第六章、二氧化碳的控制理論及技術(shù)

1、 第六章 CO2的控制理論及技術(shù)第一節(jié) CO2分離理論及技術(shù)一、吸收分離法吸收法按照分離原理的不同，可分為化學(xué)吸收法和物理吸收法。物理吸收法：溶劑對(duì)CO2按照物理溶解的方法進(jìn)行， CO2在溶劑中的溶解服從亨利定律，適合CO2濃度較高的煙氣；化學(xué)吸收法：通過(guò)CO2與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的分離并借助其逆反應(yīng)進(jìn)行溶劑再生，常用吸收劑為熱碳酸鉀或醇胺類(lèi)說(shuō)溶液，具有較高的吸收率，回收CO2純度高（可達(dá)99.99%），適合濃度較低的混合氣體處理。排空氣空氣NHD溶劑CO2產(chǎn)品氣物理吸收法排氣至?xí)釤焽桦姀S煙氣吸收器增壓泵換熱器儲(chǔ)罐再生器冷凝器將CO2壓縮或脫水CO2化學(xué)吸收法工藝流程圖化學(xué)吸收法特點(diǎn)：歷

2、史悠久、技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定；氣體回收率和純度達(dá)99%以上；會(huì)產(chǎn)生乳化、起泡、溢流、夾帶等現(xiàn)象使系統(tǒng)復(fù)雜；設(shè)備龐大，操作復(fù)雜，不易維修保養(yǎng)；溶劑降解、設(shè)備腐蝕和泡沫是最大的問(wèn)題；煙氣進(jìn)塔前必須降溫，出口進(jìn)入大氣前必須重新加溫。二、吸附分離法 吸附法又分為變溫吸附法(TSA)和變壓吸附法(PSA)及變溫變壓吸附法（PTSA）。 吸附劑在高溫(或高壓)時(shí)吸附CO2，降溫(或降壓)后將CO2解析出來(lái)，通過(guò)周期性的溫度(或壓力)變化，從而使CO2分離出來(lái)。 常用的吸附劑有天然沸石、分子篩、活性氧化鋁、硅膠和活性炭等。再生方式可分為：加熱再生（適用于低濃度）壓力再生（適用于高濃度）二氧化碳原料氣二氧化碳原

3、料氣二氧化碳產(chǎn)品二氧化碳產(chǎn)品其它氣體其它氣體變壓吸附法吸附分離法特點(diǎn)：原料適應(yīng)性廣；無(wú)設(shè)備腐蝕和環(huán)境污染；工藝過(guò)程簡(jiǎn)單；低耗能；壓力適應(yīng)范圍廣；解吸媳婦頻繁；自動(dòng)化要求高；需要大量吸附劑，更適合濃度為20%80%的工業(yè)氣。三、膜分離法分為氣體分離膜法和氣體吸收膜法兩類(lèi)。1.氣體分離膜法依靠待分離混合氣體與薄膜材料之間的化學(xué)或物理反應(yīng)，使得一種組分快速溶解并穿過(guò)薄膜，從而將混合氣體分成穿透氣流和剩余氣流。分離能力取決于：薄膜材料的選擇性；兩個(gè)過(guò)程參數(shù):l穿透氣流對(duì)總氣流的流鼙（ p ）比l穿透氣流對(duì)總氣流的壓力比處理后氣體高壓氣體4CH84HC2COOH2膜活性層多空隙支撐層氣體分子先進(jìn)入膜的表

4、層，然后再?gòu)哪ぶ袛U(kuò)散出來(lái)富污染物氣流氣體膜分離原理常見(jiàn)分離機(jī)理：u氣體通過(guò)多孔膜的微孔擴(kuò)散機(jī)理；u氣體通過(guò)非多孔膜的溶解擴(kuò)散機(jī)理，如圖：CO2其它其它中空纖維管分離膜按材料分為：有機(jī)聚合物膜無(wú)機(jī)膜混和氣混和氣壓縮預(yù)處理煙氣15%一級(jí)膜壓縮二級(jí)膜壓縮脫水21.4atm4.4atm21.4atm4.4atm150atm21.4atm36%CO2二級(jí)膜分離裝置流程圖2.氣體吸收膜法在薄膜的另一側(cè)有化學(xué)吸收液；膜對(duì)氣體沒(méi)有選擇性；氣體和吸收液不直接接觸；通過(guò)吸收液選擇達(dá)到分離的目的。煙氣入口取樣吸收液出口取樣富液煙氣出口取樣煙氣排空吸收液入口取樣泵換熱器加熱器冷凝回流水套膜吸收法流程圖四、低溫蒸餾法

5、通過(guò)低溫冷凝分離CO2的物理過(guò)程，一般是將煙氣經(jīng)過(guò)多次壓縮和冷卻后引起相變從而分離CO2。比較典型的工藝是四塔的瑞安/赫爾姆斯流程。主要用于分離回收油田伴生氣中的CO2，本法設(shè)備龐大、能耗較高，分離效果較差，一般很少使用，只適用于油田開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)，提高采油率。五、石灰石法脫除燃煤煙氣中的CO2煙氣分離空氣油CaOO2CO2燃料氣+CaCO3顆粒煅燒PFBC/C石灰石法脫除CO2以石灰石為吸收劑采用碳化/煅燒的方式可脫除煙氣中的CO2。CaO在燃燒室中吸收CO2反應(yīng)機(jī)理如下：32CaCOCOCaOCaCO3在煅燒爐里高溫煅燒后再生成CaO，循環(huán)利用。煅燒室內(nèi)放出的煙氣近乎純CO2易于回收處理，而且煙

6、氣中的硫化物也會(huì)得到脫除，本法非常適合流化床。六、以煤制氫為核心的近零排放技術(shù) 煤在該過(guò)程中的生成物只是高純度的H2和CO2。該技術(shù)為煤的高效潔凈利用提供了極大的發(fā)展空間，為減少煤利用過(guò)程中溫室氣體CO2的排放提供了一個(gè)嶄新的途徑，技術(shù)流程如圖所示。該技術(shù)中，能量與物質(zhì)在系統(tǒng)中充分循環(huán)。一樣面，能夠充分利用系統(tǒng)自身的能量維持各過(guò)程的進(jìn)行，從而減小了系統(tǒng)的能量損失，提高效率；另一方面，煙氣循環(huán)使大量污染物在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，從而減小了污染物的排放量。由于沒(méi)有空氣參與燃燒，避免了顆粒物和其他污染物的釋放。以煤直接制氫為核心的近零排放煤炭發(fā)電技術(shù)系統(tǒng)工藝流程固體氧化物燃料電池C+2H2 CH4(煤的氣化)

7、2H2O+電能+熱能O2+2H2CaO+CH4+2H2O CaCO3+4H2CaO+CO2 CaCO3OH32iOS32COgMCO)OH(OiSgM3122324523七、生物性回收CO2技術(shù)微生物CO2回收固定技術(shù)可分為：利用微生物固定CO2 ，利用微細(xì)藻類(lèi)及光合成菌類(lèi)固定CO2 ；利用球石藻類(lèi)等固定CO2。第二節(jié) CO2減排理論及技術(shù)一、電力生產(chǎn)中的CO2減排電力生產(chǎn)中排放CO2占人類(lèi)總排放量的30%。大型化工與化石聯(lián)合企業(yè)均有電廠，其特點(diǎn)是單點(diǎn)固定排放源，我國(guó)煤電占80%（世界平均煤電為40%），常規(guī)電廠效率僅為32%35%。為了大規(guī)模減排CO2 ，可采用：燃煤預(yù)處理增大機(jī)組容量開(kāi)發(fā)先

8、進(jìn)的燃燒循環(huán)以LNG（液化天然氣）代煤發(fā)電采用大型高參數(shù)汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)將熱力學(xué)循環(huán)與電化學(xué)聯(lián)合多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)回收CO2新技術(shù)2008年各國(guó)二氧化碳排放量電力行業(yè)二氧化碳排放量07年發(fā)電量年發(fā)電量32,644億億kWh電力裝機(jī)容量電力裝機(jī)容量71,822萬(wàn)萬(wàn)kWhCO2排放量排放量占全國(guó)總排放量的占全國(guó)總排放量的60 以上以上各國(guó)的各國(guó)的COCO2 2減排減排行動(dòng)國(guó)家行動(dòng)美國(guó)推廣一個(gè)名為“FutureGen”的大型研究項(xiàng)目，預(yù)計(jì)投資也從10億美元增長(zhǎng)到了l5億美元。德國(guó)2008年6月底宣布將開(kāi)始進(jìn)行CO2地下封存作業(yè)，在柏林外圍的Ketzin地區(qū)實(shí)施。將在2年內(nèi)使6萬(wàn)t溫室氣體注入深度超過(guò)600m

9、的多孔咸水巖層中。歐盟2008年6月中旬宣布將推進(jìn)化石燃料發(fā)電廠CCS技術(shù)，捕集與封存90%的碳排放。要求到2025年將所有現(xiàn)有的化石燃料發(fā)電廠都改造采用CCS技術(shù)。這一方案已于2008年5月12日通過(guò)議會(huì)環(huán)境委員會(huì)的討論。法國(guó)、沙特阿拉伯2008年4月22日宣布在太陽(yáng)能以及燃燒化石燃料而產(chǎn)生的CO2捕集技術(shù)方面進(jìn)行合作，并組建研究集團(tuán)投資大規(guī)模太陽(yáng)能技術(shù)以及CCS技術(shù)。開(kāi)發(fā)的CCS技術(shù)將于2014年建成并投運(yùn)大規(guī)模驗(yàn)證項(xiàng)目。澳大利亞頒布海上石油法，將允許對(duì)燃煤電站排放的CO2進(jìn)行海床封存，是世界上有法規(guī)允許的碳捕集和封存規(guī)范的第一批國(guó)家之一 。碳減排技術(shù)超（超）臨界技術(shù)、循環(huán)流化床技術(shù)（CF

10、B）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)（IGCC）、熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)（CHP）、CCS技術(shù)提高可再生能源及核能等技術(shù)的比重，優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)減低碳排。通過(guò)電力調(diào)度順序、發(fā)電權(quán)交易和減少?gòu)S用電等措施減排。采用清潔發(fā)展機(jī)制CDM進(jìn)行國(guó)際合作，轉(zhuǎn)讓的資金和技術(shù)獲得核證減排量。達(dá)到大規(guī)模減排CO2的目的，其發(fā)展方向如下：（1）亞臨界發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電效率h=38%。（2）超臨界發(fā)電系統(tǒng)。h=40%42%。（3）超超臨界發(fā)電系統(tǒng)（UDC）。h=50%55%。（4）整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。h=42%，減排CO2為25%，預(yù)計(jì)今后可達(dá)h=50%，CO2減排50%。若采用天然氣進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)h=52%58%。（5）化學(xué)鏈燃燒技術(shù)

11、。（6）整體煤氣化。（7）多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。（5）化學(xué)鏈燃燒技術(shù) 燃料從MO（金屬氧化物）獲取氧，無(wú)需與空氣直接接觸，燃料側(cè)的氣體生成物為高濃度的CO2和水蒸氣，而且也不會(huì)產(chǎn)生NOx，采用物理冷凝法即可分離回收CO2，可節(jié)省大量能耗?；瘜W(xué)鏈燃燒技術(shù)（Chemical-Looping Combustion，CLC）在20世紀(jì)80年代就被提出來(lái)作為常規(guī)燃料的替代?；瘜W(xué)鏈燃燒技術(shù)原理如圖?；瘜W(xué)鏈燃燒技術(shù)的能量釋放機(jī)理是通過(guò)燃料與空氣不直接接觸的無(wú)火焰化學(xué)反應(yīng)，打破了自古以來(lái)的火焰燃燒概念。這種新的能力釋放方法是新一代的能源環(huán)境系統(tǒng)，它開(kāi)拓了根除NOx產(chǎn)生與回收CO2的新途徑。日本、韓國(guó)、瑞典、挪威和中國(guó)等

12、很多國(guó)家和機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行探索性的研究。燃料MO（金屬氧化物）CO2+H2OM（金屬）M（金屬）O2（空氣）MO（金屬氧化物）循環(huán)氧載體無(wú)火焰燃燒根除燃料型NOx 生成控制熱力型NOx 產(chǎn)生CO2 富集煙道氣H2O不凝氣CO2燃料進(jìn)料空氣2131-空氣反應(yīng)器；2-旋風(fēng)分離器；3-燃料反應(yīng)器圖2 Lyngfelt 設(shè)計(jì)的CLC 串行流化床系統(tǒng)圖燃料CaSO4CO2新鮮的CaSO4CO/CO2CaS灰N2O2 氣化反應(yīng)器900C+CO2=2CO燃料反應(yīng)器9000C4CO+CaSO4=4CO2+CaS空氣反應(yīng)器1000CaS+2O2=CaSO4空氣熱量固體燃料化學(xué)鏈燃燒技術(shù)示意圖所示為2003年美國(guó)國(guó)家

13、能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室與ALSTOM合作研制的煤氣化的化學(xué)鏈燃燒動(dòng)力系統(tǒng)的示意圖。該系統(tǒng)采用CaS/CaSO4化學(xué)鏈對(duì)煤進(jìn)行氣化, 通過(guò)變換反應(yīng)制得H2, CO2混合氣體, CO2經(jīng)CaO/CaCO3化學(xué)鏈吸收去除, 得到較純凈H2. CaO再生反應(yīng)所需熱量由作為傳熱媒介的礬土形成的熱鏈循環(huán)提供. 這種煤基化學(xué)鏈燃燒動(dòng)力系統(tǒng)為避免碳進(jìn)入空氣反應(yīng)器和灰分對(duì)系統(tǒng)的影響, 必須進(jìn)行氧載體顆粒與未燃碳粒和灰分的分離, Fe、Ni、Cu、Mn、Cd、Co等的氧化物或雙氧載體。在高溫下表現(xiàn)出來(lái)的持續(xù)循環(huán)能力較差；為提高其反應(yīng)特性，提高壽命，抗燒結(jié)及增加表面積，常附著于惰性載體上。金屬載氧體惰性附著基非金屬載氧體C

14、aSO4、SrSO4、BaSO4等硫酸鹽非金屬載氧體。非金屬氧化物作為氧載體在載氧能力、環(huán)保和價(jià)格方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如何提高其化學(xué)反應(yīng)性等指標(biāo)是值得努力的方向之一。Al2O3、SiO2、NiAl2O4、MgAl2O4、TiO2、ZrO2、MgO、Y2O3+ ZrO2(YSZ) 、海泡石(sepiolite)等。作為惰性載體，提高比表面積和機(jī)械強(qiáng)度以增強(qiáng)循環(huán)性能；作為熱載體，傳遞和存儲(chǔ)能量。（6）整體煤氣化燃料電池聯(lián)合循環(huán)（IGMCFC）系統(tǒng)。MCFC不用貴金屬，可用CO為燃料h比IGCC高可達(dá)45%53%，預(yù)計(jì)2015年h可達(dá)60%。若用天然氣重整（SRM）與MCFC聯(lián)合，h=60%70%，

15、接近CO2零排放目標(biāo)。MCFC的燃料氣是的燃料氣是H2，氧化劑是，氧化劑是O2和和CO2。當(dāng)電池工作時(shí)，陽(yáng)極上的。當(dāng)電池工作時(shí)，陽(yáng)極上的H2與與從陰極區(qū)遷移過(guò)來(lái)的從陰極區(qū)遷移過(guò)來(lái)的CO32-反應(yīng)，生成反應(yīng)，生成CO2和和H2O，同時(shí)將電子輸送到外電路。，同時(shí)將電子輸送到外電路。陰極上陰極上O2和和CO2與從外電路輸送過(guò)來(lái)的電子結(jié)合、生成與從外電路輸送過(guò)來(lái)的電子結(jié)合、生成CO32-。電池的反應(yīng)。電池的反應(yīng)原理如下：原理如下：（7）多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)多聯(lián)產(chǎn)是能源領(lǐng)域降低能耗、物耗和減排CO2的重要方向。有燃CH4的冷熱電聯(lián)產(chǎn)，生物質(zhì)冷熱電聯(lián)產(chǎn)，燃煤冷熱電三聯(lián)產(chǎn)，化工產(chǎn)品與冷熱電聯(lián)產(chǎn)。如甲醇、合成氣、熱電聯(lián)

16、產(chǎn)，可使能耗下降22.6%，CO2排放量也下降22.6%。多聯(lián)產(chǎn)（Polygeneration）概念圖n較高的環(huán)保性：與傳統(tǒng)的粉煤燃燒相比，氧化硫、氮氧化合物和顆粒物的排放量較低。n與傳統(tǒng)的燃煤爐相比，氣化過(guò)程產(chǎn)生的二氧化碳濃度更高、更容易環(huán)保地進(jìn)行收集和分離。 n更高的煤轉(zhuǎn)化效率。 n減少能源和原料進(jìn)口不確定性的影響，特別是在產(chǎn)煤地區(qū)。 n比傳統(tǒng)的獨(dú)立的發(fā)電和生產(chǎn)化工品具有更低的成本。 多聯(lián)產(chǎn)多聯(lián)產(chǎn): 具有發(fā)展前途的綜合解決方案具有發(fā)展前途的綜合解決方案目前各種發(fā)電方式的碳排放率g/(kW h)為：發(fā)電方式發(fā)電方式碳排放率碳排放率g/(kW h)煤發(fā)電275油發(fā)電204天然氣發(fā)電181太陽(yáng)能

17、發(fā)電92太陽(yáng)能光伏發(fā)電55波浪發(fā)電41海洋溫差發(fā)電36潮流發(fā)電35風(fēng)力發(fā)電20地?zé)岚l(fā)電11核能發(fā)電8水力發(fā)電6可見(jiàn)，發(fā)展水電、核電和其他新能源將有助于大大減排CO2。二、流動(dòng)源CO2的減排交通運(yùn)輸使用化石燃料排放的CO2約占CO2總排放量的30%。我國(guó)民用汽車(chē)保有量已超過(guò)4300萬(wàn)輛。預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到1.3億輛，年需油量5億噸，再加上農(nóng)用車(chē)、火車(chē)、輪船、飛機(jī)用油，屆時(shí)將達(dá)7億噸，由于車(chē)輛與耗油數(shù)量成倍的增長(zhǎng)， CO2也會(huì)成倍增加，現(xiàn)在CO2的排放量將十分驚人，且流動(dòng)源CO2難以回收利用。減排方法如下：（1）車(chē)輛輕型化、小型化，以塑代鋼，可減少油耗。（2）改進(jìn)和設(shè)計(jì)新型發(fā)動(dòng)機(jī)，提高能效。（3

18、）以柴油車(chē)取代汽油車(chē)。（柴油車(chē)比同類(lèi)汽車(chē)經(jīng)濟(jì)性高20%，能源強(qiáng)度低10%，可減排CO2約10%。歐盟已計(jì)劃將轎車(chē)CO2平均排放量由187g/km降至140g/km，約下降20%，2012年降至120g/km。）（4）開(kāi)發(fā)和推廣低耗油的混合動(dòng)力車(chē)（HV）。（它由驅(qū)動(dòng)車(chē)輪電機(jī)、電池，以汽油、輕油、LPG液化石油氣、CNG壓縮天然氣為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力裝置組成動(dòng)力源。1996年豐田公司推出3.0L/100km；1999年本田公司推出2.96L/100km概念車(chē)；最先進(jìn)的是乙醇燃料電池與太陽(yáng)能電池混合動(dòng)力車(chē)，油耗為 0.78L/100km。）（5）改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)，多用高H/C燃料，更多的利用生物質(zhì)能。1

19、）使用高H/C清潔燃料2）以氫為燃料，而氫是從非化石燃料中獲得。3）生物質(zhì)能。（來(lái)源廣，資源大，可再生）三、低碳汽油技術(shù) 一種新型GX低碳汽油已由中國(guó)環(huán)保新能源研究院與環(huán)球瞭望石化產(chǎn)品有限公司聯(lián)合成功研發(fā)，它可使CO2排放降低5%8%，CO降低30%以上，NOx符合國(guó)家規(guī)定、硫排放同等條件減少20%，節(jié)省燃油3.2%以上，動(dòng)力提高5%以上。這種GX低碳汽油已經(jīng)在山東、北京、河北和內(nèi)蒙等地試驗(yàn)推廣，數(shù)據(jù)顯示，使用新型GX低碳汽油每年可減少CO2排放3000萬(wàn)噸，將對(duì)我國(guó)節(jié)能減排發(fā)揮重要作用。 在對(duì)40多萬(wàn)輛車(chē)次、上萬(wàn)千米的測(cè)試中，新型GX低碳汽油主要性能指標(biāo)均優(yōu)于京標(biāo)、國(guó)際和乙醇汽油、甲醇汽油的

20、使用效果。四、富氧燃燒技術(shù) 用比通常空氣(含氧21%)含氧濃度高的富氧空氣進(jìn)行燃燒，稱(chēng)為富氧燃燒（oxygen enriched combustion,OEC）。 富氧燃燒技術(shù)組織燃料在O2和CO2混合氣體中燃燒，煙氣經(jīng)過(guò)干燥后CO2濃度高達(dá)95%，壓縮后即可進(jìn)行下一步處理，同時(shí)還具備相當(dāng)?shù)偷腘Ox排放和較高的脫硫效率功能，是一種能夠綜合控制燃煤污染排放的新一代燃燒技術(shù)。富氧燃燒技術(shù)是針對(duì)燃煤電廠特點(diǎn)所發(fā)展的一種既能直接獲得高濃度CO2，又能綜合控制燃煤污染排放的新一代CO2減排技術(shù)。富氧燃燒技術(shù)也稱(chēng)為O2/CO2燃燒技術(shù)，或空氣分離/煙氣再循環(huán)技術(shù)。富氧前富氧后富氧的助燃方法分類(lèi)富氧的助燃方

21、法分類(lèi)富氧的助燃方法分類(lèi)富氧的助燃方法分類(lèi)富氧燃燒技術(shù)用空氣分離獲得的O2和一部分鍋爐煙氣循環(huán)氣構(gòu)成的混合氣體代替空氣作為化石燃料燃燒時(shí)的氧化劑，來(lái)保護(hù)爐膛中的溫度低于可承受點(diǎn)，以提高燃燒煙氣中CO2濃度。此燃燒反應(yīng)發(fā)生在O2/CO2混合氣的環(huán)境中，其主要步驟為空氣壓縮分離燃燒、電力生產(chǎn)煙氣壓縮和脫水，如圖：空氣空氣分離O2鍋爐水分CO2燃料空氣再循環(huán)煙氣（含部分水汽）特點(diǎn)特點(diǎn)提高火焰溫度提高火焰溫度降低燃點(diǎn)溫度降低燃點(diǎn)溫度加快燃燒速度加快燃燒速度增加熱量利用率增加熱量利用率減少排氣量減少排氣量提高火焰溫度富氧濃度并不是越高越好富氧助燃的最佳濃度為：26%30%充分燃燒，合理燃燒氧濃度提高，火

22、焰溫度上升，熱效率大幅度提高降低燃料的著火溫度和減少燃盡時(shí)間降低過(guò)量空氣系數(shù)，減少燃燒后的排煙量第三節(jié) CO2的捕獲與封存（CCS）一、CCS概況 CO2捕獲和封存（carbon dioxide capture and storage ,CCS），指在CO2排放之前將其捕獲，并運(yùn)送儲(chǔ)放在合適地點(diǎn)的技術(shù)體系 近年來(lái)，由于人類(lèi)過(guò)多使用高碳能源，導(dǎo)致氣候變化惡劣，給人類(lèi)生活帶來(lái)嚴(yán)重災(zāi)害。為了實(shí)現(xiàn)人類(lèi)與自然和諧共生的生存目標(biāo)，我們必須改變現(xiàn)有的生活方式，節(jié)約能源，保護(hù)生態(tài)，迎接低碳時(shí)代的到來(lái)。 目前CCS技術(shù)被看做是解決全球氣候變暖問(wèn)題的最具發(fā)展前景的解決方案之一，不僅能有效減少碳排放，還可能更持久地

23、更清潔的利用我國(guó)豐富的煤炭資源。但它作為一種新的技術(shù)有許多新的技術(shù)難點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、政策問(wèn)題等需要進(jìn)一步的研究CCS是一項(xiàng)巨大的工程，需要各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域予以技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的支持，從實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展角度看，需要在積極跟蹤國(guó)外技術(shù)和活動(dòng)的同時(shí)，加強(qiáng)國(guó)內(nèi)的研發(fā)，不斷通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，提出適合中國(guó)現(xiàn)階段國(guó)情的CO2捕集技術(shù)。CCS技術(shù)是減緩CO2排放的手段之一，其它減緩方案包括提高能源效率、向低含碳量燃料轉(zhuǎn)變、核能、可再生能源、增加生物匯、以及非CO2溫室氣體的減排。CCS具有減少整體減緩成本以及增加實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排靈活性的潛力。CCS的廣泛應(yīng)用取決于技術(shù)成熟性、成本、整體潛力、在發(fā)展中國(guó)家的技術(shù)普

24、及和轉(zhuǎn)讓及其應(yīng)用技術(shù)的能力、法規(guī)因素、環(huán)境問(wèn)題和公眾反應(yīng)。目前各國(guó)正在開(kāi)展的大型CCS研發(fā)項(xiàng)目項(xiàng)目名稱(chēng)國(guó)家項(xiàng)目規(guī)模開(kāi)始時(shí)間封存方式Sleipner挪威商業(yè)1996含水層Weyburn加拿大商業(yè)2000CO2驅(qū)油Minami-Nagoaka日本示范試驗(yàn)2002含水層Yubari日本示范試驗(yàn)2004CO2驅(qū)煤層氣In Salah阿爾及利亞商業(yè)2004枯竭天然氣田Frio美國(guó)先導(dǎo)試驗(yàn)2004咸水含水層K12B荷蘭先導(dǎo)試驗(yàn)2004CO2增強(qiáng)氣體開(kāi)采Fenn big Valley加拿大先導(dǎo)試驗(yàn)1998CO2驅(qū)煤層氣Recopol波蘭先導(dǎo)試驗(yàn)2003CO2驅(qū)煤層氣Qinshui Basin中國(guó)先導(dǎo)試驗(yàn)20

25、03CO2驅(qū)煤層氣Salt Creek美國(guó)商業(yè)2004CO2驅(qū)油Snobvit挪威商業(yè)2006咸水含水層Gorgon澳大利亞商業(yè)2009咸水含水層Ketzin德國(guó)示范試驗(yàn)2006咸水含水層Otway澳大利亞示范試驗(yàn)2005咸水含水層和枯竭天然氣田Teapot Dome美國(guó)示范試驗(yàn)2006咸水含水層和CO2驅(qū)油CSEMP加拿大示范試驗(yàn)2005CO2驅(qū)煤層氣Pembina加拿大示范試驗(yàn)2005CO2驅(qū)油隨著CCS技術(shù)的研究、發(fā)展以及規(guī)模效應(yīng)，CCS未來(lái)的成本將會(huì)顯著降低。如新穎的CO2捕獲技術(shù)具有更低的CO2捕獲成本，新建排放源與封存場(chǎng)地地理匹配良好將顯著降低CO2運(yùn)輸成本，煤氣化、燃燒前捕獲、廢

26、棄氣體聯(lián)合地質(zhì)封存等新技術(shù)可顯著提高CCS系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境效益。綜上所述，CCS技術(shù)將對(duì)CO2減排貢獻(xiàn)巨大，并將對(duì)CO2減排產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。二、CO2捕獲CO2捕獲只適合大型靜止的CO2排放“點(diǎn)源”，包括大型化石燃料或生物能源設(shè)施、天然氣生產(chǎn)、合成燃料工廠以及基于化石燃料的制氫工廠等，這些大型排放源約占全球化石燃料CO2排放量的60%。在生產(chǎn)過(guò)程中， CO2首先必須與燃燒或加工產(chǎn)生的其他氣體分離，然后通過(guò)壓縮和凈化使之易于運(yùn)輸和封存。目前的捕獲系統(tǒng)有三種:燃燒后捕獲系統(tǒng)燃燒前捕獲系統(tǒng)氧燃料燃燒捕獲系統(tǒng)1、燃燒后捕獲系統(tǒng)、燃燒后捕獲系統(tǒng)從煙道氣體中分離CO2，這些系統(tǒng)通常使用液態(tài)溶劑進(jìn)行捕獲。2

27、、燃燒前捕獲系統(tǒng)、燃燒前捕獲系統(tǒng)用蒸氣和空氣或氧氣處理初級(jí)燃料，產(chǎn)生CO在二級(jí)反應(yīng)器里與蒸汽繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氫與CO2，后者經(jīng)分離后進(jìn)入封存。這套系統(tǒng)在肥料制造業(yè)和大規(guī)模制氫生產(chǎn)業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。雖然工業(yè)過(guò)程相對(duì)更精細(xì)和成本較高，但產(chǎn)生的燃?xì)饬髦?，CO2濃度和壓力較高也使得CO2分離更加容易。3、氧燃料燃燒捕獲系統(tǒng)、氧燃料燃燒捕獲系統(tǒng)燃料燃燒使用氧氣，因此煙道氣主要由水蒸氣和CO2構(gòu)成，再通過(guò)冷卻和壓縮過(guò)程除去水蒸氣。這種技術(shù)幾乎可以捕獲燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的全部CO2 ，因而分離也更加容易，但由于需要配置額外的氣體處理系統(tǒng)以產(chǎn)生氧氣和清除硫、氮氧化物等污染物，因此成本增高很多。LEAN/RIC

28、HHEATEXCHANGERGASTOSTACKSCRUBBERSTRIPPERFLUEGASCOOLERBLOWERREBOILERFLUE GASSOLVENT SOLUTIONCOOLING WATERPOWER FORLEAN/RICHHEATEXCHANGERGASTOSTACKSCRUBBERSTRIPPERFLUEGASCOOLERBLOWERREBOILERFLUE GASCLEANED FLUEGAS SOLVENT SOLUTIONCO2COOLING WATERSTEAM FOR CO2RELEASEPOWER FORCO2 COMPRESSOR熱交換器溶液冷卻水煙囪廢氣

29、引風(fēng)機(jī)潔凈廢氣冷卻器二氧化碳CO2壓縮功釋放CO2所需的蒸氣再熱器燃燒后收集：發(fā)電站及工業(yè)生產(chǎn)中的CO2由廢氣脫除裝置分離分離裝置吸收裝置捕獲技術(shù)技術(shù)特點(diǎn)發(fā)展現(xiàn)狀燃燒前分離CO2濃度高，分離容易，過(guò)程復(fù)雜，成本較高技術(shù)可行燃燒后分離過(guò)程簡(jiǎn)單，但CO2濃度低，化學(xué)吸收劑較昂貴技術(shù)可行富氧燃燒CO2濃度高，但壓力較小，步驟較多，供氧成本高示范階段三、CO2運(yùn)輸管道運(yùn)輸船舶及罐車(chē)運(yùn)輸CO2運(yùn)輸管道前CO2管道運(yùn)輸CO2管道運(yùn)輸1、CO2管道運(yùn)輸?shù)湫偷淖龇ㄊ菍O2施加8MPa以上的壓力進(jìn)行壓縮，變成液態(tài)避免二相流和提升CO2的密度通過(guò)管道進(jìn)行安全運(yùn)輸。對(duì)于大約1000km距離內(nèi)大量運(yùn)輸CO2 ，該方

30、法是首選途徑，并且已是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。管道運(yùn)輸過(guò)程中，管道運(yùn)輸過(guò)程中，由上游端的壓縮機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，部分還配置中途由上游端的壓縮機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，部分還配置中途壓縮站。壓縮站。2、對(duì)于每年在幾百萬(wàn)噸以下的CO2輸送或是更遠(yuǎn)距離的海外運(yùn)輸，使用輪船較為合適。CO2運(yùn)輸船CO2罐車(chē)CO2罐車(chē)四、CO2封存（是解決CO2減排的重要途徑）目前可行的二氧化碳封存或處置方式有五種，分別是： 生態(tài)封存生態(tài)封存 深海封存深海封存 地質(zhì)封存地質(zhì)封存 生物封存生物封存 礦物封存礦物封存 CO2置換天然氣水合物置換天然氣水合物（1） 生態(tài)封存生態(tài)封存 陸地上的森林、植被、土地微生物、草原、農(nóng)作物、苔原和沼澤地、海洋藻類(lèi)每

31、年吸收515G713Gt CO2?？赏ㄟ^(guò)大規(guī)模植樹(shù)造林，增加綠化面積，并適當(dāng)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，種植含油量高、含淀粉高的作物，這是理想的封存方法。優(yōu)點(diǎn)：成本低、不用耗能，而且生產(chǎn)出無(wú)凈排放CO2可再生能源?？蓪?shí)現(xiàn)碳資源的循環(huán)利用，達(dá)到CO2減排和提供能源的目的，是一舉兩得的良策（2） 深海封存深海封存一個(gè)潛在的二氧化碳封存方案是將捕集的二氧化碳直接注入海洋（1000m深度以上），大部分的二氧化碳將再此與大氣隔絕幾個(gè)世紀(jì)。該方法的實(shí)施途徑是通過(guò)管道或船舶將二氧化碳運(yùn)輸?shù)胶Ｑ蠓獯纥c(diǎn)，在該封存點(diǎn)將二氧化碳注入海洋的水柱體或海底，被溶解和消散的二氧化碳隨后會(huì)成為全球碳循環(huán)的一部分。該方法還處于研究階段，尚未

32、應(yīng)用。目前在技術(shù)上還無(wú)法將CO2送入3000m以下的深海目前的研究重點(diǎn)是將CO2注入海水，在送到400m深海處，它會(huì)沉入海底，生成CO26H2O、CO2 8H2O籠狀物，在海底形成永久性CO2湖。該法潛力巨大，也是較廉價(jià)的封存方法之一，但要繼續(xù)對(duì)海水可能酸化對(duì)海洋生態(tài)造成的影響加以研究。（3） 地質(zhì)封存地質(zhì)封存在每種類(lèi)型中，CO2 的地質(zhì)封存都將CO2 壓縮液注入地下巖石構(gòu)造中。含流體或曾經(jīng)含流體（如天然氣、石油或鹽水等）的多孔巖石構(gòu)造（如枯竭的油氣儲(chǔ)層）都是潛在的封存CO2地點(diǎn)的選擇對(duì)象。在沿岸和沿海的沉積盆地（充有沉積物的地殼內(nèi)的大規(guī)模天然凹地）中存在合適的封存構(gòu)造。假設(shè)煤床有充分的滲透性

33、且這些煤炭以后不可能開(kāi)采，那么該煤床也可能用于封存。比較理想的地質(zhì)封存是無(wú)商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的深部煤層（并促進(jìn)煤層天然氣回收）、油田（并促進(jìn)石油回收率）、枯竭天然氣田、深部咸水含水地層。封存一般要在800m以下，該深度的溫壓條件可使CO2處于高密度的液態(tài)或超臨界狀態(tài)。CO2封存的技術(shù)容量預(yù)測(cè)全球封存的技術(shù)容量預(yù)測(cè)全球 （Gt CO2）封存場(chǎng)地類(lèi)型最低評(píng)估潛力石油和天然氣田675900不可開(kāi)采煤層（ECBM）315200深部咸水含水層1000不可確定可能達(dá)到104溶解封存量探明的油田封存量OGIP探明的氣田封存量OGIP無(wú)法開(kāi)采的煤層封存量陸上2 380 0004600428012 000總量3 160 0004800518012 800中國(guó)主要陸地上及海上盆地的地質(zhì)封存量（Mt CO2）地質(zhì)封存存在的問(wèn)題：地質(zhì)封存存在的問(wèn)題：封存難度大；CO2有可能滲入地下淡水，并使之酸化，導(dǎo)致重金屬溶入；影響地表土壤的組成；由于CO2回收分離回注將使電廠效率下降，用電成本上升； 有可能存在泄露問(wèn)題。（4） 生物封存生物封存 CO2的生物儲(chǔ)存主要指陸地和海洋生態(tài)環(huán)境中的植物、自養(yǎng)微生物等通過(guò)光合或化能作用來(lái)吸收和固定大氣中游離的CO2，并在一定條件下實(shí)現(xiàn)向有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到儲(chǔ)存CO2的目的。微生物在存儲(chǔ)C