低能耗化学吸收碳捕集技术展望

低能耗的CO₂捕集技术对“碳减排”有重要意义。化学吸收法是工业常用的CO₂捕集方法,过程能耗高、成本高,限制了大规模的工业应用。近年来,随着新型吸收剂的开发和吸收解吸装置的设计,过程能耗有所降低,在我国已有多套碳捕集示范装置。然而进一步降低捕集能耗,节约捕集成本是实现“碳中和”的不变追求。本文基于溶剂化学吸收CO₂研究,提出以下化学吸收法的研究方向：开发广泛的相变吸收理论,构建吸收体系数据库,建立定量预测模型,以实现吸收体系的分子设计;强化气液传质,设计液相传热部件和气液分离空间,研发高效吸收解吸设备,以提升碳捕集效率;耦合化学吸收和矿化,实现原位CO₂吸收固定,提升过程经济性。通过化学吸收技术的系统研发,以期促进低能耗的碳捕集,助力祖国实现“碳中和”。     

乙醇胺捕集燃煤烟气二氧化碳工艺模拟

有机胺法是最有效的燃煤烟气二氧化碳（CO₂）捕集技术之一。使用Aspen plus模拟乙醇胺（MEA）捕获烟气CO₂的过程,先进行单独的吸收塔与再生塔模拟,在单独系统模型收敛的基础上,再进行吸收-解吸的综合模拟。在入塔烟气流量为8.22 m³/min、CO₂物质的量分数为0.18、MEA流量为2 311.3 kg/h、MEA物质的量分数为0.12条件下,MEA捕集燃煤烟气中CO₂的模拟结果: CO₂脱除率为69.3%,净化气中CO₂物质的量分数为5.33×10^-2,再生塔顶再生气中CO₂物质的量分数为0.956,基本达到了设计要求。此为更深入地开展胺法吸收CO₂的研究提供了依据。     

基于镁基燃煤烟气碳捕集的太阳能-燃煤互补发电系统设计

燃煤等化石能源电站CO₂排放量巨大,开展燃煤电站碳减排是实现双碳目标的必经之路。碱金属基固体吸收剂捕集CO₂具有再生能耗低、选择性高等优点。但依靠电站自身能量实现碳捕集,能效代价巨大,对此提出利用槽式太阳能集热驱动镁基碳捕集再生,避免燃煤发电单一碳捕集的效能损失,同时将碳酸化放热替代电厂抽汽加热给水,提升发电量。基于某典型燃煤电站开展系统设计及分析,计算设计系统引入槽式太阳能和碳捕集系统带来的增发功率,比较设计系统、单一燃煤碳捕集系统及参比系统的总出功。结果表明,相比单一燃煤碳捕集系统,设计系统避免了46.4 MW发电功率损失,同时借助碳酸化放热,发电功率提升了46.2 MW。设计系统较单一燃煤碳捕集和单一光热发电的简单叠加系统发电功率增加了44 MW,实现了1+1>2的集成效果。典型日分析下考虑1 d中太阳直射辐射强度的变化,设计系统可通过调控碳捕集过程避免辐照过高/过低对系统稳定运行的影响,典型日下系统平均碳捕集量达135.6 t/h,增发功率达23.2 MW/h,实现了系统的变工况高效运行。设计系统避免了电站自身碳捕集带来的效能损...     

化学吸收法捕集二氧化碳研究进展

化学吸收法是目前电厂捕集烟气中二氧化碳应用最广泛的方法。本文主要介绍了以醇胺、热钾碱溶液、氨水等为吸收剂的化学吸收法,从目前的研究现状、吸收原理及优缺点进行分析,并探讨了未来二氧化碳捕集研究的方向,化学吸收法捕集CO_2的研究主要集中在对吸收剂的探寻中,同时,离子液体、金属有机骨架、膜分离技术等其他捕集技术的发展大大推进了二氧化碳捕集的进展。     

燃煤电厂烟气MDEA/PZ混合胺法碳捕集工艺模拟分析

采用混合胺吸收剂替代传统一乙醇胺（MEA）吸收剂是降低有机胺法碳捕集工艺能耗的重要方法。利用Aspen plus软件模拟了以甲基二乙醇胺(MDEA)/哌嗪(PZ)混合胺为吸收剂的燃煤电厂每年百万吨CO₂捕集工艺系统，考察了贫液负荷、MDEA/PZ混合胺浓度、MDEA/PZ比例和解吸压力等因素对解吸塔再沸器热负荷和冷凝器冷负荷的影响。通过对这些影响因素下吸收塔内液相温度分布和CO₂负荷分布变化揭示了MDEA/PZ对CO₂的吸收特性。此外，进一步分析了不同影响因素下解吸塔内气液相CO₂浓度驱动力和气液相级间温度驱动力分布特性，发现了强浓度驱动力和低温度驱动力分布更有利于降低再生能耗。研究表明，由30%MDEA和20%PZ组成的混合胺液在贫液负荷为0.08和解吸压力为2.02×10⁵Pa时，再沸器热负荷和塔顶冷凝负荷分别为2.76GJ/tCO₂和0.60GJ/tCO₂，相比传统MEA吸收剂降低了20.92%和40.0%。     

燃煤电厂碳捕集系统节能潜力分析

针对碳捕集吸收剂解吸能耗高的问题,建立了碳捕集系统仿真模型。研究碳捕集系统能量的构成及分布规律,分析结果表明:再沸器的热耗为4.64 GJ/t,贫液冷却器、再生气冷却器释放的热量分别为1.840 8 GJ/t和1.750 1 GJ/t。碳捕集系统的总损损为1.205 GJ/t,解吸塔、吸收塔、换热器的损率分别为33.02%、33.48%、21.83%。     

膜分离捕集燃煤电厂烟气CO2过程优化设计

全球CO₂的排放量不断升高,导致气候问题频发。“双碳”目标下,如何高效、低成本地捕集燃煤电厂烟气CO₂已经成为迫在眉睫的问题。传统的化学吸收法由于能耗高、成本高、溶剂易挥发等问题严重制约了其发展,而膜法碳捕集因为其操作简单、能耗低、环境污染小等优势被认为是最有前景的捕集方式。本文以PI中空纤维膜为分离膜,建立和求解了气体分离膜模型。并以燃煤电厂烟气CO₂为捕集目标,利用多岛遗传算法求解了膜分离捕集CO₂工艺的不同配置,并优化了分离过程中的关键参数(膜面积、操作压力)。结果显示：在二级膜分离工艺中,二级一段膜分离工艺的第一级膜和第二级膜操作压力分别为5.8 bar和7.1 bar,第一级膜和第二级膜的面积分别为448000 m²和180000 m²时,单位捕集成本为27.36 USD/t CO₂。与二级二段膜分离以及其他几种传统的CO₂捕集方法(MEA法、相变吸收法)相比,二级一段膜分离捕集CO₂的捕集成本和能耗均最小。本研究将为CO₂捕集实现低能耗和低成本化提供依据。     

醇胺法捕集燃煤烟气CO2工艺模拟及优化

使用Aspen Plus模拟了醇胺捕集燃煤烟气CO2的过程,考察了吸收剂用量、贫液负荷、再沸器负荷等操作因素对脱碳过程的影响,并比较了不同醇胺溶液吸收与解吸性能。结果表明:吸收剂用量及浓度越大、烟气CO2含量越低、吸收塔级数越多,则CO2脱除率越高;贫液负荷增大会降低溶剂吸收能力,在相同的CO2脱除率下,αlean为0.08时再生热耗最小;再沸器总负荷随CO2回收率增加而增大,但单位热耗却先降低而后略微增大,并在回收率80%附近取得最小值;各醇胺溶液吸收能力PZ>MEA>DEA≈AMP>MDEA,再生能力PZ>AMP>MEA,兼顾吸收与解吸,应将它们复配使用。     

化学吸收法捕集二氧化碳的研究进展

近年来,由于化石燃料的大量燃烧,二氧化碳的排放量剧增,进而引起了一系列生态问题。因此,研究更有效的二氧化碳捕集技术及更高效的二氧化碳吸收剂迫在眉睫。众多学者综合考虑燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧3种二氧化碳捕集工艺技术后,发现燃烧后捕集工艺技术最适合工业应用。化学吸收法作为燃烧后捕集二氧化碳的一项高效节能、相对成熟的新兴技术,是目前电厂应用最广和最具潜力的捕集技术之一。首先介绍了碳捕集技术的研究现状,然后着重阐述了目前碳捕集技术中备受关注的4种化学吸收剂,即有机胺溶液吸收剂、离子液体吸收剂、氨水溶液吸收剂和新型相变吸收剂,并分别探讨了这4种吸收剂的捕集原理、研究现状、各自的优缺点及改进方向。     

低温甲醇洗碳捕集改进与优化

减少CO₂排放对环境保护尤为重要。传统低温甲醇洗工艺中大量被贫甲醇吸收的CO₂由于被N₂稀释而直接作为尾气排放进大气中。为探究工艺改进空间,本研究基于Aspen Plus对一传统低温甲醇洗工艺进行模拟,物性方法选用CPA (Cubic-Plus-Association)模型并对该模型的二元交互系数进行回归修正,后与实际数据进行对比确保模型的准确性。对于工艺改进,首先在传统低温甲醇洗工艺的基础上采用四级增压热闪蒸和降压闪蒸相结合的方式进行一次改进以用于CO₂捕集,并对相关参数进行优化以进一步降低系统公用工程消耗。结果显示,虽然一次改进工艺的CO₂产量是传统工艺的3.3倍,但系统能量消耗增加了2.12%,系统(火用)消耗增加了17.81%。接着,在一次改进工艺的基础上采用“半贫液+透平回收”相结合技术进一步进行节能改进,二次改进工艺的CO₂产量不仅与一次改进工艺相当,系统能量消耗和系统(火用)消耗相比于传统低温甲醇洗工艺也分别降低了17.16%和5.85%。     

燃煤电厂烟气二氧化碳胺法捕集工艺改进研究进展

有机胺化学吸收法是当前最具大规模工业化应用前景的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集技术,但目前仍存在能耗较高的缺点,而通过工艺改进将是降低碳捕集系统能耗的有效方法之一。本文从吸收端和解吸端分别对十余类工艺改进方法的原理和研究进展进行了阐述,其中吸收端涉及吸收塔内部冷却、富液循环、贫液分配流和旋转塔4类工艺;解吸端则包括解吸塔塔级再热、富液分流、闪蒸再生、闪蒸压缩、多压力解吸、多效解吸塔和直接蒸汽解吸共7类工艺。分析表明,富液分流、闪蒸压缩、多效解吸塔和直接蒸汽解吸工艺展示了较好的改进效果。并进一步介绍了多种工艺联合改进的碳捕集系统综合优化方法,特别对综合优化过程中需要重点关注的各工艺间相互作用以及吸收剂与优化工艺匹配性进行了讨论说明,由此指出联合采用新型胺吸收剂和复合工艺改进是未来开发先进胺法碳捕集系统的重要研究方向。     

燃煤烟气杂质影响膜法捕集CO_2的研究进展

膜法捕集CO₂系统运行的稳定性直接制约其大规模运用,本文总结分析了其稳定性一方面受到膜自身特点,如孔径分布、孔隙率等的影响;另一方面燃煤烟气杂质对膜系统的作用也是限制其发展的要素所在,如细颗粒物会吸附沉积在膜表面或膜孔内部、水蒸气易冷凝于膜表面或在孔径内形成毛细管冷凝现象、SO₂会与CO₂形成竞争吸附,这些因素都会引起气体通量的变化,从而改变膜捕集系统的性能。     

1000t/a燃煤烟气CO_2捕集装置再生能耗优化试验

中国华能集团清洁能源技术研究院在华能长春热电厂开发了捕集能力为1 000 t/a的烟气CO_2捕集装置,主要用于测试各种不同CO_2吸收剂的性能以及研究系统运行参数(液气比、烟气CO_2体积分数、再生压力等)对再生能耗的影响。通过对质量分数为20%的乙醇胺MEA溶剂开展1 000 h的连续试验,文中系统研究了系统液气比、烟气CO_2体积分数以及再生压力对再生能耗的影响。数据表明,在此试验测试范围内,再生能耗随着烟气CO_2体积分数的升高而降低,随再生压力的升高而降低;试验表明,对于质量分数为20%的MEA溶剂系统,最佳液气比为3.8—4.3,CO_2最佳再生能耗约为3.6 GJ/t。     

碳的捕集与封存

全球能耗不断增长,尤其是发展中国家。随着对矿物燃料（原油、天然气和煤）需求的增加,以及对气候变化的不断关注,促使人们不断讨论如何限制CO2排放。矿物燃料的使用和生产尤其是这场讨论的重点。发展中国家必须采用更多能源来提高国民的生活标准。然而,这些努力将导致更多的CO2被排放。必须加以研究碳捕集和封存这样有可能成为二氧化碳减排的新技术,以便减少发展中国家和发达国家碳排放。     

CaO基材料储能辅助燃煤电站碳捕集研究进展

化石燃料大规模燃烧产生的CO_2加剧了温室效应,钙循环技术不仅能实现低能耗碳捕集,也是热化学储能的重要方法之一。为应对全球气候变暖问题,可再生能源大规模开发与利用,太阳能具有大规模工业应用的广阔前景。然而,太阳辐射具有间歇性,热化学储能技术应运而生。笔者介绍了燃煤电站CaO储能辅助碳捕集系统以及太阳能热发电站基于钙循环的高温储能技术,分析了煅烧条件、材料颗粒粒径等因素对CaO基材料循环储能性能的影响,并介绍了提高CaO基材料储能活性和稳定性的多种方法:用机械掺混、化学燃烧合成等方式制备CaO/Al_2O_3、CaO/MgO、CaO/SiO_2多种复合储能材料。结果表明,燃煤电站CaO储能系统可提高发电效率、减少机组煤耗量、实现CO_2减排;CaO/CaCO3高温热化学系统储能密度高达3. 2 GJ/m~3,储能循环稳定性高,能够实现能量长期无热损储存;惰性载体(Al_2O_3、MgO、SiO_2)的加入可以提高CaO储热循环活性和稳定性。基于CaO基材料碳酸化/煅烧反应(钙循环)的高温热化学储能具有巨大应用前景。此外,分析了当前CaO基材料储能存在的问题以及研究难点,并对储能研究方向进行展望。目前CaO基材料储能循环活性降低,高效储能装置距离实际应用还有一定差距。CaO基储能材料制备应向高储能密度、高循环活性方向发展,整体发电效率提高是储能系统优化的关键。     

低能耗碳捕集技术及燃煤机组热经济性研究

针对燃烧后胺法脱碳工艺捕集能耗高的问题,在普通碳捕集系统中集成级间冷却、机械蒸气再压缩(mechanical vapor recompression,MVR)和富液分流解析3项节能技术,建立低能耗碳捕集系统,并将该系统与600 MW燃煤机组热力系统耦合,分析该系统对燃煤机组热经济性指标的影响.结果表明,当CO2捕集率为...     

燃煤电厂二氧化碳捕集技术

对现阶段我国燃煤电厂的CO_2捕集及封存技术进行了介绍,对CO_2资源化技术进行了简介。     

碳捕集技术研究进展

碳捕集技术对于减少大气中的CO_2浓度显得至关重要,尤其是对于排放大量温室气体的火力发电厂和工业源的CO_2捕集。本文主要概述了CO_2的燃烧前捕集、富氧燃烧捕集、燃烧后捕集这3种主要的碳捕集技术的研究现状,并结合当前正在研究的碳捕集技术,提出了碳捕集技术未来可能的发展方向。     

水泥厂碳捕集工艺技术

简要分析了膜分离法、吸附分离法、低温蒸馏法、物理吸收法等几种CO_2捕集技术的优缺点,介绍了化学吸收法碳捕集工艺在烟气处理工程中的应用情况,主要分析了化学吸收法与水泥生产工艺的结合原理及化学吸收法目前存在的问题,最后介绍了一种适用于水泥厂新型外燃式高温煅烧回转窑脱碳工艺。     

电厂烟气CO_2胺法捕集工艺模拟优化

本文根据胜利电厂烟气实际数据,设计了胺法捕集二氧化碳工艺流程,基于ProⅡ软件对烟气二氧化碳吸收和解吸过程进行了数值模拟,分析了不同种类吸收液、MEA浓度和循环量,吸收温度和解吸温度对二氧化碳捕集效果的影响,对不同种类吸收剂进行了优化筛选以及工艺参数的优化.