Iklim Bumi sedang mengalami perubahan ketara yang dicirikan oleh pemanasan global, yang akan memberi kesan penting kepada ekosistem global dan pembangunan sosial dan ekonomi. Kajian telah menunjukkan bahawa ini adalah disebabkan oleh kesan pemanasan gas rumah hijau seperti CO2 yang dipancarkan oleh manusia menggunakan bahan api fosil. Dalam beberapa dekad kebelakangan ini, pelepasan CO2 telah meningkat dengan pembangunan ekonomi. Pada tahun 2006, pelepasan CO2 dunia mencapai 28 bilion tan, di mana China menyumbang 20.2%. Bahan api fosil seperti arang batu, minyak, dan gas asli adalah sumber utama pelepasan CO2, dan arang batu memancarkan CO2 yang paling banyak. Batu arang adalah sumber tenaga yang agak "kotor". Batu arang dengan nilai kalori yang sama memancarkan lebih banyak CO2 daripada minyak dan gas asli, dan merupakan sumber pelepasan CO2 yang paling penting. Pada tahun 2006, arang batu menyumbang hanya 26% daripada penggunaan tenaga utama di dunia, tetapi pelepasan CO2nya menyumbang 41.7%. Masalah ini sangat menonjol di negara saya: Pada tahun 2007, penggunaan arang batu negara saya adalah 2.59 bilion tan, menyumbang 69.5% daripada penggunaan tenaga utama negara saya dan lebih daripada 80% daripada pelepasan CO2 negara saya. Daripada jumlah ini, 1.31 bilion tan digunakan untuk penjanaan kuasa. Pada tahun 2008, penjanaan kuasa terma menyumbang 80% daripada jumlah penjanaan kuasa negara saya, yang kebanyakannya berasal dari loji kuasa arang batu. Oleh kerana harga yang rendah, rizab yang banyak, dan akses mudah, arang batu akan kekal sebagai sumber tenaga utama negara saya untuk masa yang lama untuk datang.
Pada masa ini, terdapat cara -cara berikut untuk mengawal pelepasan CO2: meningkatkan kecekapan tenaga, menggunakan tenaga boleh diperbaharui seperti tenaga angin, tenaga solar, tenaga biomas, dan tenaga nuklear, dan menggunakan teknologi penangkapan CO2 untuk membakar bahan api fosil.
Pada masa akan datang, bahan api fosil akan terus menjadi sumber tenaga utama kami, yang memerlukan kami mengadopsi teknologi penangkapan dan penyimpanan CO2 (CCS) untuk mengurangkan pelepasan CO2. Loji kuasa terma adalah sumber pelepasan CO2 yang paling penting, dan pelepasan CO2 mereka melebihi 40% daripada jumlah keseluruhan. Oleh kerana pelepasan terpusat dan kawalan mudah mereka, mereka telah menjadi objek aplikasi utama CO2 penangkapan dan teknologi penyimpanan.
Penangkapan dan penyimpanan CO2 merujuk kepada pengumpulan CO2 yang dipancarkan oleh loji kuasa dan kemudian mengangkutnya ke lokasi penyimpanan CO2 melalui saluran paip. Artikel ini terutamanya memberi tumpuan kepada teknologi penangkapan CO2. Pada masa ini terdapat tiga jenis utama teknologi penangkapan CO2:
Teknologi penangkapan pasca pembakaran
Teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen
Teknologi penangkapan pra-pembakaran
Kata kunci: penangkapan CO2; loji kuasa terma; pembakaran yang diperkaya oksigen; penangkapan gas serombong; Penangkapan Pra-Pembakaran
Teknologi penangkapan pasca pembakaran
Teknologi penangkapan pasca pembakaran digunakan untuk menangkap karbon dalam gas serombong selepas pembakaran. Ia menggunakan monoethanolamine (MEA) atau penyelesaian lain untuk menyerap CO secara langsung dalam gas serombong untuk ditangkap. Penyelesaian MEA adalah pelarut kimia organik yang telah digunakan untuk menghilangkan kekotoran gas berasid dalam gas asli, seperti CO2, H2S, dan lain -lain lebih daripada 60 tahun. Penyerapan CO2 tergolong dalam penjerapan kimia, yang boleh melepaskan CO2 di bawah pemanasan. Menggunakan kaedah ini untuk menangkap CO2 dalam gas serombong boleh mengeluarkan 75%~ 90%CO2 dalam gas serombong dan mendapatkan CO2 dengan kesucian 99%.
Untuk menangkap CO2 dalam gas serombong, menara penyerapan dan menara regenerasi perlu ditambah ke peralatan untuk menyerap dan melepaskan CO2. Di samping itu, sistem stim perlu diubah suai untuk mengekstrak stim untuk memanaskan penyelesaian dan melepaskan CO2. Oleh kerana tekanan gas serombong yang rendah (umumnya dekat dengan tekanan atmosfera), kepekatan CO2 yang rendah (10%~ 15%), dan aliran gas yang besar, sistem penangkapan adalah besar dan menggunakan banyak tenaga. Kehilangan tenaga utama teknologi penangkapan pasca pembakaran terletak pada pertumbuhan semula penyelesaian MEA. Dianggarkan bahawa untuk unit yang baru dibina dengan penangkapan CO2, kecekapan akan turun kira -kira 20% ~ 30% berbanding dengan unit dengan parameter yang sama, dan tenaga yang digunakan oleh penjanaan semula penyelesaian MEA menyumbang lebih daripada separuh daripada jumlah tenaga yang digunakan. Tenaga yang diperlukan untuk penjanaan semula biasanya berasal dari pengekstrakan stim tekanan rendah turbin. Alstom telah mengkaji pengubahsuaian CO2 unit di Amerika Syarikat, menunjukkan bahawa 79% daripada stim selepas silinder tekanan sederhana digunakan untuk penjanaan semula penyelesaian MEA. Kerana pengekstrakan stim menghalang unit daripada beroperasi di bawah keadaan yang optimum, kecekapan akan terus menurun.
Di samping itu, gas berasid seperti SO2 dan NO2 dalam gas serombong akan bertindak balas dengan larutan MEA untuk menghasilkan garam yang stabil haba, mengakibatkan kehilangan larutan MEA. Oleh itu, kandungan gas berasid dalam gas serombong perlu dikawal pada kira -kira 10x10 ". Ini memerlukan pengubahsuaian sistem desulfurisasi untuk meningkatkan kecekapan desulfurisasi.X, kerana tidakXDalam gas serombong terutamanya tidak, dan NO2 hanya menyumbang kira -kira 5%, sistem SCR biasa boleh memenuhi keperluan.
Teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen
Teknologi pembakaran yang diperkayakan oksigen menggunakan teknologi pengeluaran oksigen untuk lulus oksigen tulen dan sebahagian daripada gas serombong kitar semula ke dalam dandang untuk pembakaran, supaya kepekatan CO2 dalam gas serombong mencapai lebih daripada 95%, yang boleh dimampatkan secara langsung dan disucikan.
Peralatan untuk menangkap CO2 menggunakan teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen terutamanya termasuk peranti pemisahan udara, peranti peredaran gas serombong, dan peranti pemampatan dan pemurnian CO2. Kehilangan tenaga utama teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen terletak pada pemisahan udara untuk menghasilkan oksigen. Teknologi pemisahan penyejukan dan udara yang biasa digunakan menggunakan banyak tenaga, dan akaun elektrik yang diperlukan untuk kira -kira 18% daripada jumlah penjanaan kuasa. Pada masa yang sama, disebabkan pengurangan aliran gas serombong dan pengurangan kehilangan haba ekzos, kecekapan dandang dapat ditingkatkan sebanyak kira -kira 3%. Secara keseluruhannya, kecekapan seluruh loji kuasa akan turun sebanyak 20%~ 30%. Teknologi pengeluaran oksigen murah baru kini sedang dikaji, seperti teknologi membran pengangkutan oksigen dan ion (OTM). Sebaik sahaja kejayaan dibuat, kos teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen dapat dikurangkan.
Oleh kerana peredaran gas serombong yang berterusan, kepekatan SO2 dalam gas serombong adalah 2 ~ 3 kali pembakaran udara. Sekiranya kandungan sulfur arang batu tinggi, gas serombong harus diekstrak selepas sistem desulfurisasi untuk mencegah kakisan peralatan. Sekiranya tidak tinggi, peralatan desulfurisasi boleh dibatalkan. TidakXPelepasan akan dikurangkan di bawah premis mengamalkan teknologi pembakaran NOx rendah. Di satu pihak, ia adalah kerana terdapat kekurangan N2 dalam gas serombong, dan tidak ada termaXdihasilkan. Sebaliknya, NOx dapat dikurangkan lagi semasa peredaran. Selepas CO2 dimampatkan dan cecair, gas yang tidak boleh dikondisikan, termasuk oksigen berlebihan yang bocor ke udara dandang, SO2, tidakX, dan sebagainya, akan dipisahkan; Pencemar boleh dirawat mengikut keperluan perlindungan alam sekitar tempatan.
Teknologi penangkapan pra-pembakaran digunakan terutamanya bersempena dengan teknologi IGCC. IGCC (kitaran gabungan gabungan bersepadu) adalah teknologi canggih yang menggabungkan teknologi gasifikasi arang batu dengan kitaran gabungan. Sistem IGCC perlu menambah reaktor peralihan, pemisahan CO2, dan peranti pemurnian mampatan untuk penangkapan CO2. Batu arang ditukar menjadi gas sintesis, terutamanya terdiri daripada CO dan H2, di bawah suhu tinggi, tekanan tinggi, dan persekitaran yang kaya dengan oksigen dalam gasifier: dalam reaktor shift, CO dan wap air dalam gas sintesis menjana CO dan hidrogen di bawah tindakan pemangkin. Kerana tekanan gas adalah tinggi pada masa ini, kepekatan CO juga tinggi, dan kaedah polietilena glikol dimetil eter (selexol) boleh digunakan untuk menyerap CO. Kaedah ini adalah kaedah penyerapan fizikal. Dengan mengurangkan tekanan penyelesaian, CO2 boleh dikeluarkan, dan penyelesaiannya dapat direnaikan semula. Penggunaan tenaga jauh lebih kecil daripada kaedah MEA. Pada masa yang sama, disebabkan oleh tekanan gas yang tinggi, penggunaan tenaga proses mampatan CO2 berikutnya juga dikurangkan. Sesetengah ulama telah menganalisis sistem IGCC 500 MW dan percaya bahawa selepas memasang sistem penangkapan CO2, kecekapan IGCC akan turun dari 38.4% (HHV) kepada 31.2% (HHV). Antaranya, reaktor penukaran dan mampatan CO2 mempunyai kesan yang paling besar, yang mengurangkan kecekapan masing -masing sebanyak 4.2% dan 2.1%. Kos penyingkiran CO2 dengan kaedah ini adalah kira -kira 20 $/t.
prospek teknikal
Teknologi penangkapan pasca pembakaran adalah teknologi yang paling matang dan telah digunakan. Loji Kuasa Batu Batubara yang pertama di negara saya - Huaneng Beijing Thermal Power Plant 3000 ~ 5000T/Tahun CO2 Capture Demonstration Device menggunakan teknologi ini. Teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen kini merupakan hotspot penyelidikan, tetapi teknologi tidak terlalu matang dan kebanyakannya kekal di peringkat makmal dan perintis. Projek pembakaran yang diperkayakan oksigen terbesar di dunia adalah projek Vattenfall 30 MW yang dibina di Jerman pada September 2008, yang menggunakan teknologi Alstom. Di samping itu, Black Hills, bersama-sama dengan B & W, Air Liquide, dan syarikat lain, akan membina loji kuasa pembakaran yang diperkaya oksigen 100MW di Wyoming, Amerika Syarikat. Projek ini dijadualkan siap pada tahun 2015. Kedua-dua teknologi penangkapan pasca pembakaran dan teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen boleh digunakan untuk mengubah loji kuasa sedia ada. Kos teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen agak rendah, tetapi jika hanya sebahagian daripada CO2 ditangkap, teknologi penangkapan pasca pembakaran lebih sesuai. IGCC adalah teknologi arang batu yang paling bersih di dunia, tetapi kos teknologi tinggi dan tidak matangnya mengehadkan permohonannya. Walau bagaimanapun, selepas memasang penangkapan CO2, kenaikan kosnya adalah paling sedikit, dan kos penyingkiran CO2 juga paling rendah. Dengan pembangunan teknologi, IGCC akan digunakan secara meluas pada masa akan datang. Kelemahannya ialah teknologi ini hanya boleh digunakan untuk loji kuasa baru, dan tidak boleh digunakan untuk transformasi teknikal loji kuasa sedia ada.
Tidak kira teknologi mana yang digunakan, terdapat keperluan tertentu untuk laman web ini. Oleh itu, loji kuasa yang baru direka mesti mempertimbangkan penangkapan CO2, fikirkan tentang teknologi yang digunakan terlebih dahulu, ruang simpanan untuk peralatan penyingkiran CO2, dan mencari lokasi storan yang sesuai di dekatnya.
Promosi teknologi penangkapan CO2
Walaupun teknologi penangkapan CO2 telah menjadi hotspot penyelidikan, ia belum dipromosikan di seluruh dunia. Ini disebabkan terutamanya oleh faktor berikut:
(1) Pertimbangan ekonomi: Selepas penangkapan CO2, kecekapan seluruh loji kuasa akan turun sebanyak 20%~ 30%, dan kos penjanaan kuasa akan meningkat dengan ketara. Syarikat -syarikat yang telah membuat keuntungan tidak mempunyai motivasi untuk menangkap CO2.
(2) Pengaruh dasar kebangsaan: Penangkapan CO2 mesti didorong oleh dasar kebangsaan. Kerajaan boleh mempertimbangkan untuk mengamalkan bentuk seperti mengenakan cukai pelepasan CO2 untuk mempromosikan permohonan teknologi penangkapan dan penyimpanan CO2.
(3) Pengaruh dasar kebangsaan: Penangkapan CO2 mesti didorong oleh dasar kebangsaan. Kerajaan boleh mempertimbangkan untuk mengamalkan bentuk seperti mengenakan cukai pelepasan CO2 untuk mempromosikan permohonan teknologi penangkapan dan penyimpanan CO2.
(4) Kesedaran awam: Selepas penggunaan teknologi penangkapan CO2, harga elektrik tidak dapat dielakkan meningkat dengan ketara. Sama ada ia menaikkan harga elektrik atau mengenakan cukai karbon, ia perlu diiktiraf dan disokong oleh orang ramai.
Loji kuasa demonstrasi bangunan adalah langkah yang berkesan untuk mempromosikan promosi teknologi penangkapan CO2. EU telah merancang untuk membina 12 loji kuasa demonstrasi CO2 yang besar pada tahun 2012 untuk mempersiapkan promosi besar-besaran di seluruh dunia pada tahun 2020.
Kesimpulan
Tiga jenis teknologi penangkapan CO2 untuk loji kuasa arang batu diperkenalkan, kelebihan, kekurangan dan kos pelbagai teknologi dibandingkan, dan promosi teknologi penangkapan CO2 dianalisis. Kos yang berlebihan masih merupakan faktor utama yang menyekat pembangunan teknologi penangkapan CO2. Pertimbangan yang komprehensif perlu dibuat dan sistem bersepadu harus direka dengan munasabah untuk mengurangkan kos. Sebagai contoh, CO2 yang dihasilkan boleh digunakan untuk meningkatkan kadar pemulihan minyak medan minyak. Dalam teknologi yang diperkaya oksigen, tenaga sejuk gas asli cecair yang diimport boleh digunakan untuk pemisahan udara untuk mengurangkan kos pengeluaran oksigen.
