二氧化碳捕集、封存与利用技术应用状况

总结了CO2捕集、封存与利用技术的研究进展和应用状况.到2020年统计截止时,全球投运的CCS设施每年可捕集和封存约3844万吨CO2,预计在2030前投运的在建、拟建CCS设施每年可捕集和封存约7491万吨CO2.目前全球CCS设施的产能主要集中在美国(55.0％).CCS设施主要用于天然气、制氢、发电和化工生产行业...     

碳捕集和封存技术发展现状研究

近年来,随着大气中二氧化碳含量的增加、温室效应的加剧,碳捕集和封存技术逐渐走进了人们的视野。它主要分为二氧化碳的捕集、运输和储存三个环节,将工业生产中的二氧化碳永久地封存在地下,对于减少大气中的二氧化碳含量具有巨大的潜力。不过由于目前各项政策的不稳定以及社会的接受程度不足,碳捕集和封存技术仍面临着巨大的挑战。本文就当前碳捕集和封存技术的背景和发展现状,提出了相应的解决思路。     

二氧化碳捕集技术研究进展

结合目前二氧化碳捕集技术的发展现状,对二氧化碳捕集方法进行深入研究,在此基础上,对二氧化碳捕集机理进行深入分析,为推动二氧化碳捕集技术的进一步发展奠定基础。     

二氧化碳捕集、运输与储存技术进展及趋势

目前,全球依然是以使用化石燃料为主导趋势,随着全球气候日益变暖,减排CO2成为我们必须关注的问题。详细介绍了CO2捕获及储存技术,并对CO2各相态输送过程可能产生的问题进行了总结。最后总结了CCTS技术未来的发展趋势并对未来需要努力的方面进行了阐述。     

二氧化碳捕集与封存的研究

针对大气中二氧化碳含量逐年增加造成各类环境问题的现状,对二氧化碳捕捉收集的方法和其在煤矿中充填封存利用进行研究。首先通过温室效应和充填采矿技术的相关背景进行综述,引出对二氧化碳排放和采空区地表下沉的问题重视,接下来对CO2捕捉收集和其在煤矿封存进行介绍,最后对二氧化碳在煤矿充填开采中的应用的前景和潜力进行展望。     

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。     

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。     

二氧化碳捕集技术研究进展

在“碳达峰、碳中和”的双重任务下,CO₂捕集已经成为今后工业发展的必然趋势。分别介绍了燃烧前捕集、燃烧后捕集以及富氧燃烧技术,并总结了相关技术还存在的问题。同时,系统地总结了国内外主要的CO₂捕集方法,分析了不同捕集方法的优缺点,并针对不同行业提出了合理的捕集方法。其中,重点介绍了溶液吸收法,通过对现有吸收液存在的能耗高、易挥发、毒性大的问题,提出了今后溶液吸收法的主要发展方向,并针对现有吸附法存在的问题提出开发新型低温、低压、低成本的固体吸附材料及相关工艺的研究思路。     

燃烧后二氧化碳捕集技术与应用进展

二氧化碳是主要的温室气体之一，其大量排放已对全球的气候环境造成严重影响，迫切需要开发经济有效的碳捕集技术。目前，碳捕集技术主要有吸收分离法、吸附分离法、膜分离法和低温分离法。首先，介绍了碳捕集技术的发展现状、应用研究进展和未来发展趋势；总结了国内外碳捕集示范项目；重点对比了各碳捕集技术的优势与缺点，同时强调了捕集技术面临的困难与挑战；指出目前主要的碳捕集技术均难以独立实现高效、节能、经济的碳捕集分离，需针对不同的应用场景，选择适合的分离技术，并提出了适用分离场景的应用建议；最后，简要介绍了混合捕集技术的研究成果，提出混合捕集技术可能是一种突破单一捕集技术瓶颈的可行方法。     

二氧化碳封存技术在油气行业应用进展

油气行业封存二氧化碳具有天然优势,利用油气藏封存二氧化碳不仅可以降低大气中二氧化碳的浓度,减缓温室效应,同时还可以通过向正在生产的油气井中注入二氧化碳达到驱油并增加原油产量的目的,具有很好的经济效益.目前,该技术应用在国内尚处于试点示范阶段,为了对该技术进行深入研究,充分发挥二氧化碳驱油在应对气候变化方面的积极作用,文...     

钙循环捕集CO2后CaO的水合/脱水热化学储热性能

提出了基于CaO的钙循环捕集CO₂与CaO/Ca(OH)₂体系热化学储热耦合新工艺,在双固定床反应器上,研究了循环捕集CO₂中煅烧条件和碳酸化条件对CaO储热性能的影响,探究CaO循环捕集CO₂过程和循环水合/脱水储热过程的相互作用。研究表明,多次循环碳酸化/煅烧捕集CO₂后CaO仍具有较高储热性能,10次循环捕集CO₂后再经10次储热循环,CaO水合转化率可达0.66mol/mol。与苛刻煅烧条件相比,温和煅烧条件下经历多次循环捕集CO₂后CaO的储热性能更高。在碳酸化气氛中加入水蒸气对经历多次循环捕集CO₂后CaO储热性能的影响不大。钙循环捕集CO₂过程和水合/脱水循环储热过程能够相互促进。该工艺有望同时实现CO₂捕集和储热,具有一定的应用前景。     

Fabrication of PEI-grafted porous polymer foam for CO2 capture

A polymer foam material with both the open-cell porous structure and the polyethylenemine (PEI)-grafted inner face was constructed for CO₂ capture. The porous poly(tert-butyl acrylate) foam was first prepared via a concentrated emulsion polymerization, and then the carboxyl groups were introduced on the interface of porous polymer after the hydrolysis reaction. Subsequently, the surface of the foam was grafted with PEI, and finally the PEI-grafted porous polymer foam designed as a CO₂ capture material was obtained. The structures of the foams were characterized by infrared spectroscopy, EDS, and SEM. The CO₂ adsorption properties were measured by adsorption/desorption cycles. As a result, the polymer foam contained a large number of amine groups (13.9 wt % N), and therefore possessed a high CO₂ adsorption capacity (5.91 mmol g⁻¹ at 40°C and 100 kPa). In addition, they also exhibited high CO₂ adsorption rate, good selectivity for CO₂-N₂ separation, and good stability according to CO₂ cyclic adsorption/desorption test. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2019 , 136, 47844.     

金属离子促进乙醇胺捕集二氧化碳研究

为了解决醇胺法燃烧后捕集二氧化碳再生能耗过高的问题,研究了一种向胺溶液中添加金属离子以降低其CO₂解吸能耗的方法,称之为金属离子络合物热缓冲自热利用技术。以广泛商业化应用的单乙醇胺（MEA）溶液为研究载体,并在MEA溶液中分别添加金属离子铜或镍, 通过建立含有金属离子的MEA捕集CO₂体系的化学反应模型,解释金属离子热缓冲剂效应的内在机理。机理显示在MEA-金属离子-CO₂-H₂O体系中,金属-MEA络合物作为一种有效的反应热缓冲剂,将有机胺吸收CO₂过程中释放的反应热（放热反应）存储于金属络合物的解离键能中（吸热反应）,在CO₂高温解吸中通过其络合放热反应将储存的能量释放出来用于CO₂解吸,形成自热再生低能耗CO₂捕集技术,从而降低了MEA再生的能耗。本文进行了综合的实验测定来评价金属离子对MEA溶液捕集CO₂过程的性能提升影响,包括CO₂反应热、解吸速率、吸收-解吸循环负载、汽液平衡溶解度等。实验结果表明铜离子或镍离子作为添加剂,能增加MEA的CO₂平衡循环负载14%~20%或7%~10%,同时能够降低MEA的CO₂反应热值6.6%~24%或6.0%~20%。     

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。     

混合基质膜在碳捕集领域的研究进展

膜分离技术因其低成本、低能耗及高效率的优势被认为是最具有前景的碳捕集技术之一。混合基质膜结合了有机材料与无机材料两方面的优势,是同时提升渗透性和选择性的有效手段。本文从气体在混合基质膜中的传递机制出发,以常见的无孔型与多孔型无机填料为基础,总结了近年来混合基质膜在二氧化碳捕集领域的研究进展,介绍了不同类型的填料在高分子基质中所起到的微结构调节作用,并着重阐述了在混合基质膜制备过程中无机填料与高分子基质之间所存在的相容性问题及其解决方法。最后,提出混合基质膜应在继续致力于填料结构设计、填料分散、构效关系等方面的同时,加强二维填料、微囊填料和促进传递机制等方面的研究。     

Recent developments on carbon capture and storage: An overview

The Intergovernmental Panel on Climate Change assumes the warming of the climate system, associating the increase of global average temperature to the observed increase of the anthropogenic greenhouse gas (GHG) concentrations in the atmosphere. Carbon dioxide (CO₂) is considered the most important GHG, due to the dependence of world economies on fossil fuels, since their combustion processes are the most important sources of this gas. CO₂ concentrations are increasing in the last decades mainly due to the increase of anthropogenic emissions. The processes involving CO₂ capture and storage is gaining attention on the scientific community as an alternative for decreasing CO₂ emission, reducing its concentration in ambient air. However, several technological, economical and environmental issues as well as safety problems remain to be solved, such as the following needs: increase of CO₂ capture efficiency, reduction of process costs, and verification of environmental sustainability of CO₂ storage. This paper aims to review the recent developments (from 2006 until now) on the carbon capture and storage (CCS) methodologies. Special attention was focused on the basic findings achieved in CCS operational projects.     

基于整体煤气化联合循环的燃烧前CO2捕集工艺及系统分析

CO₂减排作为应对全球变暖的重要手段而逐渐成为国内外研究热点。为研究燃烧前CO₂捕集系统关键技术,以华能（天津）265MW级整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）示范电站为依托,从气化装置抽出合成气约10000m³/h（标况下）,进行一氧化碳耐硫变换、甲基二乙醇胺（MDEA）硫碳共脱、PDS硫回收等技术研究,同时完成我国首套工业规模级燃烧前捕集工艺模拟、系统分析及现场测试。研究结果表明：满负荷运行工况下,每年可捕集CO₂ 7.811万吨,系统单位能耗2.35GJ/t（CO₂）,CO₂捕集率≥ 85%;模拟结果与实际运行数据相吻合。其中MDEA工段能耗占捕集能耗的93.3%,热再生部分则占MDEA工段能耗的81.61%;同时分析了捕集系统各工段CO₂损失过程,增加四段变换可使系统能耗基本不变同时捕集率增加至92.29%;考察了CO₂压缩液化工段能耗及成本。本研究结果可为燃烧前CO₂捕集的设计、工业放大及过程优化提供理论支持。     

胺法脱碳系统再生能耗

胺法脱碳系统最大的缺陷是再生能耗高,流程参数优化是降低再生能耗的有效途径。为了解再生操作参数对再生能耗的影响,通过再生塔实验台对醇胺吸收剂在不同再生工艺参数下的再生特性进行实验研究。实验内容包括富液CO₂担载量、富液进料温度、再沸器温度、再生压强及胺的种类因素对再生能耗及再生速率的影响,并分析了显热、潜热的变化规律。应用Aspen Plus 基于速率模型对再生过程进行了模拟研究。研究结果表明:提高富液CO₂担载量和富液进料温度能有效降低再生能耗。增大再沸器温度及再生压强反而增大再生能耗。一乙醇胺(MEA)再生能耗较高,混入甲基二乙醇胺(MDEA)能够显著降低能耗。提高富液CO₂担载量和再沸器的温度可以加快CO₂再生速率。     

离子液体-水复配吸收剂捕获CO2性能

基于绿色合成方法制备出亲水性离子液体(ILs)[NH₂-C₃mim][Br],从有效降低CO₂吸收-解吸操作成本出发,采用ILs-H₂O复配吸收剂,开展了常温加压CO₂吸收及吸收剂常温减压解吸再生实验。结果表明,比CO₂吸收量(基于复配吸收剂或离子液体组分)随复配吸收剂中ILs组分浓度而变;吸收初期,CO₂吸收速率随吸收剂配比变化显著;以CO₂高吸收率和吸收剂低成本为目标,优选出新型水基复配吸收剂(离子液体与水质量比为1.38:1)。分别以水基离子溶液、改良热钾碱液和活化复配醇胺液为吸收剂,在自行搭建的超重力场强化吸收-连续逆流接触(加热或减压)解吸再生台架实验装置上进行了CO₂捕获与吸收剂再生连续化实验。结果表明,在超重力场作用下,改良热钾碱液和活化复配醇胺液对CO₂有较好的捕获,吸收率分别在98%、96%和90%以上,3种吸收剂经加热或减压解吸再生后均可循环回用,水基离子溶液吸收剂在常温减压下解吸更具有实际可操作性。