水泥工业几种CO2捕获技术的评估

以MEA化学吸收法为参考标准，通过对参考水泥厂进行适当的技改，对纯氧燃烧法、冷却氨水法、膜分离法及两种钙循环法进行CO2捕获技术评估。结果表明，在定义的条件下，这几种CO2捕获技术的CO2减排当量为73%~90%，CO2减排能耗为1.63~4.07 MJ/kg CO2，而MEA化学吸收法CO2减排当量为64%，减排能耗为7.08 MJ/kg CO2；从成本的角度分析，纯氧燃烧法熟料生产成本和CO2减排成本均最低；对于燃烧后CO2捕获技术，参考技术MEA化学吸收法，比其他被评估技术更易于技术改造，其具有对水泥生产的影响小、设备放置不受限制等优势；与水泥生产联系更紧密的是纯氧燃烧法和集成式钙循环法，这两种技术被评估为更具挑战性；由于不同评估指标的技术参数不同，无法评估哪种方法最好，一般水泥厂可以从CO2减排当量和减排能耗上选择，但视具体情况而定，例如空间需求、现有的基础设施或运营经验等。     

Ni含量对介孔Ni-CaO-ZrO2催化剂上CH4-CO2重整反应的影响研究

采用并流共沉淀法制备了Ni含量不同的介孔Ni-CaO-ZrO2纳米复合氧化物催化剂,研究了其在CH4-CO2重整反应中的催化性能。利用N2吸附-脱附(BET)、X射线粉末衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)以及程序升温氧化(TPO)等手段对催化剂进行了表征。结果表明,Ni含量对催化剂的物化性质和催化性能有较大影响,低Ni含量的催化剂具备较完善的介孔结构,该种结构非常有利于Ni物种的分散及其在高温下的抗烧结能力,从而提高了催化剂的稳定性;但过低的Ni负载量会造成催化剂表面Ni活性位过少,进而影响催化剂的活性;另一方面,Ni含量过高会导致催化剂介孔结构的坍塌,Ni在反应条件下烧结严重,大尺寸的Ni颗粒会大大增加积炭的生成,从而造成催化剂失活。     

类石墨相氮化碳的制备及光催化还原CO2 性能研究

分别以尿素、三聚氰胺为前驱体,采用缩聚法制备不同形貌及性能的类石墨相氮化碳(g-C3N4)半导体催化剂,探究不同前驱体对催化剂的形貌及光催化还原CO2活性的影响。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见光分光光度计（Uv-vis）、傅氏转换红外线光谱分析（FTIR）、比表面积测试（BET）、荧光光谱（PL）对所得g-C3N4进行各方面性能的探究,从而分析前驱体对所得产物性能的影响。实验结果表明,以尿素为前驱体制备出的g-C3N4在甲醇溶液中光催化还原CO2制备甲酸甲酯的产率 为512.8μmol/gcat•h ,以三聚氰胺为前驱体制备出的g-C3N4光催化产率为257.3 μmol/gcat•h。     

UOP／USC合作开发从CO2出发的甲醇／二甲醚生产技术

UOP公司正与南加州大学（USC）的Loker烃类研究院共同开发和工业化应用以CO2为原料制取可用作清洁燃料的甲醇、二甲醚生产技术。USC已进行了将CO2转化成甲醇和二甲醚的基础性研究。这两家公司商定,UOP将拥有USC专有技术的独家使用权和工业化转让权,两家公司将共同开发这一具有工业化应用前景的工艺技术。     

胺法脱碳系统再生能耗

胺法脱碳系统最大的缺陷是再生能耗高,流程参数优化是降低再生能耗的有效途径。为了解再生操作参数对再生能耗的影响,通过再生塔实验台对醇胺吸收剂在不同再生工艺参数下的再生特性进行实验研究。实验内容包括富液CO₂担载量、富液进料温度、再沸器温度、再生压强及胺的种类因素对再生能耗及再生速率的影响,并分析了显热、潜热的变化规律。应用Aspen Plus 基于速率模型对再生过程进行了模拟研究。研究结果表明:提高富液CO₂担载量和富液进料温度能有效降低再生能耗。增大再沸器温度及再生压强反而增大再生能耗。一乙醇胺(MEA)再生能耗较高,混入甲基二乙醇胺(MDEA)能够显著降低能耗。提高富液CO₂担载量和再沸器的温度可以加快CO₂再生速率。     

胺法脱碳系统流程改进及优化模拟

采用一乙醇胺(MEA)进行燃煤电厂烟气脱碳是目前比较成熟和可行的技术,但是存在再生能耗高的严重缺陷。胺法脱碳系统流程改进及优化能有效降低再生能耗。应用Aspen Plus软件基于速率模型对传统胺法脱碳流程及其改进流程进行模拟研究。这些改进的流程包括吸收塔中间冷却流程、富液分流流程、贫液蒸汽再压缩流程、分流流程及富液分流与贫液蒸汽再压缩整合流程。研究结果表明:富液分流与贫液蒸汽再压缩整合流程节能效果最好,和传统流程相比再生能耗及等量功分别下降28.2%和11.9%。节能效果其次的是富液分流流程,再生能耗和等量功分别下降19.3%和11.8%。贫液蒸汽再压缩流程使再生能耗下降了14.1%,而等量功只下降了4.1%。吸收塔中间冷却流程和分流流程节能效果比较有限。     

相变吸收捕集烟气中CO2技术的发展现状

化学吸收法作为目前最有效的CO₂捕集技术,吸收剂常用有机胺,但过高的再生能耗和成本限制了其在工业中的应用。基于传统有机胺溶剂开发出来的相变吸收剂被认为可以大幅减少解吸能耗,成为近几年研究的热点。本文详细介绍了相变吸收剂的常见类型、分相机理,并根据其具体组成进行了种类划分,对比分析了常用相变吸收剂和传统乙醇胺（MEA）吸收液的再生能耗,并指出温度、CO₂负荷以及相分离等因素对相变吸收剂的工艺流程长期运行稳定性的影响。在制备相变吸收剂的过程中,可加入活化剂来降低CO₂富液黏度,加入助溶剂来提高传质特性。本文阐述了现有相变吸收剂的挥发、降解和腐蚀等特性的研究现状。最后,结合研究现状和烟气捕集需求对相变吸收剂今后的研究方向给出了建议。     

燃煤电厂烟气二氧化碳胺法捕集工艺改进研究进展

有机胺化学吸收法是当前最具大规模工业化应用前景的燃煤电厂烟气二氧化碳捕集技术,但目前仍存在能耗较高的缺点,而通过工艺改进将是降低碳捕集系统能耗的有效方法之一。本文从吸收端和解吸端分别对十余类工艺改进方法的原理和研究进展进行了阐述,其中吸收端涉及吸收塔内部冷却、富液循环、贫液分配流和旋转塔4类工艺;解吸端则包括解吸塔塔级再热、富液分流、闪蒸再生、闪蒸压缩、多压力解吸、多效解吸塔和直接蒸汽解吸共7类工艺。分析表明,富液分流、闪蒸压缩、多效解吸塔和直接蒸汽解吸工艺展示了较好的改进效果。并进一步介绍了多种工艺联合改进的碳捕集系统综合优化方法,特别对综合优化过程中需要重点关注的各工艺间相互作用以及吸收剂与优化工艺匹配性进行了讨论说明,由此指出联合采用新型胺吸收剂和复合工艺改进是未来开发先进胺法碳捕集系统的重要研究方向。     

基于钠基吸附剂的烟气脱碳系统余热利用研究

针对基于钠基固体吸附剂的燃烧后脱碳技术应用于燃煤电厂后综合能耗偏高的问题,本文提出与供热机组结合的碳捕集/供热双机组系统,利用低温热网回水回收系统低品位余热。依据双机组的抽汽混合与否构建了两种系统流程,分析了两种不同方案下的系统性能。研究结果表明,在有效回收脱碳系统碳酸化反应余热后,独立抽汽方案中碳捕集综合能耗从4.05GJ/t CO₂降低至1.26GJ/t CO₂,而混合抽汽方案中碳捕集综合能耗降低至1.13GJ/t CO₂,同时双机组系统的热网供热量较单供热机组分别增加了67.5%和72.8%,经济效益显著。分析了混合抽汽方案的系统中碳捕集综合能耗随相关运行参数变化的规律,发现碳酸化反应温度和热网回水温度因为能够直接影响系统余热利用程度因而更易对碳捕集综合能耗产生影响。     

利用固态胺连续捕集二氧化碳的双流化床实验研究

低温固态胺吸收剂分离CO₂是一种非常有潜力的CO₂分离技术,利用双流化床反应器实现连续高效CO₂分离是此技术走向应用的关键。以商业硅胶颗粒为载体,以聚乙烯亚胺(PEI)为活性成分,通过浸渍法制备固态胺吸收剂,采用双流化床作为反应器,连续分离气体中的CO₂。实验结果表明,所采用的双流化床反应器能够实现两反应器间固态胺颗粒的连续稳定循环,长期连续分离CO₂的效率为84.4%;吸收反应器通入约1%的水蒸气后,捕集效率提高到约97%。     

用于燃烧后CO2捕集系统的胺基固态吸附材料研究进展

随着工业化的发展和大量化石燃料的消耗,大量的CO₂气体排放到大气中并引发了一系列严重的环境问题,而采用燃烧后CO₂捕集技术可以有效地应对这一问题。寻找一种高效吸附、稳定、价格低廉的固态吸附材料对于开展燃烧后CO₂捕集系统的研究具有重要的实际意义。近年来,胺基固态吸附材料因其高CO₂吸附能力和高吸附选择性成为研究的热点。本文综述了近年来国内外学者对不同胺基固态吸附材料在合成方法、载体材料选择以及性能测试等方面进行的研究,重点讨论了以沸石分子筛、介孔硅分子筛、多孔碳和金属有机骨架为载体的胺基固态吸附材料对CO₂的吸附行为,并指出多孔载体材料的结构改进及有机胺和促进剂的合理选择将会成为未来胺基固态吸附材料的重点研究方向。     

烟气胺法CO2捕集技术进展与未来发展趋势

全球气候变化是目前世界面临的严峻问题之一,CO₂等温室气体的过量排放是导致全球气候变暖的主要原因。碳捕集、利用和封存(CCUS)是现阶段解决全球气候变暖的必要手段,基于有机胺的化学吸收法因捕集效率高、烟气适应性好,成为目前燃煤燃气电厂捕集CO₂的关键技术路径。本文详细介绍了胺法CO₂捕集技术的基本原理及胺法CO₂捕集技术工艺流程,分析了新型吸收剂的开发、节能技术的优化等降低胺法CO₂捕集技术再生能耗和成本的关键手段。结合研究现状以及烟气胺法CO₂捕集需求,对其未来的发展趋势进行展望。     

耦合膜分离的新型CO2低温捕集系统性能优化

CO₂捕集作为温室气体排放控制的有效手段已成为重要研究课题。作为新兴捕集技术之一,低温CO₂捕集因产品纯度高、无附加污染等优势受到关注。然而,该技术能耗和捕集率对于气体中CO₂浓度十分敏感,对于高CO₂浓度气体可获得较高的CO₂捕集率和较低能耗水平。基于此,本文提出了耦合膜分离的新型CO₂低温捕集系统,通过膜材料选择渗透性实现待捕集气体CO₂浓度主动调控,并在最优浓度下进行CO₂低温捕集。首先基于不同传统低温捕集系统特点,对比分析了不同耦合系统模式,从而确定了最优耦合系统结构。针对最优耦合系统进行了运行参数优化,并分别基于实现系统捕集能耗最低与捕集率最高的目标,获得了膜渗透侧CO₂浓度与进气CO₂浓度间的关系式,为该耦合系统中膜组件选型提供指导。研究表明,本文提出的耦合系统捕集能耗为1.92MJ/kgCO₂,相比于传统单一低温系统捕集能耗可降低16.5%。     

Efficient nickel-based catalysts for amine regeneration of CO2 capture: From experimental to calculations verifications

High heat duty is an urgent challenge for industrial applications of amine-based CO₂ capture. The temperature (>110°C) of carbamate breakdown in amine regeneration requires large energy consumption. In this work, we report a novel, stable, efficient, and inexpensive Ni-HZSM-5 catalyst to improve the CO₂ desorption rate and reduce the heat duty. The impregnation method was applied for varying nickel content in the catalysts from 2.16 to 9.80 wt% in HZSM-5. The catalysts were characterized by scanning electron microscope, X-ray powder diffraction, N₂ adsorption–desorption, inductively coupled plasma-optical emission spectrometry, ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, NH₃-temperature programmed desorption (TPD), Infrared spectroscopy of pyridine adsorption, and Fourier transform infrared spectroscopy. The catalytic performance was evaluated by CO₂ desorption of rich amine solvent at 90°C. It was found that the introduction of nickel increased the acid sites of catalysts compared with parent HZSM-5. This phenomenon plays a key role on improving the CO₂ desorption rate. The density functional theory (DFT) calculations successfully explain the catalytic performance. The catalytic activity associates with the combined properties of MSA × B/L × Ni²⁺. The 7.85-Ni-HZ catalyst presents an excellent catalytic activity for the CO₂ desorption: it increases the amount of desorbed CO₂ up to 36%, reduces the relative heat duty by 27.07% with the same reaction time, and possesses high stability during five cyclic tests. A possible catalytic mechanism for the Ni-HZSM-5 catalysts through assisting carbamate breakdown and promoting CO₂ desorption is proposed based on experimental results and theoretical calculations. Therefore, the results present that the 7.85-Ni-HZ catalyst significantly accelerates the protons transfer in CO₂ desorption and can potentially apply in industrial CO₂ capture.