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1、 重庆科技学院学生毕业设计（论文）外 文 译 文学 院 化学化工学院 专业班级 化学工程与工艺 级 学生姓名 学 号 译 文 要 求1. 外文翻译必须使用签字笔，手工工整书写，或用A4纸打印。2. 所选的原文不少于10000印刷字符，其内容必须与课题或专业方向紧密相关，由指导教师提供，并注明详细出处。3. 外文翻译书文本后附原文（或复印件）。译文原文出处： Thambimuthu K., Davison J. and Gupta M., “IPCC workshop on carbon dioxide capture and storage”, IPCC, 2002.CO2捕获技术的类型化学溶
2、剂吸收当前，从烟道气中脱除CO2最受欢迎的方法是化学溶剂法。从低压烟道气中脱除CO2最常见的溶剂是单乙醇胺（MEA）。脱除烟道气中的CO2首先要做的是使烟道气冷却并尽可能地脱除其中的微粒和杂质，接着将其通入吸收塔中与化学溶剂接触，通过和溶剂的化学反应生成一种松散化合物来吸收绝大多数的CO2。从吸收塔底部引来的CO2富液进入另一个容器（汽提塔），在气提塔里通过蒸汽的加热使CO2的吸收反应逆向进行。汽提塔内释放出的CO2为了运输和储存而被压缩，CO2贫液循环回到吸收塔中。CO2的回收率能达到98%，但是对于发电站来说CO2的捕集率一般设计在90%左右，产品的纯度能达到99%以上（威尔逊，1992年
3、）。在化工和石油行业中，用于脱除气体中的H2S和CO2的胺净化工艺建立已经60多年了，主要应用于天然气和化学还原性（主要是氧气不足）气体。但是现今有用胺类来捕获烟道气中CO2的一些设施，例如美国的Warrior Run煤电厂（如图3），能够捕集CO2 150t/d。主要关切的问题是MEA和其他胺类溶剂在有O2和其它杂质存在时的腐蚀、与SO2和NO2反应时的高溶解度、高降解速率以及大量的再生能耗。这些因素通常造成设备的大型化、大量的溶剂消耗和能量损失。新的或具有较高CO2吸收能力的改良溶剂，有更快的CO2吸收速率，高的抗降解性、低腐蚀性和能源再生利用都是使设备的尺寸、投资和运营成本减少所必需的。
4、图3 CO2 capture plant at Warrior Run power station (courtesy AES)物理溶剂吸收CO2的分离条件在燃烧前捕集过程和燃烧后捕集过程中有所不同。在原料气进入一个煤基IGCC的CO2捕集装置过程中，燃气涡轮是位于上游的，CO2的浓度大约是35-40，总压力至少为20bar。因此，CO2的分压比燃烧后捕获过程至少高50倍。在燃烧前捕获最好能使用不同类型的溶剂，因为通常认为物理溶剂和CO2结合地不强烈。这种溶剂的优点主要是在汽提塔内只需降低压力就能使CO2从中分离，结果大大降低了能源消耗。可用于捕获的CO2的主要物理溶剂是冷甲醇（低温甲醇洗工艺
5、过程），聚乙二醇二乙醚（Selexol过程），碳酸丙烯酯（Fluor进程）和环丁砜。CO2的物理溶剂吸收法是得到确认的，例如在合成氨生产厂。该技术发展所需要的物理溶剂在原理上与化学溶剂类似，尤其是需要更高效率的气液接触器和溶剂再生时的低能耗的。吸附法一些有高比表面积的固体材料，如沸石和活性炭，可通过吸附作用从混合气体中分离CO2。该工艺是以吸附与脱附为基本步骤的反复循环过程。在吸附过程中，气体进入固体颗粒床层后，CO2被吸附但其他气体允许通过，当这个床层吸收CO2达到饱和时，原料气切换到另一个干净的床层，饱和的床层再生脱除CO2。在变压吸附法（PSA）中，通过减小压力来使吸附剂再生；在变温吸附
6、法（TSA）中，通过升高温度来使吸附剂再生；在电力变化吸附法（ESA）中，在吸附剂中通过一个低压电流来实现再生。PSA和TSA在商业上用于气体分离，并在一定范围内用于制氢和从天然气中脱除CO2。ESA还没有商业化，但是据称它为我们提供了比其他工艺都要低能耗的前景。因为可利用的吸附剂的吸附能力和对CO2的选择能力低，吸附法对大规模从烟道气中分离CO2还不具备吸引力。但是，它可能会与其他的捕集技术相结合而取得成功。吸附剂要能在较高温度的蒸汽下操作，提高吸附能力和提高选择性是必要的。膜分离法气体分离膜依靠气体和膜材料在物理和化学的相互作用不同，使一种组分通过膜的速率比其它的组分快。各种类型的膜在当前
7、都是可用的，包括能渗透的无机膜、钯膜、聚合物膜和沸石类。膜通常不能达到很高程度的分离，所以采用多级分离或者使一股气流循环是必要的。这样就导致了工艺复杂性、能耗和花费的增加。分离高纯度的CO2可能需要几种具有不同特性的膜。膜能够用于各种各样有能量产生的过程中分离CO2，例如来自IGCC的烟道气或在气体涡轮机的燃烧过程中。固体分离膜是微小的能渗透的固体，它被用来作为气体和液体之间的接触装置。CO2扩散通过膜后，被吸收液吸收（如能够选择性吸收确定组分的胺）。这与气体分离膜形成对照，吸收液提供了过程中的选择性而不是膜。在膜技术能够被用于发电厂CO2的大量捕集之前还需要很大程度上的发展。冷冻法通过冷却和
8、压缩，CO2能够从其他气体中分离。冷冻分离法在商业上广泛应用于高浓度CO2（有代表性地90%）的提纯，还不能正常地用于较低浓度的CO2气流，虽然最近有人声称能够从大气压力下的烟道气中捕获CO2（把它冻结成固态），与其他技术相似也伴随有能量的损失。CO2的冷冻分离最主要的缺点是需要为所必需的冷却过程提供大量的能量，特别是对低浓度气流。另一个缺点是有些组分（如水）在冷冻之前必须脱除，以避免在换热器中堵塞和冻结。冷冻分离的优点是它能直接生产液态二氧化碳，这些液态二氧化碳需要确定运输方式，如通过船舶运输。对冷冻法最有前途的应用被期望是从高压气体中分离二氧化碳，如在燃烧前捕获过程或富氧燃烧，它们输入的气
9、体中含有高浓度的二氧化碳。其他技术对二氧化碳捕获的需求可能会引起人们对一些完全不同的发电技术的注意。有这样一种技术，化学循环燃烧，燃料和助燃空气之间避免直接接触。在一种两阶段过程中，通过使用一种金属氧化物来把氧气转移到燃料（Copeland，2001年）。在还原反应器中，燃料通过与一种金属氧化物反应而被氧化，这种氧化物转换成为较低的氧化态。它然后被送到第二个反应器（氧化反应器）中，与空气中氧气反应而重新被氧化。金属氧化物材料的发展是化学循环燃烧的主要发展问题，这种材料要能够承受长期的化学循环和燃料燃烧生成的杂质所带来的物理和化学降解。二氧化碳捕获的效率和成本新的燃煤和天然气发电厂在有二氧化碳捕
10、集装置和没有捕集装置下效率和成本的关系见表3和表4 (IEA GHG, 2000b, EPRI, 2000, Muramatsu, 2002) 。这些参考研究是基于当前发展状况下的二氧化碳捕获情况，将来预计会有显著的改善，这一点将在后面介绍。表3a Performance of pulverized coal-fired power stationsData sourceCapture solventSteam conditionsWithout captureEfficiency，LHVWith captureCapture penaltyIEA GHGEPRI/DOEMuramatsuMu
11、ramatsuMEAMEAMEAKS-1310bar,593CDouble reheat345bar, 649CDouble reheat250bar, 600CSingle reheat250bar, 600CSingle reheat45.644.842.542.533.032.532.234.812.612.310.37.7表3b Performance of coal-fired IGCC power stationsData sourceGasifierGas turbineWithout captureEfficiency，LHVWith captureCapture penalt
12、yIEA GHGEPRI/DOEShell (dry-feed)E-Gas (slurry)9FA7H46.345.238.238.88.16.4表3c Performance of gas-fired combined cycle power stationsData sourceCapture systemGas turbineWithout captureEfficiency，LHVWith captureCapture penaltyIEA GHGIEA GHGEPRI/DOEPre-combustionPost-combustionPost-combustion9FA9FA9FA56
13、.256.255.648.347.243.57.99.012.1表4 Capital costs of power stations with and without CO2 captureData sourceFuelPlant typeCapital cost,$/kWeWithout capture With capture Capture penaltyIEA GHG EPRI/DOEIEA GHGEPRI/DOE IEA GHGEPRI/DOEIEA GHGCoalCoalCoalCoalGasGas GasPulverised coal ,MEA capturePulverised
14、 coal, MEA captureIGCC, ShellIGCC, E-GasCombined cycle, MEA captureCombined cycle, MEA captureCombined cycle,pre-combustion102011601470126041051041018601940220016407901010910830780730380380500500在这些研究中，考虑到不同的工厂设计基础，二氧化碳捕获中的能耗和投资费用大体一致。国际能源机构（IEA GHG）研究表明，天然气联合循环电厂在燃烧前捕获和燃烧后捕获过程中，捕获温室气体的能耗和花费大致相同。国际能源机构（IEA GHG）和电科院/美国能源部 （EPRI/DOE）研究都表明，在燃煤IGCC电厂燃烧前捕获的能耗明显低于煤粉电厂燃烧后用MEA溶液捕获的能耗。Muramatsu的研究显示了一种新型燃烧后捕获溶剂的效率收益。这种溶剂在商业上被用于回收烟道气中的CO2，是在一个改良的合成氨工段(Mimura，2000年)。在IGCC电厂，CO2捕获成本在很大程度上取决于气化炉的类型。进料是水煤浆包含有淬火产品水气的气化炉，被期待在CO2捕获上表现出比进料是干煤粉包含有高温热回收锅炉的气化炉的能耗和花费要少
