碳捕集技术研究进展.pdf

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1、第45卷第4期化工技术与开发Vol.45No.42016年4月Technology&DevelopmentofChemicalIndustryApr.2016碳捕集技术研究进展111,22陈　亮，贺尧祖，刘勇军，罗德明（1.四川大学建筑与环境学院，四川成都610065；2.国家烟气脱硫工程技术研究中心，四川成都610065）摘　要：碳捕集技术对于减少大气中的CO2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CO2捕集。本文主要概述了CO2的燃烧前捕集、富氧燃烧捕集、燃烧后捕

2、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。关键词：二氧化碳；燃烧前捕集技术；富氧燃烧捕集技术；燃烧后捕集技术中图分类号：TQ127.1　文献标识码：A文章编号：1671-9905(2016)04-0042-032014年IPCC发布的第五次评估报告指出，CO2法、膜分离法、低温蒸馏法等，目前应用得最广泛且仍然是最主要的温室气体。以2010年人类经济活高效的CO2捕集方法是醇胺吸收法。醇胺法能够动排放的CO2来看，其中电力和供暖占25%

3、，农林捕集85%~95%的CO2，吸收了CO2的溶剂再进行及土地利用占24%，工业占21%，交通占14%，建筑升温解吸，可得到高浓度的CO2气体进行运输封存。[1]行业占6.4%，其他占9.6%。根据大多数情景预测，尽管商业化的CO2捕集系统还没有完全建立接下来的几十年里一次性能源的供应仍将以化石燃起来，醇胺法捕集工程在近20多年以来已陆陆续续[3]料为主，而化石燃料燃烧所产生排放的CO2占的比建立起来上百座，主要应用于食物和饮料等工业[2]重较大，且也是最为可控的。的原料气中的CO2的捕集，少

4、部分应用于火力发电CCS技术是指将CO2从相关燃烧排放源捕获并厂的CO2捕集。其中以Lummus、MHI、FluorDaniel分离出来，输送到油气田、海洋等地点进行长期（几等公司的工业化捕集最为知名。一般的醇胺吸收液千年）封存，从而阻止或者显著减少温室气体的排浓度为20%左右，增加吸收液浓度能够提高捕集效放，以减轻对地球气候的影响，被认为是目前最有效率和减少能耗，但是吸收液浓度越大其对设备的腐的措施。而其中碳捕集的成本占整个系统的2/3，因蚀性也就越大，因而不同设计的捕集系统和装备，其而碳捕集

5、技术的研究和发展对于大力发展CCS技工艺流程和参数也大大不同。术显得至关重要。压缩化石燃料碳捕集技术主要分为3种，一是燃烧前捕集，二生物质燃烧CO2分离是富氧燃烧捕集，三是燃烧后捕集。碳捕集技术的选择取决于燃料的类型、燃烧方式、燃烧的温度、气空气热和电体中CO2浓度和分压以及现有技术和成本。图1　燃烧后捕集CO2系统示意图燃烧后捕集技术可以直接应用于传统电厂烟气1　燃烧后捕集技术CO2捕集，且建设费用较低，但是由于传统电厂的烟火电厂的CO2燃烧后捕集在特定的经济条件气流量大，CO2浓度低，压力小

6、，因而其捕集能耗和下是可行的，且已有工业化应用。如图1所示，传统成本都很难降低。且以醇胺吸收法为主的捕集技术，的火力发电厂通过煤与空气混合燃烧产生热和电，由于醇胺溶液具有比较强的腐蚀性且易挥发具有一在燃烧过程中会产生SO2、NOx和颗粒物等污染物，定毒性，因而醇胺吸收法具有一定的局限性。随着由于CO2的捕集过程需要保持混合气体的相对洁近年来CO2捕集技术和材料研究的深入，吸附法发净度，因而一般捕集的过程在除尘脱硫脱硝以后。展较快且具有吸附速率快、操作简单等优点，特别是[4]燃烧后捕集技术的分支较

7、多，主要分为吸收法、吸附吸附剂的吸附性能越来越高。Qi等人制备出了收稿日期：2016-02-26第4期陈亮等：碳捕集技术研究进展43-1[7]吸附容量达12mmol·g（65℃，PCO2=0.08）的固体用低温分离和膜分离技术，制氧过程费用很高。胺吸附剂，这些新兴吸附剂的出现有可能以更低的由于富氧燃烧过程温度较高，因而涉及燃烧器的材成本和能耗成功应用于燃烧后碳捕集。料耐受力和燃烧器的结构设计和改造。综合考虑制氧成本和燃烧器结构这两方面问题，该过程目前主2燃烧前捕集[8]要限制于实验室和中试研究。

8、美国阿贡国家实验在燃烧前去除燃料中的碳元素，那么必然得将室正在研究改造富氧燃烧器，使得燃烧器能够同时[9]燃料中的碳转化为易分离的物质。以燃煤火电厂为将CO2的传输利用以及保存集于一体。例，如图2所示，煤与水蒸汽或者氧气在高温高压下压缩化石燃料发生部分氧化反应，产生一定量的CO和H2，即得到生物质燃烧所谓的“合成气”。合成气经过颗粒去除纯化以后，合成气中的CO与水蒸汽发生反应生成CO，然后热和电2CO2分离空气经过吸收法、吸附法等技术去除CO2，例如已得到广图3　富氧燃烧捕集CO2系统示意图泛工