min的条件下,最大CO2单位固定量为0.0879 g/g,碳酸化效率高达49.58%,说明流化床飞灰有较强的CO2固定能力。因此,利用燃煤流化床飞灰固定CO2具有一定的应用价值。     

负载型K2CO3/Al2O3二氧化碳吸收剂的碳酸化反应特性

引言 全球变暖已经成为一个备受关注的环境问题.据预测,如不采取积极的温室气体减排措施,从现在起到2100年,全球近地面平均气温将继续升高1.4～5.8℃[1].CO2是主要的温室气体,而我国燃煤电厂是CO2排放量最大、最集中的化石燃料燃烧场所.因此研究和开发适用于燃煤电厂的CO2减排技术至关重要.