Jordens klima gjennomgår en betydelig endring preget av global oppvarming, noe som vil ha en viktig innvirkning på det globale økosystemet og sosiale og økonomiske utviklingen. Studier har vist at dette hovedsakelig skyldes den oppvarmingseffekten av klimagasser som CO2 som sendes ut av mennesker som bruker fossilt brensel. De siste tiårene har CO2 -utslipp økt med økonomisk utvikling. I 2006 nådde verdens CO2 -utslipp 28 milliarder tonn, hvorav Kina utgjorde 20,2%. Fossilt brensel som kull, olje og naturgass er de viktigste kildene til CO2 -utslipp, og kull avgir mest CO2. Kull er en relativt "skitten" energikilde. Kull med samme brennverdi avgir mye mer CO2 enn olje og naturgass, og er den viktigste kilden til CO2 -utslipp. I 2006 utgjorde kull bare 26% av verdens primære energiforbruk, men CO2 -utslippene utgjorde 41,7%. Dette problemet er spesielt fremtredende i mitt land: I 2007 var mitt lands kullforbruk 2,59 milliarder tonn, og utgjorde 69,5% av mitt lands primære energiforbruk og mer enn 80% av landets CO2 -utslipp. Av dette ble 1,31 milliarder tonn brukt til kraftproduksjon. I 2008 utgjorde termisk kraftproduksjon 80% av mitt lands totale kraftproduksjon, hvorav de fleste var fra kullkraftverk. På grunn av sin lave pris, rikelig reserver og enkel tilgang, vil kull forbli mitt lands viktigste energikilde i lang tid fremover.
Foreløpig er det hovedsakelig følgende måter å kontrollere CO2 -utslipp på: forbedre energieffektiviteten, bruke fornybar energi som vindenergi, solenergi, biomasseenergi og kjernekraft, og bruk CO2 -fangstteknologi for å brenne fossilt brensel.
I overskuelig fremtid vil fossilt brensel fortsette å være vår viktigste energikilde, som krever at vi tar i bruk CO2 -fangst og lagringsteknologi (CCS) for å redusere CO2 -utslipp. Termiske kraftverk er den viktigste kilden til CO2 -utslipp, og deres CO2 -utslipp overstiger 40% av totalen. På grunn av deres sentraliserte utslipp og enkel kontroll, har de blitt de viktigste applikasjonsobjektene for CO2 -fangst og lagringsteknologi.
CO2 -fangst og lagring refererer til samlingen av CO2 som sendes ut av kraftverk og transporterer den deretter til et CO2 -lagringssted gjennom en rørledning. Denne artikkelen fokuserer hovedsakelig på CO2 -fangstteknologi. Det er for øyeblikket tre hovedtyper av CO2 -fangstteknologier:
Fangsteknologi etter forbrenning
Oksygenanriket forbrenningsteknologi
FORFULLINGS Capture Technology
Nøkkelord: CO2 -fangst; termisk kraftverk; oksygenanriket forbrenning; røykgassfangst; FORFULLINGSFUNKSJON
Fangsteknologi etter forbrenning
Fangsteknologi etter forbrenning brukes til å fange karbon i røykgass etter forbrenning. Den bruker monoetanolamin (MEA) eller andre løsninger for å direkte absorbere CO i røykgass for fangst. MEA -løsning er et organisk kjemisk løsningsmiddel som har blitt brukt til å fjerne sur gassforurensninger i naturgass, for eksempel CO2, H2s osv. Mer enn 60 år. Absorpsjonen av CO2 tilhører kjemisk adsorpsjon, som kan frigjøre CO2 under oppvarming. Å bruke denne metoden for å fange CO2 i røykgass kan fjerne 75%~ 90%CO2 i røykgass og oppnå CO2 med en renhet på 99%.
For å fange CO2 i røykgass, må et absorpsjonstårn og et regenereringstårn tilsettes utstyret for å absorbere og frigjøre CO2. I tillegg må dampsystemet modifiseres for å trekke ut damp for å varme opp løsningen og frigjøre CO2. På grunn av det lave røykgasstrykket (generelt nær atmosfæretrykk), lav CO2 -konsentrasjon (10%~ 15%) og enorm gasstrøm, er fangstsystemet stort og bruker mye energi. Det viktigste energitapet av fangerfangsteknologi etter forbrenning ligger i regenerering av MEA-løsningen. Det anslås at for nybygde enheter med CO2 -fangst, vil effektiviteten falle med omtrent 20% ~ 30% sammenlignet med enheter med de samme parametrene, og energien som forbrukes av regenerering av MEA -løsning utgjør mer enn halvparten av den totale energien som forbrukes. Energien som kreves for regenerering kommer vanligvis fra lavtrykksdampekstraksjon av turbinen. Alstom har studert CO2-fangstmodifiseringen av en enhet i USA, og viser at 79% av dampen etter middels trykksylinder brukes til regenerering av MEA-løsningen. Fordi utvinning av damp forhindrer enheten fra å operere under optimale forhold, vil effektiviteten fortsette å avta.
I tillegg vil sure gasser som SO2 og NO2 i røykgass reagere med MEA-løsning for å generere varmestabile salter, noe som resulterer i tap av MEA-løsning. Derfor må innholdet av sure gasser i røykgass kontrolleres til omtrent 10x10 ". Dette krever modifisering av avsvovlingssystemet for å forbedre avsvovlingseffektiviteten. Som for NOX, siden neiXI røykgass er hovedsakelig NO, og NO2 utgjør bare omtrent 5%, vanlig SCR -system kan dekke behovene.
Oksygenanriket forbrenningsteknologi
Oksygenanriket forbrenningsteknologi bruker oksygenproduksjonsteknologi for å passere ren oksygen og en del av den resirkulerte røykgassen inn i kjelen for forbrenning, slik at CO2-konsentrasjonen i røykgassen når mer enn 95%, som kan komprimeres og renses direkte.
Utstyret for å fange CO2 ved bruk av oksygenanriket forbrenningsteknologi inkluderer hovedsakelig luftseparasjonsinnretninger, røykgass resirkulasjonsinnretninger og CO2-komprimerings- og renseanlegg. Det viktigste energitapet av oksygenanriket forbrenningsteknologi ligger i separasjonen av luft for å produsere oksygen. Den for øyeblikket ofte brukte kjøling og luftseparasjonsteknologi bruker mye energi, og den nødvendige strøm utgjør omtrent 18% av den totale kraftproduksjonen. På grunn av reduksjonen i røykgasstrømmen og reduksjonen i eksosvarmetap, kan kjeleeffektiviteten økes med omtrent 3%. Totalt sett vil effektiviteten til hele kraftverket falle med 20%~ 30%. Nye lavpris oksygenproduksjonsteknologier blir for tiden studert, for eksempel oksygen- og ionetransportmembran (OTM) teknologi. Når et gjennombrudd er gjort, kan kostnadene for oksygenanriket forbrenningsteknologi reduseres kraftig.
På grunn av den kontinuerlige sirkulasjonen av røykgass, er SO2 -konsentrasjonen i røykgassen 2 ~ 3 ganger den for luftforbrenning. Hvis svovelinnholdet i kull er høyt, bør røykgassen trekkes ut etter avsvovlingssystemet for å forhindre korrosjon av utstyr. Hvis det ikke er høyt, kan avtredelsesutstyret avlyses. INGENXUtslipp vil bli kraftig redusert under forutsetningen om å ta i bruk lav NOx -forbrenningsteknologi. På den ene siden er det fordi det er mangel på N2 i røykgassen, og ingen termisk neiXgenereres. På den annen side kan NOX reduseres ytterligere under sirkulasjonen. Etter at CO2 er komprimert og flytende, ikke-kondensable gasser, inkludert overflødig oksygen som lekker inn i kjeleluften, SO2, neiXosv., vil bli skilt; Forurensningene kan behandles i henhold til lokale krav til miljøvern.
Førforbindelsesfangstteknologi brukes hovedsakelig i forbindelse med IGCC-teknologi. IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) er en avansert teknologi som kombinerer kullgasifiseringsteknologi med en kombinert syklus. IGCC -systemet må legge til en skiftreaktor, CO2 -separasjon og en kompresjonsrensingsenhet for CO2 -fangst. Kull omdannes til syntesegass, hovedsakelig sammensatt av CO og H2, under høy temperatur, høyt trykk og oksygenrikt miljø i forgasseren: i skiftreaktoren genererer CO og vanndamp i syntesegassen CO og hydrogen under virkning av en katalysator. Fordi gasstrykket er høyt på dette tidspunktet, er konsentrasjonen av CO også høy, og polyetylenglykoldimetyletermetoden (selexol) kan brukes til å absorbere CO. Denne metoden er en fysisk absorpsjonsmetode. Ved å redusere trykket til løsningen kan CO2 frigjøres, og løsningen kan regenereres. Energiforbruket er mye mindre enn for MEA -metoden. Samtidig, på grunn av det høye gasstrykket, reduseres også energiforbruket av den påfølgende CO2 -komprimeringsprosessen. Noen lærde har analysert 500 MW IGCC -systemet og tror at etter installasjon av CO2 -fangstsystemet, vil effektiviteten til IGCC falle fra 38,4% (HHV) til 31,2% (HHV). Blant dem har konverteringsreaktoren og komprimeringen av CO2 størst innvirkning, noe som reduserer effektiviteten med henholdsvis 4,2% og 2,1%. Kostnaden for fjerning av CO2 med denne metoden er omtrent 20 $/t.
Tekniske utsikter
Fangsteknologi etter forbrenning er den mest modne teknologien og har blitt tatt i bruk. Mitt lands første kullkraftverk CO2 -fangstenhet - Huaneng Beijing termisk kraftverk 3000 ~ 5000T/år CO2 -fangstdemonstrasjonsenhet bruker denne teknologien. Oksygenanriket forbrenningsteknologi er for tiden et hotspot, men teknologien er ikke veldig moden og forblir for det meste i laboratoriet og pilotstadiet. Verdens største oksygenanrikede forbrenningsprosjekt er 30 MW Vattenfall-prosjektet som ble bygget i Tyskland i september 2008, som bruker Alstom-teknologi. I tillegg vil Black Hills sammen med B&W, Air Liquide og andre selskaper bygge et 100MW oksygenanriket forbrenningskraftverk i Wyoming, USA. Prosjektet skal etter planen fullføres i 2015. Både etter forbrenningsfangstteknologi og oksygenanriket forbrenningsteknologi kan brukes til å transformere eksisterende kraftverk. Kostnaden for oksygenanriket forbrenningsteknologi er relativt lave, men hvis bare en del av CO2 blir fanget, er fanger av forbrenningsfangstteknologi mer egnet. IGCC er den reneste kullfyrte teknologien i verden, men dens høye kostnader og umodne teknologi begrenser bruken. Etter å ha installert CO2 -fangst er imidlertid kostnadsøkningen minst, og CO2 -fjerningskostnadene er også den laveste. Med utviklingen av teknologi vil IGCC bli mye brukt i fremtiden. Ulempen er at denne teknologien bare kan brukes til nye kraftverk, og ikke kan brukes til teknisk transformasjon av eksisterende kraftverk.
Uansett hvilken teknologi som brukes, er det visse krav til nettstedet. Derfor må det nydesignede kraftverket vurdere fangst av CO2, tenke på hvilken teknologi som skal brukes på forhånd, reserve plass for CO2 fjerningsutstyr og finne et passende lagringssted i nærheten.
Fremme av CO2 -fangstteknologi
Selv om CO2 -fangstteknologi har blitt et forskningshotspot, har den ennå ikke blitt promotert over hele verden. Dette skyldes hovedsakelig følgende faktorer:
(1) Økonomiske hensyn: Etter CO2 -fangst vil effektiviteten til hele kraftverket falle med 20%~ 30%, og kostnadene for kraftproduksjon vil øke betydelig. Bedrifter som allerede har tjent overskudd, har ingen motivasjon til å fange CO2.
(2) Påvirkning av nasjonal politikk: CO2 -fangst må være drevet av nasjonal politikk. Regjeringen kan vurdere å vedta skjemaer som å innføre en CO2 -utslippsskatt for å fremme anvendelsen av CO2 -fangst og lagringsteknologi.
(3) Påvirkning av nasjonal politikk: CO2 -fangst må være drevet av nasjonal politikk. Regjeringen kan vurdere å vedta skjemaer som å innføre en CO2 -utslippsskatt for å fremme anvendelsen av CO2 -fangst og lagringsteknologi.
(4) Offentlig bevissthet: Etter adopsjonen av CO2 -fangstteknologi vil strømprisene uunngåelig øke kraftig. Enten det øker strømprisene eller pålagt karbonavgifter, må den anerkjennes og støttes av publikum.
Å bygge demonstrasjonskraftverk er et effektivt tiltak for å fremme promotering av CO2 -fangstteknologi. EU har planlagt å bygge 12 storskala CO2-fanger demonstrasjonskraftverk innen 2012 for å forberede seg på storskala promotering over hele verden i 2020.
Konklusjon
Tre typer CO2-fangstteknologier for kullkraftverk blir introdusert, fordelene, ulemper og kostnader for forskjellige teknologier blir sammenlignet, og promotering av CO2-fangstteknologi blir analysert. Overdreven kostnader er fremdeles hovedfaktoren som begrenser utviklingen av CO2 -fangstteknologi. Det bør tas omfattende hensyn, og integrerte systemer skal være rimelig designet for å redusere kostnadene. For eksempel kan den genererte CO2 brukes til å øke oljegjenvinningshastigheten til oljefelt. I oksygenanriket teknologi kan den kalde energien til importert flytende naturgass brukes til luftseparasjon for å redusere kostnadene for oksygenproduksjon.
