二氧化碳捕集技术研究进展

由于全球温室效应不断增强,全球温度上升引发冰川融化,使得海平面上升和海水酸化。二氧化碳(CO₂)是人为排放温室气体的主要组成部分,占比四分之三。随着碳中和碳达峰目标的提出,CO₂捕集与封存(CCS)技术作为具有前景的策略正在引起全球关注。本文介绍了燃料燃烧前、富氧燃烧和燃烧后烟气中CO₂捕集技术,以及吸收、吸附和膜分离等CO₂分离技术,提出固体吸附剂对CO₂进行吸附和分离是一种具有应用前景技术,从CO₂吸附剂方面展望二氧化碳捕集技术研究方向。     

玻璃工业窑炉二氧化碳烟气捕集、提纯与应用

随着国民经济的快速增长,我国已成为全球第一大CO₂排放国。而在我国传统高耗能工业中,建材工业已占全国能源活动CO₂排放量的15%。在2030碳达峰和2060碳中和的目标引领下,建材工业节能减排行动已势在必行。中建材集团率先推动玻璃工业碳减排,为建材工业探索低碳绿色发展在技术、建设和运行管理等方面累积经验,填补了玻璃工业碳捕集、提纯与应用技术空白,开创了世界玻璃工业回收利用CO₂气体的先河。本文介绍了5万吨食品级CO₂项目玻璃工业窑炉CO₂烟气捕集、提纯和应用技术,全新设计了玻璃窑炉CO₂烟气捕集、提纯装置,克服了原有技术的不足。研究表明,采用变压吸附加吸附精馏工艺,玻璃窑炉CO₂烟气回收率可达95%,纯度99.9%以上,社会效益和经济效益显著。     

碳中和背景下现代煤化工技术路径探索

从源头减碳、过程控碳、末端碳捕集封存和碳资源高附加值利用四个方面,分析了现代煤化工产业低碳发展的技术路径、对降低碳排放的效果以及未来应用前景。文中指出：源头减碳技术路径包括原料结构调整和能源结构调整,引入富氢和绿氢资源与煤炭进行碳氢互补,提高煤炭利用效率,并通过气代煤、电代煤,尤其利用弃风、弃电,可显著降低碳排放和工艺生产成本;过程控碳技术路径包括节能提效和开发革新技术,依靠现代煤化工技术进步,突破传统工艺瓶颈,是当前企业易于实施、应用较多的节能减排方式;末端碳捕集封存技术路径包括地质深层掩埋、驱油、强化深部咸水开采等,将工艺过程产生的高浓度CO₂通过低成本捕集,有效提高油气采收率,并为水资源匮乏地区提供额外供水;碳资源高附加值利用技术路径主要包括CO₂化学转化制高附加值及大宗化学品,国内正加快CO₂制低碳烯烃、芳烃、甲醇、碳酸酯的技术研发与示范应用,努力将CO₂从化石能源利用的终结排放者转化为碳循环利用的参与者,发展碳循环经济,减少碳排放。最后提出：未来将现代煤化工融入能源系统的大格局统筹考虑,推...     

叶酸衍生碳的制备及其CO2捕获性能研究

温室气体CO₂深刻地影响着人类的生存环境,根据国家能源发展战略,高容量捕获CO₂主要用于缓解环境污染和生产高附加值化学品,如环状碳酸酯,因此,实现CO₂高容量捕获具有较好的科学价值和研究意义。本工作采用来源广泛、廉价易得的叶酸作为前驱体,以KOH为活化剂,通过碳化—活化法获得CO₂吸附性能优异的叶酸衍生多孔碳。首先,采用BET、SEM、SEM-EDS、XRD、Raman和XPS表征系统研究了叶酸衍生多孔碳的物性、纹理和结构特征。随后,通过1 bar 0℃和1bar 25℃的CO₂吸附实验评估了叶酸衍生多孔碳的CO₂吸附性能。最后,详细探究了叶酸衍生多孔碳的物化属性和多孔特性在CO₂吸附过程中所起的作用。在我国实施“碳中和、碳达峰”的背景下,本研究可为工业领域实现负碳汇目标提供技术和理论支持。     

金属及碳基材料电催化还原CO2研究进展与展望

随着全球工业化快速发展,化石燃料大量使用导致碳排放量急剧增加,造成严重环境问题。因此,寻找有效方法降低CO₂浓度以遏制全球变暖成为紧迫任务。目前,减少CO₂主要策略包括限制传统化石能源使用和将多余CO₂转化为高附加值化学品。由于经济发展仍极度依赖化石能源,简单地限制其使用存在显著困难。因此,高效转化CO₂成为高附加值化学品显得尤为关键。在众多CO₂转化技术(生物还原、热化学加氢还原、光电化学及电化学还原CO₂)中,电化学还原CO₂因其高效性和良好的工业应用前景而显得尤为突出。基于此,对CO₂转化技术、电催化还原CO₂原理、主要产物、反应途径、评价参数及目前发展迅速的金属基及非金属碳基材料电催化剂的研究现状进行了综述。金属基和非金属碳基材料的结合能够提高催化剂的催化活性,具有良好的研究前景。从新型高效低成本催化剂开发及其形貌和表面活性位点的微观调控,利用原位表征技术和密度泛函理论计算加深对反应...     

碳中和目标下的水泥工业低碳技术研究

介绍了世界水泥工业低碳技术。水泥行业的碳减排对我国实现碳中和目标的影响重大,迫切需要水泥行业通过技术创新驱动实现绿色低碳发展。针对水泥工业的碳排放主要来源,碳减排技术路径主要包括能源效率提升、原/燃料替代、低碳水泥、碳捕集利用和封存。比较分析了国内外典型的水泥窑替代燃料技术。从水泥窑尾烟气中捕集CO2,除了富氧燃烧和化学吸收法外,还包括直接分离的捕碳技术。介绍了水泥窑捕集到的高浓度CO2进行资源化利用的技术途径。     

专利视角下空气中直接捕集CO2技术发展分析

碳达峰和碳中和目标的提出为我国碳减排发展明确了方向，也对碳捕集技术未来发展提出了新要求。空气中直接捕集CO₂作为新兴负碳排放技术是实现双碳目标的重要技术保障。专利作为技术信息的有效载体，是分析技术发展的重要工具，具有信息丰富完备、覆盖时间长、真实可靠等特征，更是学术期刊资源的重要补充。以直接空气捕集相关关键词进行检索，并基于国内外专利文献分析了空气中直接捕集CO₂技术的发展历程，分析了空气直接捕集技术的专利申请数量，介绍了主要技术形式与改进措施。着重介绍了主要研究创新主体的关键专利技术，包括低成本高效吸附剂的改进，降低空气流通装置阻力的方法以及空气直接捕集系统与其他化学系统的耦合等。随着技术发展带来的降本增效以及碳交易市场与碳关税的建立形成，具有负碳潜力的空气直接捕集CO₂技术将会得到更广泛关注。最后对我国空气直接捕集CO₂技术未来发展方向进行展望。     

面向双碳的低碳水泥原料/燃料替代技术综述

在碳达峰、碳中和背景下,水泥等建材行业能耗高、排放高、产能过剩,面临巨大挑战。从水泥行业现有CO₂减排技术出发,分析了水泥低碳生产方式的原理和现状,归纳总结了原料替代、燃料替代和熟料替代技术现状。最后结合国内现状和发展规划,对水泥行业低碳技术进行展望。水泥行业现有CO₂减排技术包括将低碳原料或工业废弃物代替生料中某些成分的原料替代技术;将低碳排放的清洁燃料应用于水泥生产的燃料替代技术;将有凝胶活性的材料添加到混凝土中以节省熟料使用量的熟料替代技术;应用电能和使用燃料时提升能源利用效率的方法和技术以及颇具前景但尚未大规模应用的碳捕集、封存技术(CCS)。原料替代方式是最有效的低碳生产方式,硅酸盐水泥原料中包含大量石灰石,会在水泥生产过程中分解产生烧制熟料必需的CaO和大量CO₂,利用富钙废弃物替代石灰石等高载碳原料,可显著减少CO₂排放,同时提供等量的CaO,用以替代的原料包括电石渣、硅钙渣、钢渣、石英污泥及造纸污泥等,其中不同工业废料对于水泥生产不仅可代替石灰石原料,还可能提供额外效益,如硅钙渣能提...     

碳中和目标下的煤化工变革与发展

碳中和目标的达成将对我国煤化工产业的发展产生深刻的影响。本文分析了煤炭消费与煤化工的CO₂排放情况及煤化工在国家经济中的作用,指出碳减排技术与煤化工工艺耦合是实现煤化工碳减排与可持续发展的关键,现实地选择优化产业结构与提高能量利用效率的措施可明显但有限地降低CO₂排放量,认为要实现煤化工亿吨级规模的碳减排必须采用绿电绿氢、碳捕获与封存/碳捕获利用与封存（CCS/CCUS和CO₂）资源化利用技术。文中评述了近年来绿电绿氢、CCS/CCUS和CO₂资源化利用技术应用的主要进展,指出2030年碳达峰前这些碳减排技术将处于关键的示范考验期,能否成熟可靠将决定之后的煤化工发展走向,同时预测氢冶金与绿氨合成示范技术的推广应用将可能导致煤化工产业格局的重大变化。最后基于空气直接捕集CO₂技术与光电催化CO₂转化或模拟光合反应的研究进展,设想了未来可能呈现的零碳化工体系。     

碳中和约束下绿色减排体系的构建

基于对CO₂具有“既是亟待减排的温室气体,又是人类生存必不可少的可再生资源”双重性的认知,本文首次提出了碳中和约束下的“污染温室因子禁排、CO₂净零排放、调控CH₄产生和排放”的温室因子绿色减排体系。文中从两个方面提出绿色减排体系的构建：在国家层面,通过制定相关减排政策体系、进行国家超级工程和行动,为我国实现“30·60双碳目标”提供依据、标准和规范,形成实施绿色碳减排的基石和支撑体系;在微观技术层面,通过全过程控碳排放的CO₂绿色减排技术,包括源头上避免高碳排放、过程中控制碳排放、末端强化碳循环与捕集利用（3CU）等。最后指出,依靠能源绿色低碳转型,以节能降耗和生物固碳为抓手,疏堵结合,满足自然界的碳循环平衡需求,高效低成本实现经济社会高质量低碳化发展、生态文明建设与应对气候变化的三赢,将会促进我国2030年前达到峰值和2060年前实现碳中和。     

碳中和目标下海螺水泥减排二氧化碳的实践

水泥行业是二氧化碳排放大户,其排放主要来自碳酸盐的分解、燃料的燃烧和电力消耗.在生产工艺碳减排(如替代原料、熟料替代技术等)、生产能耗碳减排(如替代燃料、富氧燃烧技术、高效粉磨、余热发电等)、新技术碳减排(如水泥窑二氧化碳捕集利用)及新能源技术等方面加强技术研发力度和推广力度,可实现水泥行业绿色转型发展,为达到碳中和目...     

太阳燃料甲醇合成

我国将力争于2060年前实现碳中和,而实现碳中和的根本途径是能源利用形式由化石能源向可再生能源转变。本文指出太阳燃料甲醇合成（又称“液态阳光”）是利用太阳能等可再生能源分解水制取绿氢,再将二氧化碳与绿氢结合转化为甲醇的综合性技术,它不仅可将再生能源存储在液体燃料甲醇中,还可解决重要领域如冶金、建材、化工中的刚性二氧化碳排放,是实现碳中和目标切实可行的技术路线和有力手段。本文就作者团队研究发展的液态阳光水分解制氢和二氧化碳加氢制甲醇技术进行总结,并对当前液态阳光技术的工业应用进行了介绍。     

有色金属工业低碳技术分析与思考

有色金属工业减碳是工业过程减碳的重要抓手。本工作综述了有色金属工业碳排放现状和特点,在此基础上提出了有色金属工业尤其是重点冶炼行业的低碳技术路径。分析表明,铝冶炼行业是有色金属工业二氧化碳减排的核心,预计2025年有色金属工业将实现碳达峰,碳达峰时二氧化碳排放量为7.5亿吨;有色金属工业减碳技术路径主要包括清洁能源替代、发展先进的低碳技术与装备、金属再生利用及碳捕集利用(CCU)等,其中金属再生利用是有色金属工业支撑实现国家“双碳”目标的重要路径。要点：(1)综述分析了我国有色金属工业碳排放现状,预测了有色金属工业碳达峰峰值。(2)围绕有色金属工业碳排放特点,提出了有色金属工业的低碳技术路径。(3)提出了铝冶炼行业氧化铝、电解铝及再生铝的低碳技术路径。(4)提出了铜铅锌、镍钴锂、硅镁钛等重点冶炼行业的低碳技术路径。     

“双碳”目标下石化行业关键低碳技术综合评估分析与减排贡献研究

作为主要的温室气体排放部门,石化行业在“双碳”目标下面临着巨大的减排压力,然而目前学术界对于石化行业排放特征、关键技术评估以及减排贡献的研究还不够深入。文章构建了石化低碳技术综合评估优化模型,基于实证数据识别企业排放特征,结合行业特点对关键低碳技术进行综合评估,测算“双碳”目标下低碳技术的减排贡献。结果表明,现阶段新兴低碳技术由于安全性、成本等因素无法在石化行业广泛应用,节能仍是企业短期减排的重要措施;长期来看,能源结构调整将发挥越来越重要的作用。此外不同板块企业的排放构成差异巨大,低碳技术选择也需有所侧重。     

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。