生物燃气化学脱碳技术现状与研究进展

生物质能源是发展可再生能源的重要研究方向,而生物燃气则是最接近产业化应用的生物质能源,是新能源发展领域中的重点方向.生物燃气中二氧化碳的捕集与脱除,是其应用过程中最关键、也是技术难度最大的环节.当前的脱碳技术按实现原理可大致分为物理方法和化学方法,其中化学方法主要包括液体吸收法、金属氧化物吸收法、二氧化碳还原法等.有机...     

基于技术经济学的氨水脱碳工艺参数影响分析

为了合理评价氨水脱碳工艺与燃煤电厂集成后的运行性能,基于脱碳系统仿真模型和燃煤电厂变工况模型,利用技术经济学方法建立了脱碳机组评价体系.考察了CO_2捕集系统主要参数(氨水质量分数、贫液CO_2负荷、吸收塔入口温度、再生塔压力、氨气逃逸率和CO_2捕集率)对机组运行性能的影响,选取了氨水脱碳系统可行运行参数.结果表明:氨水质量分数为11%、贫液负荷为0.36以及吸收塔入口温度为15℃为该系统可行运行参数,此时脱碳机组相对于优化前发电效率提升了0.712 7%,发电煤耗降低了6.959 4g/(kW·h),发电成本降低了0.011元/(kW·h),脱碳成本降低了16.756 3元/t.     

Efficiency Comparison of CO_2 Removal Respectively with Ammonia Solution and MEA

介绍了氨水及MEA捕集CO2的反应原理,探讨了吸收液中吸收剂的质量分数、CO2体积分数、入口烟气体积流量、溶液的pH值和反应温度等因素对氨水、MEA脱碳效率的影响,通过吸收容量试验分别测定了氨水和MEA的CO2吸收容量,并利用红外吸收光谱对其产物进行测定分析.结果表明：提高吸收剂的质量分数和pH值均可增大脱碳效率;温度对氨水和MEA的脱碳效率均有较大的影响;氨水对CO2的吸收容量远远大于MEA的吸收容量;氨法工艺在吸收剂再生、能耗以及副产品利用价值等方面优于MEA吸收法.     

双接触液柱塔氨水吸收二氧化碳实验研究

对双接触式液柱塔的脱碳传质进行相关的实验研究。利用双接触式液柱塔开展氨水捕集CO_2的实验研究。研究了氨水浓度、入口CO_2浓度、烟气流量因素对脱除效率和单位体积吸收速率的影响。实验研究表明:随着氨水浓度的增大,CO_2的脱除效率和单位体积吸收速率都增大;增大CO_2入口浓度和烟气流量,CO_2的脱除效率都呈下降趋势,但其单位体积吸收速率升高。氨水浓度和烟气流量越大,反应达到平衡的时间就越短,但氨水浓度和烟气流量达到一定值时,氨水浓度和烟气流量对反应达到平衡的时间影响很小;CO_2入口浓度对反应达到平衡的时间的影响不大。     

燃煤电厂固体吸收剂捕集二氧化碳的研究进展

固体吸收剂因其吸收效果好、再生能耗低、设备腐蚀性小等优势,成为碳减排工业化进程重点研究方向。分别介绍钙基吸收剂、锂基吸收剂和碱金属吸收剂的优缺点、吸收特性、影响因素、改进方向和研究现状,为未来固体吸收剂捕集CO₂的研究方向提供思路。     

二氧化碳捕集技术进展

CO2是主要的温室气体之一,据统计,1965~2011年全球CO2年排放量从117×108t增长到340×108t,46年间增长了近2倍,年均增长率2.35%,累计排放量达1×1012t以上。预计到2030年,全球CO2年排放量将达到427×108t。化学吸收法是目前工业上捕集CO2的主要手段,主要包括Econamine FGSM工艺、HICAP+TM工艺、DXMTM工艺、KM-CDR工艺、Cansolv CO2捕集工艺、西门子捕集工艺、可再生溶剂吸收工艺、Hitachi技术、Praxair技术、两步闪蒸工艺、CESAR工程工艺和Toshiba工艺等,化学吸收法的溶剂主要是有机胺。虽然有机胺化学吸收法是最有效、最常用且较为经济的CO2捕集方法,但由于有机胺水溶液具有一定的挥发性,也会导致对CO2的吸收能力下降、排放的胺对环境产生一定危害、有机胺腐蚀设备以及由此产生的维护问题等。其他工艺还有膜分离工艺、熔融碳酸盐电化学分离工艺、生成CO2水合物、酶基吸附工艺以及离子液体捕集工艺等,但这些工艺均处于实验室研究阶段。     

CO_2无机吸收剂及其吸收工艺进展

CO2的排放是造成全球气候变化的主要原因之一。减少CO2排放的主要途径之一是碳捕集。除了有机胺吸收剂外,无机吸收剂及其吸收工艺也是碳捕集的重要开发方向。工业上常用的CO2无机吸收剂有氢氧化钙、碳酸钾、碳酸钠和氨水。常见的无机吸收剂吸收工艺有:以碳酸钾为主要吸收剂的Benfield吸收工艺,其优点是设备材质大多数为碳钢,碳酸钾溶液耐氧而不降解;氨水工艺和冷冻氨工艺。利用MEA、DGA和氨水模拟CO2捕集的结果显示,在溶剂浓度较低时,氨水具有高的脱碳效率,是最好的溶剂。在高效和低的氨损失之间,采用较低浓度的氨水通过排放的废气流是较好的方案。较低的温度可以降低吸收塔的氨损,在吸收塔温度为-1~10℃范围时,可以采用冷冻氨为溶剂捕集CO2的工艺。在该工艺中,CO2主要以碳酸氢铵的形式脱除。     

化学链重整联合CO2捕集制氢系统热力学分析

化学链重整是一种新型的合成气制备技术,为提高化学链重整气中H_2含量,捕集CO_2,提出化学链重整联合CO_2捕集制氢系统。采用Aspen Plus对化学链重整过程进行模拟,结果表明:化学链重整气组成模拟值较好地吻合实验值。对所提出的系统进行热力学分析,以H_2产率和CO_2捕捉率为系统性能评定指标,得到反应优化条件:吸收反应温度为600~620℃,CaO/CH_4、蒸汽/CH_4、H_2O/CH_4、NiO/CH_4物质的量之比分别为:0.8、0.25、0.3、1.4,所得产品气中H_2含量为91.13%(高于化学链重整气中H_2含量64.12%),H_2产率为1.96,CO_2捕集率达到95.44%。     

膜分离法、化学吸收法以及联合法分离CO_2/CH_4试验比较

在中空纤维膜和化学吸收塔的试验台上,分别采用膜分离法、化学吸收法进行了CO2/CH4混合气体的分离试验.在此基础上提出了联合法新型CO2脱除技术,并在中空纤维膜串联化学吸收塔的试验台上进行了CO2/CH4混合气体分离试验,重点考察了各影响因素对各分离方法脱碳效果的影响,并对各分离方法脱碳效果进行了对比.结果表明:膜分离法的脱碳效率低且CH4损失率高,适用于处理小流量且对脱碳效率要求不高的工艺;化学吸收法的脱碳效率和CH4回收率高,适用于分离纯度要求高的工艺;联合法脱碳效率偏低但CH4损失率低,适用于处理大流量且对脱碳效率要求不高的工艺.     

燃煤化学链燃烧技术的研究进展

燃煤化学链燃烧技术在实现煤炭高效利用的同时有效降低了CO_2的捕集能耗,是当前具有发展前景的第二代碳捕集技术。现有的研究主要从宏观层面评价燃煤化学链燃烧系统的反应性能,而从"结构与反应性"的角度进行综合评价的研究很少。围绕煤、载氧体和反应器三大系统核心,分析了煤种及其附属产物(煤灰、硫和氮)对燃煤化学链燃烧系统反应性能的影响;基于现有的载氧体开发类型及提高煤气化速率的载氧体改性方法,提出廉价、高效载氧体的规模化制备是未来载氧体研发的重点和难点;探讨了各种类型反应器的结构对煤、载氧体颗粒混合和反应的影响,指出反应器开发过程中存在的主要问题及未来的发展方向。     

高效化学链技术在化石燃料产氢耦合脱碳工艺中的应用

将化学链技术应用于化石燃料的产氢脱碳工艺中,在提高系统整体效率和降低CO2捕集成本方面具有突破性优势,正迅速发展成为一种能够替代常规产氢脱碳技术的新兴技术。综述了国内外的最新进展,探讨和分析了化学链用于化石燃料产氢脱碳的技术途径和基本原理,并对系统性能、反应器设计和固体循环物料的开发等方面作出了论述和分析,并给出了技术路线选择的基本原则。     

捕集二氧化碳的希望之路

工业革命导致以CO_2为主要成分的温室气体排放量逐年上升。论述了对CO_2的控制方法,除传统的吸附方法外,着重讨论了利用纳米材料、藻类、木炭三种新型的捕集CO_2的方法,以此降低温室效应的危害。     

聚酰亚胺中空纤维膜分离CO2/N2的影响因素分析

膜分离法以其对环境友好、能耗低等优点逐渐成为气体分离提纯的重要途径之一,利用聚酰亚胺中空纤维膜,以CO_2/N_2混合气体模拟燃煤烟气,研究了烟气温度、流量、CO_2浓度及膜组件滞留端压力等条件对聚酰亚胺膜分离烟气中CO_2效果的影响。实验结果表明:单级膜分离法脱碳效率较低,无法全部回收烟气中的CO_2,适用于烟气预处理及处理小流量且对脱碳效率要求不高的工艺;在条件允许的情况下,压力越高、温度越高、流速越低,膜对CO_2分子的选择性越强,此时膜分离的脱碳效率越高。     

富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集中回收NO的研究

在富氧燃烧锅炉烟气CO2捕集的基础上,提出了一种利用CO2捕集时加压降温的特殊工艺流程资源化回收NO的新方法.分析了富氧燃烧锅炉烟气CO2的捕集流程,证明高压低温的工况条件十分有利于NO加速氧化为NO2及NO2液相吸收转化为稀硝酸产品.基于化学反应动力学基本原理与实验数据,对吸收过程发生的化学反应进行分析与计算,结果表明:在压力为3 MPa、温度为30℃时,NO的氧化转化率可达90%,反应时间仅需8.06 s,水吸收不构成控制环节,无需其他化学药剂.按300MW富氧燃煤锅炉的烟气量及NO和O2的质量浓度范围计算,富氧燃烧发电机组在捕集高浓度CO2的同时,每小时可回收浓度为20%的稀硝酸1974 kg,折合纯质硝酸395kg,一天能产生约4.7万元的产值.     

水蒸气对新型双级串行鼓泡床-输运床耦合反应器脱碳能力的影响规律

针对燃烧后碳捕集技术,自行搭建了双级串行鼓泡床-输运床耦合连续脱碳实验系统,利用K_2CO_3/Al_2O_3吸附剂研究了烟气中的初始水蒸气体积分数和二级补充水蒸气对系统脱碳能力的影响,并在优化运行参数的基础上进行了12 h连续脱碳实验.结果表明:不采用二级补水时,增加烟气中的初始水蒸气体积分数有利于提升第一级鼓泡床的脱碳能力,而对第二级的影响较弱.采用二级补水能有效改善第二级鼓泡床的脱碳能力,从而极大地提升系统的整体脱碳效率.除此之外,二级补水还可以对吸附剂进行活化,有效降低系统对烟气中初始水蒸气体积分数的依赖,并在CO_2气氛下再生温度可以降低至200℃.基于优化运行参数,12 h连续稳定运行中系统平均脱碳效率达到93%,平均再生CO_2纯度达到98%.     

燃煤电厂二氧化碳捕集、利用与封存技术

结合华能集团在CO2捕集方面所开展的工作,介绍了国内外在燃煤电厂CO2捕集、利用与封存方面的技术进展。建设附CO2捕集和封存（CCS）的低碳排放燃煤电厂,是今后燃煤发电所必须面对的课题,同时对CO2的资源化利用也应引起足够的重视。     

钾镍双功能材料CO_2吸附原位甲烷化研究

借助新能源驱动CO_2转化为可再生能源是一种极具应用潜力的技术途径。文中通过分步浸渍法获得了不同配比的Ni-K_2CO_3/Al_2O_3双功能材料,实现烟气CO_2捕集后原位转化,在解决温室气体CO_2减排问题的同时获得可再生能源。以高吸附活性K_2CO_3作为吸附剂组分,Ni作为催化活性组分。通过探讨不同K_2CO_3添加量与材料脱碳、催化性能之间的构效关系获得最优的材料配比,并在最优配比下优化反应温度。研究发现,K_2CO_3负载量为30%时材料综合性能最佳。在该负载量下,分别以250℃和400℃作为反应温度,材料的吸附性能和催化性能最好,分别获得最高CO_2吸附容量为0.546 mmol/g; CO_2转化率和CH_4选择性分别高达56.3%和96.4%。     

燃煤电厂烟气CO2捕集系统的控制策略

为减少燃煤电厂烟气中CO2的排放量,2008年我国首个电厂CO2捕集工业级示范系统在华能北京热电厂建成,该装置采用化学吸收法进行CO2的捕集.简单介绍了该CO2捕集示范系统的工艺流程,着重阐述了系统的控制策略.实际运行结果表明:在自动投入率基本达到100%的情况下,系统能够长时间平稳运行,具有良好的CO2捕集能力.     

太阳能-碳捕集机组热经济学分析及生命周期评价

碳捕集和封存是实现电力低碳化发展的关键所在,建立太阳能辅助碳捕集系统与燃煤机组的耦合系统,构建耦合系统的热经济学优化模型,研究碳捕集机组的热经济性。构建碳捕集机组的生命周期评价体系,研究燃煤机组和碳捕集机组建设、运行、退役等各阶段的CO_2排放特性,对比分析其对环境的影响特性。结果表明:脱碳率为85%,吸收剂质量分数为30%时,解吸能耗为4.5 GJ/tCO_2,碳捕集机组优化前后的热效率分别为38.2%和39.3%。燃煤机组电厂运行阶段碳排放量所占比重约为99.4%,电厂建造、煤炭运输及电厂退役等阶段排放的CO_2比重约为0.6%。碳捕集系统建造、运行和退役增加的CO_2排放量为56.314 t/h,占耦合系统全生命周期排放总量的58.01%,减排率约为52.65%。碳捕集机组和太阳能辅助碳捕集机组中CO_2的排放由原燃煤机组的3.63×10~(-5)标准当量降低为1.72×10~(-5)和0.98×10~(-5)标准当量。燃煤机组、碳捕集机组和太阳能辅助碳捕集机组中,酸化对环境的贡献分别为1.5×10~(-6)标准当量和1.9×10~(-6)和1.0×10~(-6)标准当量,固体废弃物对环境的贡献分别为2.76×10~(-5)标准当量和3.52×10~(-5)和1.97×10~(-5)标准当量。     

发电厂废气回收新工艺

正Energy Daily,2020-06-21名古屋大学研究小组开发了一种新技术,可以大大节省从火力发电厂等设施中捕集二氧化碳(CO_2)的能量。通常从集中排放的气体中捕集CO_2需很多能量(3～4GJ/tCO_2)或超过100℃的高温,人们期待着开发能耗更低的CO_2捕集技术。Hiroshi Machida教授领导的小组开发了称为H2汽提再生技术的CO_2捕集技术,即向再生塔(解吸塔)提