燃烧后CO2捕集材料研究进展

简要阐述全球和我国的化石能源及CO2排放现状,针对燃烧后捕集化石燃料电厂烟道气中的CO2气体,以溶液吸收、吸附、膜分离、生物固定4种捕集方法为线索,讨论了各类CO2燃烧后捕集材料的最新进展。     

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。     

燃烧后二氧化碳捕集技术与应用进展

二氧化碳是主要的温室气体之一，其大量排放已对全球的气候环境造成严重影响，迫切需要开发经济有效的碳捕集技术。目前，碳捕集技术主要有吸收分离法、吸附分离法、膜分离法和低温分离法。首先，介绍了碳捕集技术的发展现状、应用研究进展和未来发展趋势；总结了国内外碳捕集示范项目；重点对比了各碳捕集技术的优势与缺点，同时强调了捕集技术面临的困难与挑战；指出目前主要的碳捕集技术均难以独立实现高效、节能、经济的碳捕集分离，需针对不同的应用场景，选择适合的分离技术，并提出了适用分离场景的应用建议；最后，简要介绍了混合捕集技术的研究成果，提出混合捕集技术可能是一种突破单一捕集技术瓶颈的可行方法。     

从加拿大电厂烟道气回收探讨海上油气田CO_2捕集与储存方式

CO2是引起温室效应的主要气体之一,同时又是一种潜在的资源。如何减少CO2排放以及利用CO2资源是许多发达国家都在研究的重要课题。目前可用作地下CO2储存的大规模工业气源主要包括火力发电厂和炼油厂等,对于CO2的回收方法目前有:化学溶剂吸收法、物理吸附法、气体膜分离法、以及复合分离法等。本文通过分析加拿大Boundary Dam Power Plant电厂烟道气CO2回收工艺分析,探讨海上油田CO2捕集与储存方式。     

膜法分离燃煤电厂烟气中CO_2的研究现状及进展

目前,对于燃煤电厂燃烧后烟气中CO_2的捕集方法主要包括化学吸收法、吸附法、膜分离法和低温蒸馏法。化学吸收法是目前最成熟的CO_2捕集方法,但是吸收剂再生能耗较高,且存在二次污染、设备腐蚀等问题。因此开发新型高效、低能耗的捕集技术尤为重要。本文主要从两个方面(膜材料的设计、膜分离过程系统设计的优化)对燃煤电厂烟气中CO_2膜分离技术进行综述,并总结了实际燃煤锅炉烟气中共存气态组分和细颗粒物对膜分离CO_2的影响,最后对膜法分离燃煤电厂烟气中CO_2的发展趋势进行展望。分析表明,近年来膜材料开发、膜分离过程系统的设计及优化等方面的研究发展迅速,使得膜分离法在CO_2捕集效率及能耗等方面展现出巨大的潜力,因此膜分离法在燃煤电厂烟气中CO_2捕集领域有广阔的应用前景。     

碳酸酐酶固定化技术研究与应用进展

目前以有机胺为吸收剂脱除CO2的化学吸收法多存在氨基易分解、再生能耗高等不足。新型的IVCAP工艺采用碳酸钾水溶液吸收CO2,可大幅节能降耗,但吸收速率较有机胺慢。碳酸酐酶是至今发现的最有效的CO2水合酶催化剂,将该酶添加至IVCAP工艺中,可显著提高CO2吸收速率。文中综述了固定化碳酸酐酶在碳捕集与封存技术中的研究和应用进展,并对其选用磁性载体材料强化IVCAP工艺对CO2的捕集应用前景进行了展望。     

温室气体CO2的捕集和分离--分离技术面临的挑战与机遇

介绍了采用溶剂吸收、膜分离和变压吸附等方法捕集和分离温室气体CO2的最新进展,并对技术发展动向进行了讨论。     

催化裂化实现CO2捕集的技术探讨

论述了4种碳捕集方法,即燃烧前捕集、氧燃烧捕集、燃烧后捕集和化学链燃烧捕集,得出氧燃烧捕集是比较适合于催化裂化实现CO2捕集的技术。同时,讨论了氧燃烧对再生器效率、旋风分离器效率以及取热器负荷的影响。     

新型高效低耗CO_2捕集配方溶剂的开发及工业应用

结合工业装置流程及实际运行,采用连续吸收再生模试装置,研究了醇胺分子中氨基取代基以及空间位阻效应对烟道气中CO_2捕集效果的影响。从分子结构的角度,开发了新型高效低耗CO_2捕集配方溶剂,通过3~5 m~3/h CO_2捕集模试装置,考察了其捕集率与再生能耗的关系,并在胜利电厂和四川维尼纶厂进行工业应用。结果表明,与传统的一乙醇胺(MEA)法相比,该溶剂再生能耗降低30%。     

燃烧前CO2捕集技术研究进展

近年来,全球性气候变暖已经严重威胁到人类社会、生存环境以及经济的发展,CO2减排问题刻不容缓。整体煤气化联合循环技术(IGCC)同燃烧前脱碳技术的联合应用,有望实现CO2的近零排放,成为当前研究热点之一。本文介绍了燃烧前脱碳技术的发展现状,简述了吸收法、吸附法、膜分离法等CO2分离方法的优缺点及其适应性,为回收利用CO2提供了技术依据。根据IGCC排放源特征,文章重点阐述了几种典型物理分离工艺特点及其在燃烧前脱碳技术的应用范围和前景,从新型高效CO2吸收剂的选择与应用、再生工艺的优化与创新以及耦合工艺的开发3个方向对CO2物理吸收法分离成本降低研究进行了论述,并对燃烧前脱碳技术所面临的挑战及其发展动向进行了深入讨论。     

变压吸附分离工业废气二氧化碳的研究进展

概述了未来人类对过量二氧化碳排放的处理办法,即碳的捕获和存储(CCS).简介了4种二氧化碳的分离工艺及特点和工业中二氧化碳的捕获系统.阐述了变压吸附工艺的基本原理和其在捕获工业废气中二氧化碳上的应用,以及变压吸附分离二氧化碳的工艺在循环结构设计、吸附剂材料和数值模拟等方面的研究进展和国内外的工业化应用.分析了目前该工艺仍存在的问题,指出该技术具有广阔的应用前景.     

笼型水合物膜分离和捕获二氧化碳研究进展

开发一种低碳、高效的分离和捕获二氧化碳方法一直是缓解温室效应的关键技术。本文首先比较了现有的5种碳捕获技术，发现相较于化学吸收、深冷分离和变压吸附，水合物法和膜分离技术具有绿色环保、操作简单的优势。随后，本文以水合物法为切入点，阐述了其分离机理和强化手段。为进一步研究更加有效的新技术，通过利用水合物法的技术优势，结合膜分离的结构，提出一种更加具有发展潜力的水合物膜分离技术。然后，根据水合物膜的成膜方式将水合物膜技术分为第一、二、三代，并重点分析了每代水合物膜技术的改进手段。最后指出未来第三代水合物膜分离技术应从以下3个方面寻求突破与创新：探索合适膜载体材料；寻找合适的添加剂；优化温度、压力、流速水合分离条件。     

CO2吸收材料的研究进展

全球变暖已成为当前困扰人类生存和发展的重大障碍,因此,CO2吸收材料的研究成为了当前科学研究的热点。本文介绍了CO2捕获和富集的几种方法,主要包括溶剂吸收法、吸附法,并按照基质的不同将吸附法分为金属氧化物类、纤维类、活性炭类、分子筛类、碳纳米管类、聚合物类。同时介绍了其研究进展,并简述了各自的优缺点。指出氨基修饰的碳纳米管是一种很有潜力的CO2吸收材料。     

无机固体吸附剂在二氧化碳捕集应用中的研究进展

随着全球气候变暖,二氧化碳的捕集、利用和封存（CCUS）逐渐成为科学界和工业界的研究热点。CCUS的关键是选择性地从气体混合物中捕集二氧化碳。目前二氧化碳捕集技术包括化学吸收、膜分离、吸附和低温分离等。吸附法是利用吸附剂对不同气体的吸附能力差异来进行二氧化碳捕集。综述了分子筛、介孔二氧化硅、黏土及多孔碳等无机固体吸附剂在二氧化碳捕集应用中的研究进展。对比了不同改性方法对吸附剂吸附二氧化碳性能的影响。从应用角度来看,分子筛、介孔二氧化硅、黏土具有潜在的成本效益,但仍需在工程设计开发方面得以进一步发展,以适用于不同应用需求的二氧化碳捕集。     

二氧化碳捕获材料的研究进展

简要阐述了近年来二氧化碳的减排、捕获等最新技术的研究进展,着重介绍了二氧化碳捕获材料的研究状况,如醇胺类吸附剂、离子液体吸附材料、金属化合物材料、陶瓷材料、沸石分子筛材料、碳基吸附材料、硅胶材料等传统吸附材料及复合型材料、负离子选择性吸附材料等新型捕获材料.并对二氧化碳捕获材料的发展趋势进行了展望.     

应用于烟气中CO2捕集的固体吸附材料研究进展

固体吸附法捕集二氧化碳技术具有吸/脱附性能优良、设备轻便灵活、环保和低成本的优势，被认为是实现电厂烟气中碳捕集最具前景的技术之一。国内外学者对于可应用于电厂烟气中二氧化碳捕集的固体吸附材料开展了大量的研究并取得一定进展。该文综述了近些年沸石分子筛、金属有机框架材料（MOFs）和活性炭（ACs）等吸附材料的研究现状；归纳并分析了各类吸附材料的应用优势和在工程应用中存在的问题；总结了各类材料吸附性能的主要影响因素和吸附机理等。最后，展望了固体吸附材料的发展方向。     

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.     

空气中直接捕集CO2技术研究进展

减少碳排放并推动碳中和是应对气候变化、促进经济社会绿色转型的重要途径之一,碳中和技术已成为工业界和学术界的关注焦点。目前碳捕集与封存主要对工业固定源排放的CO₂进行处置捕集,而对占CO₂总排放近50%的分布源CO₂关注度不高。直接空气捕集(direct air capture,DAC)技术不仅可对数以百万计的小型化石燃料燃烧装置以及数以亿计的交通工具等分布源排放的CO₂进行捕集处理,还可有效降低大气中CO₂浓度。介绍了DAC的发展历史、研究现状以及发展趋势,综述了已有DAC技术的工艺流程以及反应装置,对DAC现行工艺中涉及的空气捕捉模块、吸收剂或吸附剂再生模块、CO₂储存模块进行了叙述,对比了几种工艺的优缺点以及吸附剂类型和再生方式,指出DAC技术发展的关键在于研发高效低成本的吸收/吸附材料和设备。分析了DAC吸收/吸附材料的作用原理以及吸附效果,碱性溶液原料成本相对低廉,但再生过程中能耗较高。分子筛及金属有机框架吸附剂虽然再生能耗较低,但对空气中CO₂的吸附容量和吸附选择性表现一般。胺类吸附剂具有较好的吸附能力,由于其再生温度较低,可使用工业废热或少量热能为系统供能;使用胺类吸附剂时吸附和解吸在一个单元中逐步发生,具有更高的效率和操作时间,有望降低DAC系统成本。对比了DAC与其他碳捕集技术的成本并进行了技术经济性分析,DAC成本主要包含运营和维护成本(N_Q&M)、吸附剂材料成本(N_S)和工厂设备的净成本(N_bop);指出目前限制DAC工业化应用的主要因素之一在于吸收/吸附材料和相关工艺成本过高,随着阴离子交换树脂等新型吸附剂的出现和工艺的发展,DAC成本逐年下降。全面探究吸收/吸附材料稳定性、动力学、吸附容量、选择性、再生能量损失等综合性能,研发利于快速装载和卸载吸附剂的相关装置,开发成本低廉的工艺系统是目前DAC领域的发展方向和迫切需求。DAC技术将为减少全球碳排放、实现碳中和提供重要技术支撑。