利用水合物法分离捕集二氧化碳研究进展

我国是以煤炭为主要能源的国家,面临着严峻的碳减排挑战。相对于传统气体分离技术,水合物法CO₂分离捕集技术具有环境友好、工艺简单、能耗低等特点,被认为是具有应用前景的CO₂分离捕集技术,因而被广泛研究。综合调研了国内外水合物法分离捕集CO₂的研究,从热力学、动力学、微观分析、分离工艺及分离装备、成本比较等方面对相关研究进行了系统分析及综合评价,并详细讨论了水合物平衡条件和不同类型添加剂对水合物平衡条件的影响。为进一步开发水合物法CO₂分离捕集技术的研究提供指导。     

基于碳捕集与液态CO2储能的综合能源系统优化调度

针对综合能源系统在新能源消纳方面的不足,提出一种基于碳捕集与液态CO₂储能的综合能源系统。首先,分析了液态CO₂储能实际运行特点以及碳捕集装置综合灵活运行方式的“削峰填谷”特性;其次,建立考虑液态CO₂储能与碳捕集装置不同运行方式的综合能源系统;最后,以系统总运行成本最小为目标函数建立优化调度模型,并通过负荷率、能源利用率等评价指标衡量调度结果。算例分析表明,该优化模型可提高能源利用率,缓解系统调峰压力,实现系统运行的经济性和低碳性。     

高炉煤气碳捕集对钢铁联合企业碳排放的影响

为了探究高炉煤气碳捕集对钢铁联合企业碳排放的影响,通过建立钢铁联合企业的CO₂排放核算模型,用来计算钢铁产品以及企业的CO₂排放量。最后以高炉煤气CO₂捕集率作为情景假设,计算不同情景下高炉煤气CO₂排放系数及高炉煤气的热值,分析不同情景下钢铁产品以及企业CO₂的减排效果。结果表明捕集率为75%时,高炉煤气的热值提高了17.6%,钢铁联合企业的CO₂减排幅度约为14.5%,钢铁产品中的铁水的碳减排幅度最大,降低了15.33%。高炉煤气的碳捕集可以有效降低钢铁联合企业的CO₂排放,对钢铁联合企业碳中和提供有效的实施路径。     

吸收方式对燃煤电厂模拟烟气碳捕集的影响

采用散堆填料塔研究了循环吸收及单程吸收两种方式对模拟燃煤电厂烟气碳捕集的影响。结果表明循环吸收条件下当贫液中NaOH浓度较高时,CO₂吸收过程主要受气体扩散过程控制,捕集率较高,贫液中NaOH浓度降低至一定值时,CO₂吸收过程逐渐转化为反应速率控制,捕集率迅速降低,吸收液气比为10 L/m³时,贫液中NaOH浓度在1.5 mol/L时CO₂捕集率出现转折点,转折点捕集率为97.2%,吸收剂转化率85.7%,单程吸收条件下液气比7.5 L/m³捕集效果最佳,CO₂捕集率98.4%,吸收剂转化率87.9%。     

高值化CO2利用现状及减碳效果分析

通过资源利用化的方式将CO₂转化为具有工业利用价值的产品,是实现碳中和目标的主要方式之一,结合上海“双碳”工作前景以及节能减排目标的实施,基于燃煤电厂CO₂捕集、利用商业模式和推广政策研究,通过对CO₂材料利用的现状进行评述,分析项目的经济效益和减碳效果,对高值化CO₂利用项目提供策略建议,有利于实现燃煤火电厂CO₂的减排和资源化利用,为上海碳中和专项工作提供支撑。     

基于SOFC-GT-ST的双塔解吸CO2捕集工艺模拟研究

设计并验证了一种新型固体氧化物燃料电池、燃气轮机和蒸汽轮机(SOFC-GT-ST)联合循环动力系统,采用了阳极排气和后燃烧室排气两个再循环回路,研究了气体再循环对系统性能的影响,并对系统发电效率进行优化;针对烟气处理工段设计了闪蒸塔和再生塔结合的双塔解吸CO₂捕集工艺,并改进了MDEA溶液补充水的方式,优化了多处余热利用,使用Aspen Plus软件建立了系统模型,研究了贫液温度、烟气温度、贫液流量、吸收塔压力和解吸塔压力等对CO₂捕集率的影响。结果表明：阳极排气再循环比最优值为0.28,燃烧室排气再循环比最优值为0.36,CO₂的捕集率可达90.82%,碳捕集能耗为3.78 GJ/t。     

基于碳捕集系统半闭式S-CO2布雷顿循环性能分析

针对高温钙基碳捕集技术回收储存过程中未利用CO₂的超临界、流量大等特点的问题,采用半闭式超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环系统取代传统CO₂回收系统,以降低由于碳捕集系统所造成的热量损失。利用Aspen Plus软件搭建耦合钙循环碳捕集的燃气轮机发电模型,在其CO₂回收系统中耦合S-CO₂布雷顿循环系统和跨临界二氧化碳(T-CO₂)布雷顿循环系统,使用精准度更高的REFPROR物性方法研究主压缩机出口压力、透平入口温度、透平入口压力及分流系数对循环系统净做功的影响。结果表明：CO₂回收系统中耦合S-CO₂布雷顿循环系统可以使全厂热效率提升1.7%,全厂■效率为26.98%;采用分流纯净烟气的方法作为S-CO₂布雷顿循环系统的热源,可使同一热源的热效率提升6.7%。     

水合物法分离CO2工艺研究进展

随着温室效应加剧,CO₂减排行动已迫在眉睫。水合物法分离CO₂工艺作为一种发展前景广阔的新型CO₂分离技术,为CO₂减排提供了一种解决思路。水合物法分离CO₂工艺相比于化学吸收、物理吸附、深冷分离和膜分离等技术具有分离效率高、过程简单无副产物、条件温和的优势,为减缓CO₂排放增加对环境造成的影响提供了一个中短期解决方案,以此为前提将允许人类继续使用化石燃料直至可再生能源技术广泛应用。本文综合分析了国内外的相关文献,介绍了水合物法分离CO₂工艺的基本原理,并比较了水合物法分离CO₂不同工艺的优劣之处,为进一步优化水合物法分离CO₂工艺提供指导。     

凹凸棒石负载有机胺用于沼气提纯的优化制备研究

凹凸棒石原矿吸附剂对CO₂的吸附量较低,不利于其在沼气提纯中的实际应用。因此,如何有效提高凹凸棒石的CO₂捕集能力是未来的研究重点。通过对凹凸棒石原矿进行酸改性处理,考察酸浓度和酸化时间对凹凸棒石组成、结构和性能的影响,采用扫描电镜(SEM)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)和N₂吸附/脱附等手段进行表征。结果表明,在硫酸浓度为3 mol/L、酸化时间为72 h的条件下,所得到的凹凸棒石基无定型SiO₂(α-SiO₂)具有较高的比表面积和孔容并具有丰富的表面Si?OH基团,其负载聚乙烯亚胺的CO₂吸附量达到3.21 mmol/g。这是由于酸改性去除了凹凸棒石层间杂质以及金属阳离子氧化物,从而改善了凹凸棒石的结构和性能,使氨基活性位点得到均匀地分散,提高了对CO₂的捕集性能。     

天然气联合循环电厂燃烧后CO2捕集一体化技术经济评价

  目的  近年来,天然气发电在我国构建清洁能源体系中扮演着重要角色,预计到2025年“十四五”规划期结束时,中国气电装机容量将会突破150 GW。二氧化碳捕集利用是气电实现“双碳”目标的关键路径之一。  方法  为此,设立1个600 MW等级天然气联合循环发电（NGCC）、1个CO₂捕集和压缩（PCC）的综合工厂作为模拟对象。  结果  模拟研究表明:设计CO₂全烟气量捕集、90%效率、CO₂压缩提纯率为99.5%,燃气发电总出力输出下降了约16.05%,厂用电率增加5.55%,循环冷却水需求增加了约50.52%。  结论  通过经济分析显示,综合工厂的静态投资成本比单一发电厂的成本高54.28%,电力均等化运营成本（LCOE）增加了15.96%,给二氧化碳捕集的部署和发展带来了非常大的困难。但其中天然气价格仍然是影响电厂运营成本的最主要因素。     

苛性碱吸收模拟燃煤电厂烟气CO2性能研究

以散堆填料吸收塔作为反应器,采用单因素分析方法研究了吸收液进口温度、吸收当量比、停留时间和吸收液浓度等因素对CO₂捕集的影响,并采用正交试验对这些参数进行优化。结果表明：在实验条件下,各因素对CO₂捕集影响由大到小依次为吸收液进口温度、停留时间、吸收当量比和吸收液浓度;吸收液进口温度与停留时间对CO₂捕集有显著影响,吸收当量比和吸收液浓度对CO₂捕集影响较小;最佳工况组合为吸收液进口温度为40℃,停留时间为5 s,吸收当量比为100%,吸收液浓度为2.0 mol/L。     

An assessment of the use of fuel chemicals synthesized from captured carbon dioxide for renewable electricity storage

本文介绍了国际上利用可再生能源结合捕集CO₂制燃料的最新技术进展。以化学合成的反应热力学为基础,通过分析计算与流程模拟,得到捕集CO₂制燃料化学品储电的能耗与?流,初步评估了甲醇作为储存电能介质的能效,并与氢储能及甲烷储能进行了比较分析。比较结果表明,氢储能流程最短,效率最高,但是没有固碳的作用。对于实现储能与固碳,甲醇的氢原子经济性较好。甲烷产物热值与反应热都较高。甲醇储能效率损失主要由前端电解制氢环节造成。     

H2O和SO2对钙循环捕集CO2碳酸化过程协同效应的研究

采用自制恒温热重系统研究了H₂O和SO₂对钙循环捕集CO₂的协同效应,并结合吸收剂的孔径进行了机理分析。结果表明：气氛中的H₂O加速了碳酸化快速反应阶段的反应速度,改善了CaO颗粒的孔结构,从而提高了碳酸化转化率;气氛中的SO₂阻碍了CO₂的捕集,使碳酸化转化率下降,且随循环进行碳酸化转化率下降更加明显;当H₂O和SO₂协同作用于碳酸化过程时,钙循环特性受H₂O和SO₂的协同效应影响：加入0.05%体积分数的SO₂后,当H₂O体积分数从0%增加至20%时,吸收剂孔容积逐步上升,CO₂捕集能力得到改善;加入10%体积分数的H₂O后,当SO₂体积分数从0%增加至0.1%时,吸收剂孔隙堵塞更加严重,CO₂捕集能力下降,但是相较于无H_2<...     

碳捕捉对电石渣-钢渣复合相变储热材料性能的影响

为资源化利用工业固废,降低储热系统成本,选取电石渣和钢渣1∶1混合进行CO₂捕集和封存,将封存CO₂的电石渣-钢渣混合材料作为骨架材料制备7种不同配比的NaNO₃/固碳电石渣-钢渣复合相变储热材料。通过热重分析法探究电石渣-钢渣混合材料的固碳性能,利用差示扫描量热法、高温热冲击法、X射线衍射法、电子显微法表征其储热性能、热循环稳定性、化学相容性和微观结构。结果表明,电石渣-钢渣混合材料的固碳率为24.48%;最佳热性能样品CC-SC4中NaNO₃、电石渣和钢渣的质量比为2∶1∶1,100～400℃工作温度内储热密度达到444.2 J/g,热导率为1.057 W/(m·K),各组分间具有良好的化学相容性;样品CC-SC4经历1440次加热/冷却循环后仍具有优异的储热性能。     

基于实物期权法的600 MW火电机组CCS-EOR项目价值评估

600 MW燃煤发电机组项目采用CCS-EOR技术脱除CO₂,将捕集的CO₂用于油田驱油。通过合理假设,采用B-S期权中欧式看涨模型求解,基于实物期权法分析项目的价值,对比实物期权法与净现值法计算项目的差异,对比原油价格和碳交易价格的波动率的变化,计算实物期权法三种假设条件下的项目价值变化规律,在原油价格变动的条件下计算实物期权法与净现值法对项目价值的影响度。结果表明：结合实物期权法与净现值法,对项目投资时间的决策优于净现值单一的决策判断条件;实物期权法对项目的投资可将风险、不确定条件等转化为项目的期权价值,有效弥补了净现值法在项目决策中立即投资和放弃投资单一决策的不足;随选定参数波动率的不断增大,实物期权法计算所得项目价值敏感度逐渐提高。     

广东能源消费碳排放趋势与前景展望

能源消费是人类活动排放CO₂等温室气体的主要来源,碳减排已成为我国能源发展的一个重要约束因素。2012年全世界能源消费排放3.173 4×1010 t CO₂,中国能源消费排放的CO₂已占世界总排放量的26.0%。2012年全世界人均CO₂排放量4 510 kg,而中国人均CO₂排放量达到了6 093 kg。同年广东省人均CO₂排放量为5 224 kg,高于世界平均水平,低于全国平均水平。随着节能减排和应对气候变化工作的推进,广东的单位产值能耗水平逐年降低,能源结构不断改善,使得全省化石能源消费带来的CO₂排放量的增长势头得到抑制,2012年的排放量比2011年略有减少。按目前的发展趋势预测,到2020年,广东CO₂排放总量将达到1.606 2×108 t碳当量,比2012年增加9.69×106 t碳当量,人均CO₂排放量将达到5 287 kg,略高于2012年的5 224 kg。如果在“十三五”期间加快第三产业发展,则到2020年广东省化石能源消费总量将比2012年下降2.7%,CO₂排放总量将比2012年下降3.5%,人均CO₂排放量将由2012年的5 224 kg下降到2020年的4 795 kg,接近世界平均水平。     

燃煤电厂全过程低碳节能技术路径探讨

  目的  燃煤电厂的低碳节能路径是缓解我国能源危机与环境污染的重要策略。  方法  文章评述了当前燃煤电厂在燃料供应设计阶段和节能运行维护阶段的低碳节能技术以及低碳技术潜在的发展方向。  结果  对于电厂燃料供应设计阶段的低碳技术应优化生物质/氨与煤的掺烧比例,良好的掺烧比例有利于炉内充分燃烧,降低碳排;电厂节能运行维护阶段吸收技术、吸附技术和气体分离技术是碳颗粒捕集的常用手段,同时储能技术、深度调峰技术、柔性直流供电技术对于CO₂减排具有重要作用。  结论  对电厂低碳技术发展进行展望,认为采用综合互补低碳协同方式,并结合电厂运行过程中的监管反馈调控措施,将是促进电厂可持续能源发展的重要发展方向。     

计及碳交易和碳税的碳捕集技术经济性研究

采用经济学成本分析法对集成碳捕集封存技术(CCS)的1 000 MW超超临界燃煤机组进行技术经济性分析,以供电成本、净现值、动态回收期及内部收益率为评价指标,探究了煤炭价格、碳配额交易价格、碳税、通货膨胀率及CO₂售卖价格的影响。结果表明：CCS碳捕集装置建设成本较高,较常规机组总投资增加约24.54%,CCS系统能效惩罚较大,厂用电率增加19.31百分点;常规机组供电成本为0.307 5元/(kW·h),CCS机组的供电成本增加35.87%;CO₂减排成本为171.47元/t; CCS机组净现值为138.06亿元,为常规机组的2.23倍;CCS机组的动态回收期为4.15 a,较常规机组提前1.94 a;综合考虑碳税、碳配额交易及CO₂售卖时,CCS机组的供电成本为0.196 4元/(kW·h),较常规机组低43.17%;在碳交易、碳税政策和CO₂循环再利用市场完善建立后,CCS机组具有更强的盈利能力。     

碳交易

碳交易是温室气体排放权交易的统称,在《京都协议书》要求减排的6种温室气体中,CO₂为最大宗,因此,温室气体排放权交易以每吨CO₂当量为计算单位。在排放总量控制的前提下,包括CO₂在内的温室气体排放权成为一种稀缺资源,从而具备了商品属性。     

二氧化碳-氮气混合气体在微粉硅胶中生成水合物的 实验研究

空气中CO₂含量的增加导致了全球气候变暖问题。气体水合物能够有效分离出电厂尾气中的CO₂,对改善环境具有重要意义。考察了微粉硅胶（silica gel）中80mol% N₂与20mol% CO₂混合气体水合物形成特性,选取压力范围为6.0 ~ 8.0 MPa,温度范围为 -20 ~ -5℃。研究发现,N₂与CO₂混合气进入反应釜后,直接生成水合物,诱导时间小于1 min。压力越高、温度越低,生成水合物的相对气体消耗量越大,最大的相对气体消耗量为0.115 (mol/mol),水的转化率最大为77.02mol%,前30 min水合物生成速率与压力无关。水合物气体消耗量越大,反应釜中剩余N₂组分的含量越大,最大为90.95mol%。水合物生成驱动力越低,水合物中CO₂ 组分越高。在6.0 MPa、-5℃下,水合物中CO₂组分最大为65.70mol%。