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。     

不同CO2捕集技术的CO2耦合绿氢制甲醇工艺研究

大量的化石燃料燃烧导致温室气体排放增加,全球气候变暖。世界各国以全球协约的方式减排CO₂,我国也由此提出“碳达峰·碳中和”目标。CO₂捕集以及转化制液体燃料和化学品是双碳目标下行之有效的碳减排措施之一,不仅可以实现CO₂的资源化利用,同时也缓解了国家能源安全问题。本文以燃煤电厂烟气CO₂捕集和CO₂合成甲醇为研究对象,分析了基于四种不同CO₂捕集技术的CO₂耦合绿氢制甲醇工艺。对四种不同CO₂捕集技术的CO₂制甲醇工艺进行了严格的稳态建模和模拟,分析和比较了不同CO₂捕集技术情景下的CO₂制甲醇工艺的技术和经济性能。结果表明,MEA、PCS、DMC和GMS情景的单位甲醇能耗分别是7.81、5.48、5.91和4.66 GJ/ t CH₃OH,GMS情景的单位能耗最低,其次是PCS情景,但随着更高效相变吸收剂的开发,PCS情景的单位甲醇产品的能耗将降低至2.29~2.58 GJ/t CH₃OH。四种情景的总生产成本分别是4314、4204、4279和4367 CNY/ t CH₃OH,PCS情景的成本最低,更具有经济优势。综合分析表明PCS情景的性能表现最好,为可用于燃煤电厂最佳的碳捕集技术,为CO₂高效合成燃料化学品提供方向,缓解化石燃料短缺和环境污染问题。     

不同CO2捕集技术的CO2耦合绿氢制甲醇工艺研究

大量的化石燃料燃烧导致温室气体排放增加,全球气候变暖。世界各国以全球协约的方式减排CO₂,我国也由此提出“碳达峰·碳中和”目标。CO₂捕集以及转化制液体燃料和化学品是双碳目标下行之有效的碳减排措施之一,不仅可以实现CO₂的资源化利用,同时也缓解了国家能源安全问题。本文以燃煤电厂烟气CO₂捕集和CO₂合成甲醇为研究对象,分析了基于四种不同CO₂捕集技术的CO₂耦合绿氢制甲醇工艺。对四种不同CO₂捕集技术的CO₂制甲醇工艺进行了严格的稳态建模和模拟,分析和比较了不同CO₂捕集技术情景下的CO₂制甲醇工艺的技术和经济性能。结果表明,MEA、PCS、DMC和GMS情景的单位甲醇能耗分别是7.81、5.48、5.91和4.66 GJ/ t CH₃OH,GMS情景的单位能耗最低,其次是PCS情景,但随着更高效相变吸收剂的开发,PCS情景的单位甲醇产品的能耗将降低至2.29~2.58 GJ/t CH₃OH。四种情景的总生产成本分别是4314、4204、4279和4367 CNY/ t CH₃OH,PCS情景的成本最低,更具有经济优势。综合分析表明PCS情景的性能表现最好,为可用于燃煤电厂最佳的碳捕集技术,为CO₂高效合成燃料化学品提供方向,缓解化石燃料短缺和环境污染问题。     

一种低能耗捕集CO2煤基甲醇和电力联产过程设计

传统的煤制甲醇过程所需合成气的氢碳比为2.1左右,而煤气化粗合成气氢碳比仅为0.7左右,因此需要将部分合成气进行变换来调节氢碳比。然而,变换气与未变换气混合后使得CO₂浓度降低,从而导致CO₂捕集能耗增加。提出了一种低能耗捕集CO₂煤基甲醇和电力联产过程。新联产过程中部分粗合成气首先经过变换,将CO转变为H₂和CO₂,CO₂浓度提高,在此时进行CO₂捕集可实现捕集能耗的降低。经CO₂捕集后,得到富H₂气体,富H₂气体分流后与另一部分煤气化粗合成气混合调节甲醇合成的氢碳比。对新的过程进行了建模、模拟与分析。结果表明相比传统的带CO₂捕集的煤制甲醇和IGCC发电过程,新的联产过程的能量节约率可达到16.5%,CO₂捕集能耗下降30.3%。     

煤化工尾气中二氧化碳的捕集、压缩模拟与优化

利用Aspen Plus化工模拟软件对低温甲醇洗捕集煤化工尾气中的CO₂工艺流程进行模拟,在解吸阶段采用多级闪蒸的工艺,得到CO₂产品气浓度>99%。针对捕集后的高浓度低温CO₂产品气,采用HYSYS软件进行压缩液化的数值模拟,结果表明,常温高压压缩能耗较低,低温低压压缩工艺的能耗高,且主要集中在制冷系统。对常温高压压缩工艺进行优化,由原来的三级压缩加三级冷却调整为两级压缩加两级冷却,压缩工艺得到简化的同时,能耗降低24%。     

CO2捕集技术的研究现状

针对目前主要的CO2捕集技术进行了综述,总结了各种技术的优缺点,并阐述了各种方法目前存在的问题,指出了可能的改进方法,并提出未来CO2捕集技术研究的重点以及方向.     

基于CO2原位捕集的生物质热解制氢

以谷壳作为生物质研究对象,在石英管反应器中研究了基于CO₂原位捕集的谷壳热解制H₂,考察了不同温度、不同的CO₂捕集剂（CaO）配比对其热解的产气量、气体中H₂的体积分数的影响。实验结果表明,谷壳热解的产气量随温度的升高而增大,当反应温度在800℃时有最大产气量340mL/g;捕集剂CaO的添加通过原位吸收CO₂促进相关反应向生成氢气的方向移动。在600℃,不同比例CaO下CO₂体积分数都保持在22%左右,谷壳热解产生的气体中H₂的体积分数为14%~26%;在700℃,当CaO与生物质质量比为1：4时,添加CaO捕集剂能够较好地捕集CO₂,有效提高H₂的体积分数,此时获得较高的H₂产率41%,较低的CO₂体积分数16%,CaO的捕集率为64%;GC-MS表征分析发现,CaO在800℃的温度下对热解过程中产生的焦油有部分催化裂解效果。     

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。     

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。     

Simulation of a calcium looping CO2 capture process for pressurized fluidized bed combustion

The Canadian regulations on carbon dioxide emissions from power plants aim to lower the emissions from coal-fired units down to those of natural gas combined cycle (NGCC) units. Since coal is significantly more carbon intensive than natural gas, coal-fired plants must operate at higher net efficiencies and implement carbon capture to meet the new regulations. Calcium looping (CaL) is a promising post-combustion carbon capture (PCC) technology that, unlike other capture processes, generates additional power. By capturing carbon dioxide at elevated temperatures, the energy penalty that carbon capture technologies inherently impose on power plant efficiencies is significantly reduced. In this work, the CO₂ capture performance of a calcium-based sorbent is determined via thermogravimetric analysis under relatively high carbonation and low calcination temperatures. The results are used in an aspenONE™ simulation of a CaL process applied to a pressurized fluidized bed combustion (PFBC) system at thermodynamic equilibrium. The combustion of both natural gas and coal are considered for sorbent calcination in the CaL process. A sensitivity analysis on several process parameters, including sorbent feed rate and carbonator operating pressure, is undertaken. The energy penalty associated with the capture process ranges from 6.8–11.8 percentage points depending on fuel selection and operating conditions. The use of natural gas results in lower energy penalties and solids circulation rates, while operating the carbonator at 202 kPa(a) results in the lowest penalties and drops the solids circulations rates to below 1000 kg/s.     

瑞典二氧化碳捕集与封存技术的研发现状

瑞典参与的二氧化碳捕集与封存(CCS)项目多是欧盟项目,与英国、德国、丹麦、挪威、法国等国一起开展技术研究和示范项目的建设。瑞典在二氧化碳的捕集、运输和封存等各个环节的技术和政策都有研究,捕集技术的实验平台和示范项目则多设在瑞典境外的大型火力发电厂,封存地则需要考虑运输、地质条件等因素。     

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。     

带循环的二阶变压吸附碳捕集工艺模拟、实验及分析

针对日益严重的温室效应及传统CO₂捕集和储存技术的不足,设计带循环的二阶四塔变压吸附装置捕集电厂烟道气中的二氧化碳,采用炭分子筛作为第一阶二塔处理装置吸附剂,采用13X作为第二阶二塔处理装置的吸附剂。建立上述工艺的数学模型,通过实验验证数学模型和模拟结果的准确性。模拟结果表明,本工艺可以将烟道气中的CO₂（15%）富集为纯度95%的产品气,收率为93.92%,工艺处理量为4.576 mol CO₂·h^-1·kg^-1,能耗为0.847 MJ·（kg CO₂）^-1,通过对比,本工艺具有处理量大、回收率高、纯度高的优点。在此基础上,根据数学模型分析二阶床层在一个周期内的压力变化、温度分布、固相和气相组成分布、能耗组成、生产能力。     

N-containing activated carbons for CO2 capture

A series of SK-activated carbons were prepared by carbonising soya beans in the presence of KOH as activation agent. Different activation temperatures were applied to study the influence of preparation conditions on the surface properties of the carbons and their CO₂ adsorption capacity. It was found that the CO₂ adsorption capacity is directly related to the nature of surface basic N-containing groups and that the highest CO₂ adsorption capacity value was 4.24 mmol/g under 25°C and 1 atm.     

CO_2捕集的吸收溶解度计算和过程模拟

为了降低CO2吸收法捕集技术的能耗和成本,以目前常用的单乙醇胺(MEA)溶液吸收CO2为例,采用电解质非随机双流体热力学模型(E-NRTL),对溶液中的CO2气体溶解度进行计算,计算过程包含了化学反应平衡和汽液平衡,计算结果和文献数据相吻合。在此基础上,建立了CO2吸收过程模拟程序和包括解吸能耗、气体压缩能耗以及液体输送能耗的过程总体能耗的计算方法,继而通过过程模拟分析了吸收塔和解吸塔压力、溶液浓度和流量等因素对吸收捕集过程的总体能耗的影响,获取了最优的工艺条件,为以后新CO2吸收捕集过程提供能耗分析方法基础。     

CO2 capture by methanol,ionic liquid,and their binary mixtures: Experiments,modeling, and process simulation

The CO₂ solubility data in the ionic liquid (IL) 1‐allyl‐3‐methylimidazolium bis(trifluoromethyl sulfonyl)imide, methanol (MeOH), and their mixture with different combinations at temperatures of 313.2, 333.2, and 353.2 K and pressures up to 6.50 MPa were measured experimentally. New group binary interaction parameters of the predictive universal quasichemical functional‐group activity coefficient (UNIFAC)‐Lei model, which has been continually advanced by our group, were introduced by correlating the experimental data of this work and the literature. The consistency between experimental data and predicted results proves the reliability of UNIFAC‐Lei model for CO₂‐IL‐organic solvent systems. The newly obtained parameters were incorporated into the UNIFAC property model of Aspen Plus software to optimize a conceptual process developed for the purification of a CO₂‐containing gas stream. The simulation results indicate that the use of IL either mixed with MeOH or purely considerably lowers the process power consumption and improves the process performance in terms of CO₂ capture rate and solvent loss. © 2018 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 64: 2168–2180, 2018     

Cycle synthesis and optimization of a VSA process for postcombustion CO2 capture

A systematic analysis of several vacuum swing adsorption (VSA) cycles with Zeochem zeolite 13X as the adsorbent to capture CO₂ from dry, flue gas containing 15% CO₂ in N₂ is reported. Full optimization of the analyzed VSA cycles using genetic algorithm has been performed to obtain purity‐recovery and energy‐productivity Pareto fronts. These cycles are assessed for their ability to produce high‐purity CO₂ at high recovery. Configurations satisfying 90% purity‐recovery constraints are ranked according to their energy‐productivity Pareto fronts. It is shown that a 4‐step VSA cycle with light product pressurization gives the minimum energy penalty of 131 kWh/tonne CO₂ captured at a productivity of 0.57 mol CO₂/m³ adsorbent/s. The minimum energy consumption required to achieve 95 and 97% purities, both at 90% recoveries, are 154 and 186 kWh/tonne CO₂ captured, respectively. For the proposed cycle, it is shown that significant increase in productivity can be achieved with a marginal increase in energy consumption. © 2013 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 59: 4735–4748, 2013