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1、精品新乡学新乡学院院毕业论文毕业论文 论文题目:二氧化碳的捕集、封存与综合利用学位申请人姓名院（系）名称化学与化工学院专业名称化学年级班级指导教师姓名指导教师职称副教授精品目目 录录内容摘要1 关 键 词1 Abstract1 Key words 1前言2 1.CO2捕集系统.2 1.1 燃烧后脱碳3 1.2 燃烧前脱碳3 1.3 富氧燃烧3 1.4 化学链燃烧4 1.5 CO2分离技术.4 2.二氧化碳的封存.5 2.1 地质封存6 2.2 海洋封存7 2.3 矿石碳化7 3.二氧化碳的综合利用.8 3.1 CO2在化工合成上的应用.8 3.2 CO2在农业上的应用.10 3.3 CO2在一
2、般工业上的应用.10 4.存在问题.11 5.展望.12 参考文献13 致 谢14精品内容摘要内容摘要：本文的主要内容是二氧化碳捕集、封存与综合利用技术。首先通过对气候变化的相关背景进行综述，引出对二氧化碳排放问题的重视，接下来对现有主要的二氧化碳捕集、封存与综合利用技术进行全面介绍，最后对发展二氧化碳减排技术的前景和潜力进行展望。关关 键键 词词：二氧化碳 捕集 封存 综合利用Abstract：This article mainly talks about the technology of capture, store and comprehensive utilization for c
3、arbon dioxide. Firstly, some relative background about climate changing will be summarized, which can draw peoples attention to the carbon emmision question. Then there will be a comprehensive introduction concerning the technology of capiture, store and comprehensive utilization for carbon dioxide.
4、 Finally, it is very necessary to take a long-term outlook for the prospect and potential of the technology of carbon emission reduction.Key words: carbon dioxide capture store comprehensive utilization精品前言前言近年来，温室效应加剧问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点，如何从源头减少二氧化碳排放和降低大气中二氧化碳的含
5、量成为挑战人类智慧的难题。中国作为一个发展中国家，主要以煤炭的消费为主，主要的 CO2排放源为燃煤的发电厂。从总量上看，目前我国的二氧化碳排放量已位居世界第二，预计到 2025 年，我国的 CO2总排放量很可能超过美国，位居世界第一。因此，我国急需对所排放的二氧化碳进行捕获研究，以缓解我国的空气污染压力。目前 CO2的应用领域得到了广泛开拓，除了众所周知的碳酸饮料、消防灭火外，工业、农业、国防、医疗等部门都在使用 CO2。科学研究己经证明，CO2具有较高的民用和工业价值:以 CO2为原料可合成基本化工原料；以 CO2为溶剂进行超临界萃取；还可应用于食物工程、激光技术、核工业等尖端高科技领域；近
6、年来开发出的新用途如棚菜气肥、保鲜、生产可降解塑料等也展现出良好发展前景。11.CO2捕集系统捕集系统图 1 碳捕集技术示意图CO2捕获技术发展的方向是降低技术的投资费用和运行能耗。依据捕获系统的技术基础和适用性，通常将火电厂 CO2的捕集系统分为以下 4 种：燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、富氧燃烧技术以及化学链燃烧技术。精品1.1 燃烧后脱碳燃烧后脱碳燃烧后脱碳是指采用适当的方法在燃烧设备后，如电厂的锅炉或者燃气轮机，从排放的烟气中脱除 CO2的过程。在燃烧后捕集技术中，由于烟气中 CO2分压通常小于 0. 15 个大气压，因此需要与 CO2结合力较强的化学吸收剂分离捕集 CO2，用于 CO2捕集
7、的化学吸收剂主要是能与 CO2反应生成水溶性复合物的有机醇胺类。目前在 CO2捕集方面研究和采用较多是醇胺法(MEA 法)。2燃烧后捕集技术是一种成熟的技术，这种技术的主要优点是适用范围广，系统原理简单，对现有电站继承性好。但捕集系统因烟气体积流量大、CO2的分压小，脱碳过程的能耗较大，设备的投资和运行成本较高，而造成 CO2的捕集成本较高。1.2 燃烧前脱碳燃烧前脱碳燃烧前脱碳就是在碳基原料燃烧前，采用合适的方法将化学能从碳中转移出来，然后将碳与携带能量的其他物质分离，从而达到脱碳的目的。燃烧前分离捕集 CO2实质上是 H2和 CO2的分离，由于合成气的压力一般在 2. 7MPa 以上(取决
8、于气化工艺)，CO2的分压远高于化石燃料在空气燃烧后烟气中的 CO2分压。典型的燃烧前CO2捕集流程分三步实施:(1)合成气的制取：将煤炭、石油焦、天然气等燃料与水蒸气、氧气进行不完全的燃烧反应，生成 CO 和 H2的合成气。(2)水煤气变换：将合成气的 CO 进一步与水蒸气发生 CO 变换反应，生成 CO2和 H2。 (3)H2/CO2分离：将不含能量的 CO2同能量载体 H2分离，为后续的氢能量利用和 CO2封存等作准备。3燃烧前捕集技术的成本比燃烧后捕集技术的成本低，具有较大的发展潜力。1.3 富氧燃烧富氧燃烧该技术是利用空分系统获得富氧或纯氧，然后将燃料与氧气一同输送到专门的纯氧燃烧炉
9、进行燃烧，生成烟气的主要成分是 CO2和水蒸气。一般需要对燃烧后的烟气进行重新回注燃烧炉，这一方面降低燃烧温度；另一方而也进一步提高了 CO2的体积分数。由于烟气中 CO2的体积分数高，可显著降低 CO2捕获的能耗，但必须精品采用专门的纯氧燃烧技术，需要专门材料的纯氧燃烧设备以及空分系统，这将大幅度提高系统的投资成本，目前大型的纯氧燃烧技术仍处于研究阶段。1.4 化学链燃烧化学链燃烧化学链燃烧技术的能量释放机理是通过燃料与空气不直接接触的无火焰化学反应，打破了自古以来的火焰燃烧概念。这种新的能量释放方法是新一代的能源环境动力系统，它开拓了根除燃料型、热力型 NOx产生与回收 CO2的新途径。化
10、学链燃烧技术是与空气不直接接触的情况下，燃料与金属氧化物反应，CO2产生在专门的反应器中，从而避免了空气对 CO2的稀释。金属氧化物与燃料进行隔绝空气的反应，产生热能、金属单质以及 CO2和水，金属单质再输送到空气反应器中与氧气进行反应，再生为金属氧化物。反应生成的 CO2和水处于反应器中，所以CO2的捕获非常容易。4该法的经济性要依靠大量可以无数次循环再生的有活性的载氧体，控制载氧体的磨损和惰性是该技术的关键。由于其经济性好，作为烟气中捕集分离 CO2的方法前景看好。1.5 CO2分离技术分离技术无论采取何种捕集系统，其关键技术都是 CO2的分离，即将 CO2同其它物质相分离，以便于后续的工
11、艺处理。根据分离的原理、动力和载体，CO2分离技术主要有吸收法、吸附法、膜分离法和深冷法等。1.5.1 吸收法吸收法（1）化学吸收法化学吸附法是利用 CO2和吸附液之间的化学反应将 CO2从排气中分离回收的方法。典型的化学吸收剂有一乙醇氨（MEA）、二乙醇氨（DEA）和甲基二乙醇氨（MDEA）等。此法为湿式吸收法可与湿式脱硫装置联合使用。其反应式为：CO2+OH-HCO3-此反应为一可逆反应，温度对反应有很大的影响，反应一般在 38左右吸收CO2，吸收 CO2，反应向右进行，当温度在 100，反应向左进行，放出 CO2。5化学吸收法目前存在的主要问题是：由于在吸收塔内有起泡、夹带等现象，使烟气
12、净化系统复杂，能量消耗和投资都很大；由于烟气中含有少量的O2、CO、SO2等气体，在再生塔的高温条件下，一方面会与吸收液反应，使吸收液精品浓度下降，吸收效率降低，另一方面会腐蚀再生塔，影响设备寿命。处理高炉咽气时，由于反应的温度是在 100以下，就要对高温气体换热，处理的设备增多，加大了投资。（2）物理吸收法物理吸收法主要是利用水、甲醇、碳酸丙稀脂等作为吸收剂，利用 CO2在这些溶液中的溶解度随压力而改变的原理来吸 CO2气体。这种方法主要在低温高压下进行，吸收能力大，吸收利用量少，吸收剂再生不需要加热，溶剂不起泡，不腐蚀设备。但只能适用于 CO2气体分压较高的条件，CO2的去除率较低。1.5
13、.2 物理吸附物理吸附物理吸附法是利用天然存在的沸石等吸附剂 CO2气体具有选择吸附的性质，对CO2气体进行分离的方法。利用吸附量随压力变化而使某种气体分离回收的方法称为变压吸附法（PSA），变压吸附工艺(PSA 法)，工艺过程简单，能耗低，适应能力强，无腐蚀问题。但 CO2的回收率比较低，适用于 CO2浓度比较高的情况。利用吸附量随温度变化而分离回收某种气体的方法称为变温吸附法（TSA）二者结合在一起的为 PTSA 法。1.5.3 膜法分离膜法分离 利用高分子膜分离气体是基于混合气体中 CO2气体与其他组分透过膜材料的速度不同而实现 CO2气体与其他组分的分离。主要有气体分离膜技术和气体吸附
14、膜技术，这两种膜分离技术在火电厂分离回收 CO2过程中有较大的应用前景。此外，膜分离技术还可用于从天然气中分离 CO2，从沼气中去除 CO2。膜分离法具有装置简单、操作方便、能耗较低等优点。但是很难得到高纯度的 CO2。1.5.4 低温分离法低温分离法 低温分离法是通过低温冷凝分离 CO2的一种物理过程， 一般是将烟气多次压缩和冷却后，引起 CO2的相变，从而达到从烟气中分离 CO2的目的。62.二氧化碳的封存二氧化碳的封存日前降低大气中二氧化碳的方法包括对能源的合理和有效使用；用天然气代替煤做燃料；用风能、太阳能和核能代替化石能源；通过热带雨林、树木或农场等的陆地封存，海洋处置，矿物封存以及
15、地质封存等。其中，利用自然界光合作用等方式来吸收并贮存二氧化碳是最直接且副作用最小的方法。精品图 2 碳封存示意图2.1 地质封存地质封存地质封存是将二氧化碳加压灌注到合适的地层中，然后通过物理和化学俘获机理实现永久封存。 为把 CO2储存到地底下，作为地质结构条件必须具有储存层、密封层和密封结构。作为储存层，以多孔质、具有渗透性的岩石层为宜，这种岩石层相当于孔隙大的含水层。CO2在地底下的储存深度通常也称为地下深部盐水层，这是因为地层水的盐分高，故而称之为地下深部盐水层。作为密封层，有渗透率低的页岩和泥质岩等。作为密封结构，必须是储存层的上部具有密封层的结构，如岩穹结构等。因此，所谓的 CO
16、2在地底下的储存，就是把超临界状态下的 CO2压入地底下800m 深的含水层，利用防止气体和液体向储存层上部渗透的冠岩层，可将 CO2长期、稳定地密封在地底下。与地质封存关联的另一种处理方式是 CO2的再利用。即将 CO2注入正接近枯竭的油田以提高石油采收这种方案比较具有吸引力，因其能够从额外开采的石油中部分补偿 CO2的储存成本，但缺点是这类油田的地理分布不均，且开采潜力有限。如果二氧化碳从封存的地点泄漏到大气中，那么就可能引发显著的气候变化。7如果泄漏到地层深处，就可能给人类、生态系统和地下水造成灾害。此外，对地质封存二氧化碳效果进行测试的科学家发现，被注入地层深处的二氧化碳还会破坏储藏带的物质。 精品CO2在地底下的储存技术可应用于增加地底下储藏的天然气的开采量和石油增产回收等，因此它被认为是一种实用、有效的方法。 2.2 海洋封存海洋封存海洋处置是指通过管道或船舶将二氧化碳运输到海洋封存的地点，将二氧化碳注入海洋的水柱体或海底。目前 CO2的海洋封存主要有 2 种方案：一种是通过船或管道将 CO2输送到
