CO2处理工艺及设备——程惠亭

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1、CO2处理工艺及设备处理工艺及设备 技术管理部 程惠亭技术管理部 程惠亭 目录目录 1 CO1 CO2 2排放面临的现状 2 地球上的碳循环 3 挑战和对策 4 CO 排放面临的现状 2 地球上的碳循环 3 挑战和对策 4 CO2 2处理技术 5 CO 处理技术 5 CO2 2基本应用 6 CO 基本应用 6 CO2 2制造和加工制造和加工 I COI CO2 2排放面临的现状排放面临的现状 1 CO1 CO2 2对环境的污染对环境的污染 在过去的100年中 全球气温升高了0 3 0 6 政府间气候变化专门委员会 IPCC 第三次报告中指出 尽50年的 气候变暖主要是向空气中排放温室气体引起的

2、 温室气体中 CO2占60 IPCC推算 按现在的排放速度 本世纪中叶 CO2的浓度将要翻一番 这将导致全球气温再升高1 5 4 5 海平 面上升0 25 0 5m 2 CO2 CO2 2典型排放典型排放 CO2排放中 化石燃料电厂约占30 40 甲醇甲醇 生产1吨甲醇排二氧化碳2 8吨左右 1吨甲醇从煤开始作为燃料完全燃烧 1 1 5 44 12 5 5吨 发电 发电 1000度电排放二氧化碳 日本 0 418吨 德国 0 497吨 美国 0 625吨 中国 0 752吨 传说中有的高达0 9吨 II 地球上的碳循环II 地球上的碳循环 动物 工业 矿物燃烧 石油 煤碳酸盐等矿物天然气CO2

3、气田 植物 地面 天空 地下 地面 天空 地下 雨雪 地表水 III 挑战和对策III 挑战和对策 1 挑战1 挑战 1 地球的地球的C循环不平衡循环不平衡 向大气层积累向大气层积累在加剧 这一切是人类活动引起的 2 能源需求是第一大罪魁祸首第一大罪魁祸首 煤和油煤和油 3 物质资料需求是第二大罪魁祸首 煤和油化工 第二大罪魁祸首 煤和油化工 4 只能减缓 无法阻止只能减缓 无法阻止 2 对策对策 紧迫的措施是减少减少和放缓放缓积累进程 燃眉之急 利益困惑燃眉之急 利益困惑 长远的对策是消耗大气中的积累 希望在于是植物吸收 道路漫漫 阻力重 重 消耗大气中的积累 希望在于是植物吸收 道路漫漫

4、阻力重 重 微不足道的减少减少途径途径是利用 转化 地下存储利用 转化 地下存储 必须立即制止必须立即制止的是的是CO2气田开采 利用现有的气田开采 利用现有的CO2 1 把它压入地下 获得间接效益1 把它压入地下 获得间接效益 二氧化碳捕获与地质封存技术 CCS IV COIV CO2 2处理技术 1 地下储藏处理技术 1 地下储藏 4种方式 种方式 1 二氧化碳驱石油 2 二氧化碳驱替煤层气 3 天然气田封存 4 和含水层封存 3个阶段 个阶段 1 提纯二氧化碳 2 二氧化碳压缩运 3 二氧化碳注入地下 IV COIV CO2 2处理技术 1 地下储藏处理技术 1 地下储藏 3个问题 个问

5、题 1 技术 有大量的理论和实验工作有待深入 2 成本 30 60 T 3 安全 地质结构不稳定 地震等造成的泄漏 1 把它压入地下 获得间接效益1 把它压入地下 获得间接效益 二氧化碳捕获与地质封存技术 CCS IV COIV CO2 2处理技术 2 地下储藏处理技术 2 地下储藏 2 把它转化为石头2 把它转化为石头 用矿物碳化方法用矿物碳化方法永久封存二氧化碳早已为人们所知 但几乎没有进行过 实验 如今 这个方法成为冰岛和阿曼研究的主要课题 冰岛雷克雅未克冰岛雷克雅未克的 试点项目中 科学家们将首次把二氧化碳饱和水溶液注入地下 300多英 尺处的玄武岩层 希望通过化学反应将二氧化碳转化为

6、岩石 来自冰岛 法国和美国的科学家们将把电站排出的二氧化碳注入地下1 300英尺的岩层 IV COIV CO2 2处理技术 2 地下储藏处理技术 2 地下储藏 2 把它转化为石头2 把它转化为石头 几个问题几个问题 矿化速度慢 矿化速度慢 玄武岩产生化学反应形成碳酸钙的速度 在实验室条件 下 矿化在四至六周内开始 并在六个月内产生全面的化学反应 泄漏 泄漏 经过压缩的二氧化碳注入已经充满水的地质层 为了使其产生矿 化 气体必须先溶入水中 这段时间的泄漏问题 技术问题 技术问题 能否事先把二氧化碳做成饱和溶液然后再注入地下 安全问题 安全问题 成本问题 成本问题 IV COIV CO2 2处理技

7、术 2 地下储藏处理技术 2 地下储藏 部分标志性工作部分标志性工作 1 美国美国能源部开启了其具有里程碑式的大型碳封存实验项目 项目花费将高达8400 万美金 预计到2012年 将往地下6500英尺深处封存100万吨二氧化碳 用以测 试地质封存的安全性和经济性 如果实验获得成功 未来美国几个州的碳封存能 力就高达1000亿吨 2 我国 武汉 我国 武汉 早在2003年和2006年相继展开了深部煤层封存和油气田封存的研究 今年元月 以李小春为首的研究团队参与了对二氧化碳进行含水层封存的技术研 究 该项目被列为国家863计划和中国科学院重要方向性研究计划 3 2008年日本日本将首次展开大规模地

8、下封存二氧化碳的实验 将火力发电厂排放的二 氧化碳封存于海底的废弃天然瓦斯田内 日本地球环境产业技术研究机构指出 日本若能充分利用地下和海底 理论上最多可封存约1500亿吨二氧化碳 相当于 日本一百年以上的排放量 4 Recopol计划 欧洲欧洲 将二氧化碳气体存入波兰煤矿井项目 该计划有8个国 家的科技人员和企业参加 欧盟投资170万欧元 希望它成为欧洲存储二氧化碳 气体的样板项目 V COV CO2 2基本应用基本应用 1 石油采矿业 石油采矿业 向油井下注射一吨CO2液体 可增产原油3 5吨 2 机器铸造业机器铸造业 CO2是添加剂 3 金属治炼业 金属治炼业 特别是优质钢 不锈钢 有色

9、金属 CO2是质量稳定剂 4 陶瓷塘瓷业 陶瓷塘瓷业 CO2是固定剂 5 生物制药生物制药 6 饮料啤酒业 饮料啤酒业 CO2是消食开胃的添加剂 7 做酵母母粉做酵母母粉 CO2是促效剂 8 消防事业消防事业 CO2是灭火剂 9 制造干冰制造干冰 10 农业农业 大棚蔬菜为什么要施用CO2增长剂 11 有机合成有机合成 聚碳 遗憾 这些应用不到遗憾 这些应用不到CO2总排放量的总排放量的1 VI COVI CO2 2制造和加工 1 制造和加工 1 1 CO2来源来源 1 专门制造 专门制造 小用量的 2 工业废气工业废气 a 煤化工 煤化工 b 食品工业食品工业 有机物 包括动植物 在分解 发

10、酵 腐烂 变质的过程 c 矿物加工矿物加工 石灰 冶炼 3 地下开采 地下开采 CO2气田 我国有很多CO2大气田 有人计划开采 有人正在开 采 特别提醒 作为社会责任 不应规模制造和开采特别提醒 作为社会责任 不应规模制造和开采CO2 而是应当利用现有 而是应当利用现有CO2 2 分离方案分离方案 1 溶液吸收解析溶液吸收解析 特点 处理量大 工艺相对简单 技术成熟 目前大量使 用 2 固体吸附解吸固体吸附解吸 特点 处理量较大 工艺相对简单 技术成熟 目前较多使 用 比如典型的变压吸附变压吸附 3 膜技术膜技术 新兴技术 实际上已一种 过滤过滤 技术 4 蒸馏技术蒸馏技术 传统技术 特点

11、处理量大 纯度纯度高 技术成熟 VI COVI CO2 2制造和加工 2 制造和加工 2 1 加工方式加工方式 1 CO2物理加工物理加工 a 溶剂吸收 b 干冰 c 蒸馏 2 CO2化学加工化学加工 1 有机合成 2 无机盐 2 加工深度加工深度 1 粗加工粗加工 a 溶剂吸收 b 干冰 2 深度加工深度加工 1 蒸馏 尽管蒸馏理论上可以用于粗加工 但是不建议使用 2 CO2化学加工 COCO2 2制造的无机盐产品制造的无机盐产品 VI COVI CO2 2制造和加工 3 溶液吸收解吸制造和加工 3 溶液吸收解吸 1 产品用途产品用途 这些产品主要应用于干冰 蔬菜大棚等 深度加工的基础原料深

12、度加工的基础原料 2 基本原理基本原理 1 碱法碱法 碳酸氢钠 碳酸钾等碱性溶液加压吸收 减压解析 2 氨法氨法 MDEA溶液 N 甲基二乙醇胺 加压吸收 减压升温解析 常用 于天然气 合成气脱碳 3 大致工艺流程大致工艺流程 含有CO2废气 除焦 脱硫 吸收 解析 99 5 产品 4 设备 设备 吸收塔 尺寸 3000 mm 37000 mm 22 mm 材质 16MnR 压力 2 0 Mpa 设计温度 180 37米高的CO2吸收塔 VI COVI CO2 2制造和加工 4 干冰制造和加工 4 干冰 1 产品用途产品用途 人工降雨等 2 基本原理基本原理 在常温 6 0798 MPa压力下

13、 把二氧化碳冷凝成无色的液体 再在低 压下迅速蒸发 便凝结成一块块压紧的冰雪状固体物质 温度 78 5 3 大致工艺流程大致工艺流程 99 5 CO2 脱水 含水量 60ppm 绝热膨胀 4 设备 设备 干冰机 典型的干冰机技术参数典型的干冰机技术参数 原料液体二氧化碳 低温贮罐盛装 含水量小于60ppm 干冰产量 200 Kg h 干冰厚度为25时 260Kg h 干冰厚度为50时 干冰密度 1 45g cm3 干冰尺寸长 宽 厚125 105 20 50mm 干冰得率 40 每1000kg液体二氧化碳可生产不少于400kg干冰块 电机功率 11 kw 运行方式液压式 液压油容量50L 外形

14、尺寸1400 1200 1670 mm 整机重量800 kg VI COVI CO2 2制造和加工 5 蒸馏制造和加工 5 蒸馏 1 产品用途产品用途 食品 特殊保护气体 2 食品级别产品标准食品级别产品标准 国家标准 GB10621 2006 国际饮料协会标准 ISBT 可口可乐及百事可乐企业标准 长达4年的审批过程 食品添加剂液体二氧化碳国家标准GB10621 2006 于2006年3月1日正式颁布 12月1日起实施 但是我仍然说 这个标准仍然十分地不完整 因为从工业废气中提纯的 CO2 杂质千变万化 有些是致命的 3 基本原理基本原理 1 加压低温蒸馏 4 大致工艺流程大致工艺流程 99

15、 5 的CO2粗品 压缩 吸附 脱水 吸附 脱乙烯 氨冷 液化 蒸馏 过冷 装瓶 5 设备 设备 蒸馏塔 6 工业实践工业实践 食品级CO2国家标准 GB10621 2006 项目指标 二氧化碳含量体积分数 10 2 99 9 水分体积分数 10 6 20 酸度按5 4检验合格 一氧化氮体积分数 10 6 2 5 52 5 61 70 1 850 其中非甲烷烃不超过20 90 02 1010 1110 120 2 131 140 3 155 16 按5 10检验合格 1710 1830 1910 202 5 210 3 220 5 序号 1 2 3 4 二氧化氮体积分数 10 6 二氧化硫体积

16、分数 10 6 总硫体积分数 除二氧化硫外 以硫 计 10 6 碳氢化合物总量体积分数 以甲烷计 10 6 苯体积分数 10 6 甲醇体积分数 10 6 乙醇体积分数 10 6 乙醛体积分数 10 6 其它含氧有机物体积分数 10 6 氯乙烯体积分数 10 6 油脂质量分数 qbw1 10 6 氨体积分数 10 6 磷化氢体积分数 10 6 氰化氢体积分数 10 6 水溶液气味 味道及外观 蒸发残渣质量分数 10 6 氧气体积分数 10 6 一氧化碳体积分数 10 6 工业实践 1 天津联合化学有限公司天津联合化学有限公司 TUCC 30 000吨 食品级吨 食品级CO2 1999 原料气 原料气 来自乙烯氧化法乙烯氧化法制环氧乙烷环氧乙烷 乙二醇乙二醇的脱碳塔 组成 脱碳塔 组成 mol CO2 93 2 CH4 0 201 C2H4 0 0342 O2 0 165 N2 0 558 H2O 5 842 其他痕量杂质 压力 压力 0 11 Mpa 温度 温度 40 C 工业实践 2 难点 难点 首次工业化 没有先例 工业废气杂质复杂 微量乙烯有毒 必须除去 达到ppm级别 可口可乐对