二氧化碳捕集

《二氧化碳捕集》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二氧化碳捕集（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、二氧化碳捕集、封存技术研究及推广分（节能减排大赛社会实践调研类国家三等奖）设计者.段智彪陈喜峰魏龙玮崔志俊马建宝杨指导教师：胡刚刚摘要：本文以温室效应及二氧化碳过量排放的危害为出发点，以华能北京热电厂的二氧化碳捕 集示范工程为研究对象，重点分析和研究了现有的二氧化碳捕集及封存技术，并且结合我国 现状进行相关的技术经济分析，对我国二氧化碳减排技术创新及推广提供有益的借鉴和指导 作用。论文从分析二氧化碳排放入手，结合二氧化碳捕集及封存技术的研究探讨，然后以华能 北京热电厂的二氧化碳捕集示范工程为例研讨我国现有的二氧化碳捕集及封存技术，论文最 后综述二氧化碳捕集及封存的技术推广及技术创新。关键词温室

2、效应全球变暖二氧化碳捕集与封存技术分析引言环境是人类赖以生存的基础，环境问题、环境保护已成为全人类共识，是继和平与发展 之后的又一大社会主题。人类的环保意识越来越深刻、越来越多的人们都加入到环保的行列 中来了。在诸多环境问题中，全球气候变暖日益已成为国际热点问题。工业革命以来，随着人类社会经济的发展，科学技术的进步，人类利用化石燃料的增加， 全球气温逐年升高。近100多年来，全球平均气温经历了冷一暖一冷一暖两次波动，总体上 看为上升趋势。进入八十年代后，全球气温明显上升。19811990年全球平均气温比100 年前上升了 0.48C。导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料

3、 （如煤、石油等），排放出大量的CO2等多种温室气体。由于这些温室气体对来自太阳辐射 的短波具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的 “温室效应”，导致全球气候变暖。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配，冰川和冻 土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。近二十年来，全球变暖、温室效应已备受世人瞩目。温室效应如何产生、二氧化碳的温 室效应机理也已在科学界达成共识。如何减少二氧化碳排放，抑制大气中二氧化碳浓度快速增加，是人类面临的共同难题。如今二氧化碳捕集与封存技术已成为国际上热门的话题，二 氧化碳捕集及封存技术不仅具有潜

4、在的巨大商业价值，更具有无法衡量的社会、环境效益。我国“十一五”规划纲要提出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右、 主要污染物排放总量减少10%。这是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大 举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方 式的必由之路；是维护中华民族长远利益的必然要求。温室气体二氧化碳的减排是落实科学发展观，建设环境友好型社会的必然举措。本篇论 文从分析二氧化碳排放入手，结合二氧化碳捕集及封存技术的研究探讨，然后以华能北京热 电厂的二氧化碳捕集示范工程为例研讨我国现有的二氧化碳捕集及封存技术，论文最后综述 二氧化碳捕集及封

5、存的技术推广及技术创新。本篇调研报告分为四大部分：一、温室效应的危害和二氧化碳排放量分析及未来预测；二、世界现有二氧化碳捕集及封存技术；三、当今我国二氧化碳捕集及封存的发展现状；四、二氧化碳捕集及封存的技术创新及技术推广。一、温室效应的危害和二氧化碳排放量分析及未来预测1.1温室效应危害温室效应导致的全球变暖在几十年后会使海平面上升，包括纽约、上海和孟买在内的国 际大都市都将不复存在了，世界上大约10%的人口（6亿）处于被淹没的危险地带，将有近 三分之二的可耕种的土地被海水淹没。海平面上升对沿海地区社会经济、自然环境及生态系 统等有着重大影响。海平面上升将会使沿海地区洪涝灾害增多、陆地水源盐化

6、。一些地区饱 受洪涝灾害的同时，另一些地区将在干旱中煎熬，同时遭遇农作物减产和水质下降等困境。另外温室效应导致的气温升高，对自然生物产生了巨大的影响。科学家的研究表明，气 温上升扰乱了很多动物的生物钟，会造成大量物种的灭绝。1.2温室气体二氧化碳的排放量分析及未来预测人类社会自进入工业社会以来，对化石燃料的利用普遍开来。下图是人类社会二氧化碳 的排放预测统计曲线。工业革命以来，化 石燃料的大量燃 烧，排放急剧增加从图中可以看出，二氧化碳排放量在十八世纪工业革命以来急剧增加，主要原因是化石 燃料的大量燃烧。工业革命之前，人类依靠农牧生活，化石燃料的使用几乎没有，二氧化碳 的排放量较少，靠生态系统

7、的自净能力就能将其吸收；工业革命是人类社会的巨大飞跃，其 中对能源的开发利用是工业革命最主要的一项飞跃，化石燃料给人类带来了巨大的社会财富， 但伴随着大量温室气体二氧化碳的排放。有关科学研究表明，在过去的40万年里，大气中 的二氧化碳浓度始终在180280ppm （1ppm=1mg/kg=1mg/L=1X 10-6）之间波动。然而在工 业革命以来，当人类开始大规模地使用矿物燃料之后，大气中的二氧化碳便开始以值得警惕 的速度增长了一在不到100年的时间里其浓度就从280ppm增长到了目前的将近380ppm。随着人类对二氧化碳的关注，世界各国在防止温室效应，减少二氧化碳排放上达成共识， 并且签订了

8、京都议定书（除美国外）。虽然国际上对二氧化碳排放上达成了共识，二氧化 碳的排放得到了约束，并且随着现代科学技术的进步，单位GDP二氧化碳的排放量已经大幅 降低。但是不可忽视的是，人口的膨胀以及大部分发展中国家的经济发展会使得二氧化碳的 排放在二十一世界仍会以较高的增速增长。下面是2007年12月环境能源网根据碳监测行动（CARMA）网站提供的数据，对全球各 国的CO2排放量进行了比较总结，详见下表：位次国家CO2年排放总量（亿吨）第1名美国28第2名中国27第3名俄罗斯6. 61第4名印度5.83第5名日本4第6名德国3.56第7名澳大利亚2.26第8名南非2.22第9名英国2.12第10名韩

9、国1.85各国二氧化碳年排放总量CO年年排放总量（亿吨）从上表图中可以看出：第一，世界CO2的年排放总量是相当大的；第二，CO2排放大国 主要集中在多数发达国家和少数人口众多的发展中国家；第三，美国仍是全球排放量最多的 国家，比除中国外的其他八个国家的排放总量还要多。下面我们粗略地算一笔账：中国人均年排放量：2713 = 2.076 （吨）美国人均年排放量：283.06 = 9.15 （吨）澳大利亚人均年排放量：2.260.2 = 11 （吨）现在全球基本还是一个以化石燃料为主的能源结构，至2030年，化石燃料将仍是主要 能源，因此随着全球经济的发展和世界人口的增长，随着能源消耗量的增加，CO

10、2的排放量 还会继续大幅度增加。现假如未来全球的人口不增加，按60亿算，人均年排放量按美国现在的人均年排放9 吨计算，未来全球每年排放的二氧化碳总量为540亿吨，这是一个相当庞大的数字。我们的 环境形势已经相当严峻了，到了刻不容缓的地步了，全世界的国家以及人民都到了积极行动 的时候了。二、世界现有二氧化碳捕集及封存技术2.1二氧化碳捕集技术大量的CO2进入大气环境，不仅流失了宝贵的碳资源，同时还加剧了温室效应。从资源 综合利用的角度来考虑，分离回收使二氧化碳变废为宝具有深远意义。在矿物燃料燃烧时回 收并安全贮存CO2，是迅速、大量削减其排放量的一种手段。国内外目前的方法有精馏法、 吸附法、吸收

11、法、膜分离法等，各种方法的优缺点见下表。捕集方法原理优点缺点精馏法利用吸附剂吸附杂 质，精馏出轻组分，可得 到高纯液态产品。较常用 的是低温精馏法，一般在 1.5-2.5MPa、020 。下操 作，可选择性的吸附气体 中的醇、醛、高级烃，回 收的CO2纯度可以达到 食品级原理简单，适于CO2体积分数较高 的情况设备庞大，能 耗高，分离效果差， 成本较高物理吸附法利用吸附剂对混合气 中的CO2的选择性可逆 吸附作用来分离回收 C02，分为变温吸附法 (TSA)和变压吸附法 (PSA)，常用的吸附剂有分 子筛、活性氧化铝、硅胶、 天然沸石和活性碳等。其 中，变压吸附法在工业上 应用较多十法体系，无

12、腐 蚀问题。工艺过程简 单，能耗低，技术先 进，易实现自动化经 济合理吸附容量有 限，吸附解吸频繁， CO2的回收率低， 一般只有50%60%催化燃烧法通过将气体中的可燃 烃类以及有机可燃物质燃 烧，生成C02，再进一步 分离水、过量的氧气以及 少量惰性气体后将CO2 提纯至99.99%以上.适于 气体中CO2含量高且气 体中含有乙烷、丙烷、丁 烷等不易于利用分子量差 别分离的物质的情况工艺简单、操作稳 定、提纯成本低、产 品纯度高，适用于其 他提纯方法之后的 精提纯不适于烟道气中CO2的回收膜分离法各个组分以不同的渗 透速率，在压力作忻， 穿过膜组件，从而实现分 离装置简单，操作 简单，投资

13、少，能耗 低常常需要前级 处理、脱水和过滤， 难以得到高纯度 C02物理吸收法利用在各组分在溶剂 中的溶解度随着压力、温 度变化的原理 来进行分 离。常用丙烯酸酌、甲基 毗咯烷酮、甲醉、二甲醚、 乙醉、聚乙二醉以及唾吩 烷等高沸点溶剂.可对烟 气进行多级压缩和冷却使 CO2液化实现分离吸收能力大，吸 收剂用量少、再生不 需要加热，能耗低， 溶剂不起泡、无腐蚀选择性差，分 离效率不高，吸收 剂会因硫化物劣化 而减少再生次数。 运行成本高.工业很 少应用化学吸收法CO2与溶剂发生化学 反应被吸收，贫液成为富 液，富液进入解吸塔加热 分解出CO2从而达到分 离回收C02的目的吸收效果好，分 离回收纯

14、度高，还可 以有效脱除烟气中 的H2S，应用广泛易出现起泡、 夹带现象，能耗、 投资大上表所例举的捕集方法都是目前国内外已经成熟的CO2捕集技术，除此之外，目前世界 科研领域对CO2的捕集还有许多新的方法和试验。比如说风力净化器、“喷雾塔”技术、巧 用阳光除碳、微型温室和向海洋倾倒铁粉等。2.1.1风力净化器风力净化器技术是美国哥伦比亚大学克劳斯.拉克纳提出来的，在2008年，他跟他的同 事用塑料制成了一个从空气中捕获CO2的空气滤清器。工作原理：风力净化器相当于一个巨大的过滤器，当它在空气中摇摆时就能捕获二氧化 碳分子。所用原料为氢氧化钠、氢氧化钙等可以与二氧化碳反应的化合物，这些原料在多孔

15、 的过滤器中循环，吸收以后，再将二氧化碳从生成的化合物中分离出来，留待处理，而与二 氧化碳反应的化学物质则重新进入过滤器进行循环。反应方程式：NaOH+CO2=NaHCO3 （CO2少量）2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O （CO2 足量）吸收二氧化碳后生成的NaHCO3、Na2CO3以及CaCO3、CaHCO3通过高温加热，生成高纯 度的二氧化碳，再经过加压液化将其收集。而加热后剩余的物质又被还原成循环原料NaOH、 Ca（OH）2进行下一步的循环利用。技术优点：1、可以在任何地方捕集二氧化碳，不论规模大小，包括汽车、飞机和供暖系统；2、该技术所用原料市场价格比较便宜，而且可以重复利用，这样成本大大降低。技术缺点：1、分离二氧化碳的过程需要消耗大量的能量，得不偿失，没有经济利益的推动；2、要捕获大量二氧化碳需要的设备场地比较大，可行性较差。投入产出比：以Ca(OH)2为例，Ca(OH)2的市场价格大约是460元/吨，CO2的市场价格 大约为1000元/吨，NaOH的市场价格大约是3650元/吨。所以比较而言，用Ca(OH)2实惠 很多，运行成本低。Ca(OH)2 + CO2=CaCO3 I+H2O；CaCO3 + 2CO2+H2O=Ca(HCO