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1、脱碳脱碳第一节第一节 概述概述第二节第二节 燃煤电厂脱碳燃煤电厂脱碳第三节第三节 化学吸收法脱碳化学吸收法脱碳碳捕集与封存碳捕集与封存(CCS)技术技术 n n碳捕集与封存（碳捕集与封存（碳捕集与封存（碳捕集与封存（Carbon Capture and StorageCarbon Capture and Storage，简称简称简称简称CCSCCS）在全球各地受到了广泛重视。国际能）在全球各地受到了广泛重视。国际能）在全球各地受到了广泛重视。国际能）在全球各地受到了广泛重视。国际能源署研究表明，到源署研究表明，到源署研究表明，到源署研究表明，到20502050年将温室气体浓度限制在年将温室气体
2、浓度限制在年将温室气体浓度限制在年将温室气体浓度限制在450 450 ppmppm的所有减排技术中，仅的所有减排技术中，仅的所有减排技术中，仅的所有减排技术中，仅CCSCCS就需贡献就需贡献就需贡献就需贡献20%20%。当前，包括。当前，包括。当前，包括。当前，包括I E A(I E A(国际能源机构国际能源机构国际能源机构国际能源机构 ) )在内的在内的在内的在内的全球主要能源研究机构和主要碳减排积极倡导组全球主要能源研究机构和主要碳减排积极倡导组全球主要能源研究机构和主要碳减排积极倡导组全球主要能源研究机构和主要碳减排积极倡导组织和国家已经一致将织和国家已经一致将织和国家已经一致将织和国家
3、已经一致将C C SC C S技术作为未来的主要技术作为未来的主要技术作为未来的主要技术作为未来的主要碳减排技术。碳减排技术。碳减排技术。碳减排技术。n n发电和油气生产是发电和油气生产是发电和油气生产是发电和油气生产是CCSCCS应用的两个主要领域应用的两个主要领域应用的两个主要领域应用的两个主要领域 发电领域应用发电领域应用发电领域应用发电领域应用CCSCCS的技术途径主要有两条：一的技术途径主要有两条：一的技术途径主要有两条：一的技术途径主要有两条：一是燃烧前捕集是燃烧前捕集是燃烧前捕集是燃烧前捕集COCO2 2；二是燃烧后捕集二是燃烧后捕集二是燃烧后捕集二是燃烧后捕集COCO2 2。在
4、天然。在天然。在天然。在天然气生产过程中分离气生产过程中分离气生产过程中分离气生产过程中分离COCO2 2不仅十分必要，还可以回注不仅十分必要，还可以回注不仅十分必要，还可以回注不仅十分必要，还可以回注到地下来提高石油与天然气的产量。到地下来提高石油与天然气的产量。到地下来提高石油与天然气的产量。到地下来提高石油与天然气的产量。 n n全球大多数全球大多数全球大多数全球大多数CCSCCS项目目前还在规划研究阶段项目目前还在规划研究阶段项目目前还在规划研究阶段项目目前还在规划研究阶段n n全球对全球对全球对全球对CCSCCS项目的示范与规划正在不断升温项目的示范与规划正在不断升温项目的示范与规划
5、正在不断升温项目的示范与规划正在不断升温 1 全球全球CCS技术进展技术进展全球对全球对CCS项目的示范与规划正在不断升温项目的示范与规划正在不断升温n n美国、日本、加拿大、英国、德国、法国、意大利美国、日本、加拿大、英国、德国、法国、意大利美国、日本、加拿大、英国、德国、法国、意大利美国、日本、加拿大、英国、德国、法国、意大利等主要发达国家都在研究建设等主要发达国家都在研究建设等主要发达国家都在研究建设等主要发达国家都在研究建设C C SC C S示范项目示范项目示范项目示范项目n n澳大利亚、印尼、墨西哥、沙特阿拉伯，都在考虑澳大利亚、印尼、墨西哥、沙特阿拉伯，都在考虑澳大利亚、印尼、墨
6、西哥、沙特阿拉伯，都在考虑澳大利亚、印尼、墨西哥、沙特阿拉伯，都在考虑建设建设建设建设CCSCCS示范项目示范项目示范项目示范项目n nB PB P、壳牌等许多大型国际石油公司都成立了专门的、壳牌等许多大型国际石油公司都成立了专门的、壳牌等许多大型国际石油公司都成立了专门的、壳牌等许多大型国际石油公司都成立了专门的业务机构。业务机构。业务机构。业务机构。n n我国华能、中石油、神华、中国绿色煤电、新奥等我国华能、中石油、神华、中国绿色煤电、新奥等我国华能、中石油、神华、中国绿色煤电、新奥等我国华能、中石油、神华、中国绿色煤电、新奥等公司都在开展公司都在开展公司都在开展公司都在开展CCSCCS项
7、目研究工作。华能年捕集项目研究工作。华能年捕集项目研究工作。华能年捕集项目研究工作。华能年捕集3000 t 3000 t COCO2 2的高碑店项目已于的高碑店项目已于的高碑店项目已于的高碑店项目已于20082008年投产。而国内最大的两年投产。而国内最大的两年投产。而国内最大的两年投产。而国内最大的两个项目神华集团马家塔煤碳直接液化项目年捕集与个项目神华集团马家塔煤碳直接液化项目年捕集与个项目神华集团马家塔煤碳直接液化项目年捕集与个项目神华集团马家塔煤碳直接液化项目年捕集与封存封存封存封存100100万万万万t COt CO2 2计划和中国绿色煤电有限公司准备计划和中国绿色煤电有限公司准备计
8、划和中国绿色煤电有限公司准备计划和中国绿色煤电有限公司准备在天津建设的在天津建设的在天津建设的在天津建设的2 5 0 M WIGCC2 5 0 M WIGCC加加加加CCSCCS项目。项目。项目。项目。煤气化联合煤气化联合煤气化联合煤气化联合循环循环循环循环 2 目前面临的主要问题目前面临的主要问题n n仍缺少仍缺少CO2捕集、净化、运输、封存一体捕集、净化、运输、封存一体化的商业性示范项目化的商业性示范项目 n n难以接受难以接受CCS所引起的高昂成本所引起的高昂成本 按照现有项目估算，按照现有项目估算，CCS项目的商业化项目的商业化运行成本是每吨运行成本是每吨CO2约约70美元左右。美元左
9、右。 n nCCS将降低发电效率并增加能耗将降低发电效率并增加能耗 生产同一度电需要多消耗能源约生产同一度电需要多消耗能源约20%25%左右。左右。n n还未找到可行的独立运营商务模式还未找到可行的独立运营商务模式还未找到可行的独立运营商务模式还未找到可行的独立运营商务模式n n封存涉及一系列复杂的具体问题封存涉及一系列复杂的具体问题封存涉及一系列复杂的具体问题封存涉及一系列复杂的具体问题 COCO2 2驱油还不是驱油还不是驱油还不是驱油还不是COCO2 2永久封存技术永久封存技术永久封存技术永久封存技术 n n缺少一个明确的政策与法律框架缺少一个明确的政策与法律框架缺少一个明确的政策与法律框
10、架缺少一个明确的政策与法律框架n n全球公众当前对全球公众当前对全球公众当前对全球公众当前对CCSCCS技术难以接受技术难以接受技术难以接受技术难以接受 n n将将将将CCSCCS纳入纳入纳入纳入CDMCDM机制存在难度机制存在难度机制存在难度机制存在难度 CDMCDM：清洁发展机制：清洁发展机制：清洁发展机制：清洁发展机制n nCDMCDM是发展中的国家参与环保的一种新型国际合作是发展中的国家参与环保的一种新型国际合作是发展中的国家参与环保的一种新型国际合作是发展中的国家参与环保的一种新型国际合作机制。该机制是发达国家通过提供资金和技术援助，机制。该机制是发达国家通过提供资金和技术援助，机制
11、。该机制是发达国家通过提供资金和技术援助，机制。该机制是发达国家通过提供资金和技术援助，来换得在发展中国家境内实施温室气体减排项目的来换得在发展中国家境内实施温室气体减排项目的来换得在发展中国家境内实施温室气体减排项目的来换得在发展中国家境内实施温室气体减排项目的经核证的经核证的经核证的经核证的COCO2 2减排量（减排量（减排量（减排量（CERSCERS），该），该），该），该CERSCERS可抵消发可抵消发可抵消发可抵消发达国家在本国的达国家在本国的达国家在本国的达国家在本国的COCO2 2减排量。由于发达国家在本国减排量。由于发达国家在本国减排量。由于发达国家在本国减排量。由于发达国家在
12、本国减排减排减排减排COCO2 2成本比在发展中国家高出成本比在发展中国家高出成本比在发展中国家高出成本比在发展中国家高出5 52020倍，因此发倍，因此发倍，因此发倍，因此发达国家愿意以资金援助与技术转让的方式在没有减达国家愿意以资金援助与技术转让的方式在没有减达国家愿意以资金援助与技术转让的方式在没有减达国家愿意以资金援助与技术转让的方式在没有减排责任（义务）的发展中国家实施减排项目。排责任（义务）的发展中国家实施减排项目。排责任（义务）的发展中国家实施减排项目。排责任（义务）的发展中国家实施减排项目。第二节第二节 燃煤电厂脱碳燃煤电厂脱碳在电厂主要有在电厂主要有3种不同的捕集技术路线，即
13、：种不同的捕集技术路线，即：l l燃烧前脱碳燃烧前脱碳 整体煤气化联合循环整体煤气化联合循环(Integrated GasificationCombined Cycle，IGCC)发电技发电技术术l l富氧燃烧技术富氧燃烧技术(燃烧中捕集燃烧中捕集)l l燃烧后脱碳燃烧后脱碳一、一、IGCC技术技术n n是将煤气化技术与高效的联合循环有机结是将煤气化技术与高效的联合循环有机结合的先进动力系统。合的先进动力系统。n n如图所示，它由两大部分组成，即煤的气如图所示，它由两大部分组成，即煤的气化与煤气净化系统部分和燃气化与煤气净化系统部分和燃气蒸汽联合蒸汽联合循环发电系统部分。第一部分的主要设备循环
14、发电系统部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气冷却净化系统；有气化炉、空分装置、煤气冷却净化系统；第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、汽轮机发电系统。余热锅炉、汽轮机发电系统。一、一、IGCC技术技术n nIGCC的工艺流程如下：煤经过气化成为中的工艺流程如下：煤经过气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，成为清洁化物、氮化物、粉尘等污染物，成为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室中燃烧，加热燃气工质以驱动燃气透平做中燃烧，加
15、热燃气工质以驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动汽轮机做功。产生过热蒸汽驱动汽轮机做功。IGCC联合联合循环动力岛较常规的联合循环系统工质和循环动力岛较常规的联合循环系统工质和能量的交换与转换利用更为复杂。能量的交换与转换利用更为复杂。气化炉气化炉气化炉气化炉n n气化炉是气化炉是气化炉是气化炉是IGCCIGCC系统的关键设备之一，在煤气化过系统的关键设备之一，在煤气化过系统的关键设备之一，在煤气化过系统的关键设备之一，在煤气化过程中，部分碳在燃烧区的氧化气氛下燃烧，产生的程中，部分碳在燃烧区的氧化气氛下燃烧，产生的程中，部
16、分碳在燃烧区的氧化气氛下燃烧，产生的程中，部分碳在燃烧区的氧化气氛下燃烧，产生的高温用来切断煤中高分子化学键，使其与气化剂反高温用来切断煤中高分子化学键，使其与气化剂反高温用来切断煤中高分子化学键，使其与气化剂反高温用来切断煤中高分子化学键，使其与气化剂反应，生成含有应，生成含有应，生成含有应，生成含有COCO、HH2 2、CHCH4 4等可燃气体的合成煤等可燃气体的合成煤等可燃气体的合成煤等可燃气体的合成煤气。当气化剂是氧气时生成中热值煤气；当气化剂气。当气化剂是氧气时生成中热值煤气；当气化剂气。当气化剂是氧气时生成中热值煤气；当气化剂气。当气化剂是氧气时生成中热值煤气；当气化剂是空气时，因
17、其含有大是空气时，因其含有大是空气时，因其含有大是空气时，因其含有大N N2 2，生成低热值煤气。，生成低热值煤气。，生成低热值煤气。，生成低热值煤气。n n目前，普遍看好的气化炉主要是以氧气为气化剂的目前，普遍看好的气化炉主要是以氧气为气化剂的目前，普遍看好的气化炉主要是以氧气为气化剂的目前，普遍看好的气化炉主要是以氧气为气化剂的喷流床气化炉。喷流床气化炉。喷流床气化炉。喷流床气化炉。n n煤炭气化包含一系列物理、化学变化。一般包括干煤炭气化包含一系列物理、化学变化。一般包括干煤炭气化包含一系列物理、化学变化。一般包括干煤炭气化包含一系列物理、化学变化。一般包括干燥、热解燥、热解燥、热解燥、
18、热解( (挥发份析出挥发份析出挥发份析出挥发份析出) )、气化燃烧三个阶段。干燥、气化燃烧三个阶段。干燥、气化燃烧三个阶段。干燥、气化燃烧三个阶段。干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热蒸发；其他属于化学变化，煤在气化炉中干燥以后，蒸发；其他属于化学变化，煤在气化炉中干燥以后，蒸发；其他属于化学变化，煤在气化炉中干燥以后，蒸发；其他属于化学变化，煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，
19、随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，生成大量挥发性物质生成大量挥发性物质生成大量挥发性物质生成大量挥发性物质（COCO2 2+CO+H+CO+H2 2+CH+CH4 4+NH+NH3 3+H+H2 2S+S+焦油焦油焦油焦油+ +焦等），同焦等），同焦等），同焦等），同时煤粘结成半焦；煤热解后形成的半焦在更高的温时煤粘结成半焦；煤热解后形成的半焦在更高的温时煤粘结成半焦；煤热解后形成的半焦在更高的温时煤粘结成半焦；煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以度下与通入气化
20、炉的气化剂发生化学反应，生成以度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。气化反应水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。气化反应水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。气化反应水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一包括很多的化学反应，主要是碳、水、
21、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。煤气化主要反应煤气化主要反应 n n碳与水蒸汽的反应：碳与水蒸汽的反应：碳与水蒸汽的反应：碳与水蒸汽的反应：C+HC+H2 2OCO+HOCO+H2 2；C+2HC+2H2 2OCOOCO2 2+2H+2H2 2n n碳与二氧化碳的反应：碳与二氧化碳的反应：碳与二氧化碳
22、的反应：碳与二氧化碳的反应：C+ COC+ CO2 22CO2COn n甲烷生成反应：甲烷生成反应：甲烷生成反应：甲烷生成反应：C+2HC+2H2 2CHCH4 4；CO+3HCO+3H2 2CHCH4 4+H+H2 2OO；COCO2 2+4H+4H2 2CHCH4 4+2H+2H2 2OO；n n变换反应：变换反应：变换反应：变换反应：CO+HCO+H2 2OCOOCO2 2+H+H2 2n n完全燃烧反应：完全燃烧反应：完全燃烧反应：完全燃烧反应： C+OC+O2 2COCO2 2n n此外气化过程中还会发生一些微量成份的化学反此外气化过程中还会发生一些微量成份的化学反此外气化过程中还会
23、发生一些微量成份的化学反此外气化过程中还会发生一些微量成份的化学反应，生成应，生成应，生成应，生成HH2 2S S、COSCOS、NHNH3 3等有害物质。等有害物质。等有害物质。等有害物质。煤气的净化设备煤气的净化设备煤气的净化设备煤气的净化设备n n原煤中所含的相当一部分灰分、硫分、氮分以及碱原煤中所含的相当一部分灰分、硫分、氮分以及碱原煤中所含的相当一部分灰分、硫分、氮分以及碱原煤中所含的相当一部分灰分、硫分、氮分以及碱金属盐和卤化物等都转移到粗煤气中，这些有害物金属盐和卤化物等都转移到粗煤气中，这些有害物金属盐和卤化物等都转移到粗煤气中，这些有害物金属盐和卤化物等都转移到粗煤气中，这些
24、有害物质若未除尽，不仅会导致燃气透平的腐蚀、磨蚀和质若未除尽，不仅会导致燃气透平的腐蚀、磨蚀和质若未除尽，不仅会导致燃气透平的腐蚀、磨蚀和质若未除尽，不仅会导致燃气透平的腐蚀、磨蚀和结垢，影响其使用寿命和工作可靠性，还会影响周结垢，影响其使用寿命和工作可靠性，还会影响周结垢，影响其使用寿命和工作可靠性，还会影响周结垢，影响其使用寿命和工作可靠性，还会影响周围环境，同样会造成因烧煤而带来的污染问题。围环境，同样会造成因烧煤而带来的污染问题。围环境，同样会造成因烧煤而带来的污染问题。围环境，同样会造成因烧煤而带来的污染问题。n n目前，在目前，在目前，在目前，在IGCCIGCC中使用的粗煤气净化系
25、统有中使用的粗煤气净化系统有中使用的粗煤气净化系统有中使用的粗煤气净化系统有“ “常温湿常温湿常温湿常温湿法的净化系统法的净化系统法的净化系统法的净化系统” ”和和和和“ “高温干法的净化系统高温干法的净化系统高温干法的净化系统高温干法的净化系统” ”。当前。当前。当前。当前所应用的气体净化系统以湿法除尘常温脱硫的净化所应用的气体净化系统以湿法除尘常温脱硫的净化所应用的气体净化系统以湿法除尘常温脱硫的净化所应用的气体净化系统以湿法除尘常温脱硫的净化技术较为成熟。技术较为成熟。技术较为成熟。技术较为成熟。n n一般氧气浓度小于40%、富氧空气流量小时膜法更为经济；而变压吸附法在中等氧浓度(60%
26、93% )和中小规模范围内较经济；深冷法则在高氧浓度和较大规模情况下使用。 IGCCIGCC控制污染物排放的特点和优势：控制污染物排放的特点和优势：控制污染物排放的特点和优势：控制污染物排放的特点和优势：n nIGCCIGCC通过煤炭气化和煤气净化，使炭变为洁净煤通过煤炭气化和煤气净化，使炭变为洁净煤通过煤炭气化和煤气净化，使炭变为洁净煤通过煤炭气化和煤气净化，使炭变为洁净煤气，再到燃气轮机中燃烧做功，相当于常规锅炉的燃气，再到燃气轮机中燃烧做功，相当于常规锅炉的燃气，再到燃气轮机中燃烧做功，相当于常规锅炉的燃气，再到燃气轮机中燃烧做功，相当于常规锅炉的燃烧前处理。一般来说，燃烧前处理要比燃烧
27、中、燃烧烧前处理。一般来说，燃烧前处理要比燃烧中、燃烧烧前处理。一般来说，燃烧前处理要比燃烧中、燃烧烧前处理。一般来说，燃烧前处理要比燃烧中、燃烧后处理更合理、更经济；后处理更合理、更经济；后处理更合理、更经济；后处理更合理、更经济；n nIGCCIGCC中处理的对象主要是粗煤气。在相同条件下中处理的对象主要是粗煤气。在相同条件下中处理的对象主要是粗煤气。在相同条件下中处理的对象主要是粗煤气。在相同条件下, ,煤气的流量只是烟气的煤气的流量只是烟气的煤气的流量只是烟气的煤气的流量只是烟气的1/101/10量级，而且煤气在更高压量级，而且煤气在更高压量级，而且煤气在更高压量级，而且煤气在更高压力
28、下污染物的浓度高，因而可以用更小的代价脱除更力下污染物的浓度高，因而可以用更小的代价脱除更力下污染物的浓度高，因而可以用更小的代价脱除更力下污染物的浓度高，因而可以用更小的代价脱除更多的污染；多的污染；多的污染；多的污染；n n煤炭气化与燃烧有很大不同，特别是在气化的还煤炭气化与燃烧有很大不同，特别是在气化的还煤炭气化与燃烧有很大不同，特别是在气化的还煤炭气化与燃烧有很大不同，特别是在气化的还原性气氛下，煤中的硫分主要变成原性气氛下，煤中的硫分主要变成原性气氛下，煤中的硫分主要变成原性气氛下，煤中的硫分主要变成HH2 2S S，它比，它比，它比，它比SOSO2 2的的的的脱除要容易得多；脱除要
29、容易得多；脱除要容易得多；脱除要容易得多；n n由于采用联合循环，高效节水，热污染少，同时由于采用联合循环，高效节水，热污染少，同时由于采用联合循环，高效节水，热污染少，同时由于采用联合循环，高效节水，热污染少，同时由于效率高，污染物排放相应减少；由于效率高，污染物排放相应减少；由于效率高，污染物排放相应减少；由于效率高，污染物排放相应减少；由于采用气由于采用气由于采用气由于采用气化工艺，可以同化工技术相结合，不仅可以实现多联化工艺，可以同化工技术相结合，不仅可以实现多联化工艺，可以同化工技术相结合，不仅可以实现多联化工艺，可以同化工技术相结合，不仅可以实现多联产，而且对分离利用产，而且对分离
30、利用产，而且对分离利用产，而且对分离利用COCO2 2也提供了一个比较现实的途也提供了一个比较现实的途也提供了一个比较现实的途也提供了一个比较现实的途径。径。径。径。二、富氧燃烧技术二、富氧燃烧技术n n用比通常空气用比通常空气(含氧含氧21% ) 含氧浓度高的富含氧浓度高的富氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧。氧空气进行燃烧，称为富氧燃烧。n n燃料在氧气和二氧化碳混合气体中的燃烧，燃料在氧气和二氧化碳混合气体中的燃烧，能大幅度地提高燃烧产物中的能大幅度地提高燃烧产物中的CO2浓度，将浓度，将会使分离和捕集会使分离和捕集CO2的工艺相对简单且成本的工艺相对简单且成本降低，同时可以大幅度减少甚至消除
31、燃煤降低，同时可以大幅度减少甚至消除燃煤产生的其他污染物的排放。产生的其他污染物的排放。n n大量的研究表明，燃烧介质和温度对大量的研究表明，燃烧介质和温度对SO2SO2的排放的排放没有明显的影响。没有明显的影响。O2/CO2O2/CO2气氛有利于飞灰固硫，气氛有利于飞灰固硫，对于富含对于富含CaOCaO的煤种，固硫作用更明显。这是的煤种，固硫作用更明显。这是O2/CO2O2/CO2气氛下气氛下SO2SO2排放量较空气气氛有所减小的排放量较空气气氛有所减小的重要原因之一；高浓度重要原因之一；高浓度CO2CO2下下SO2SO2排放量较低，另排放量较低，另一种含硫有害污染物一种含硫有害污染物COS
32、COS浓度相应升高。对于浓度相应升高。对于C C，O O，S S的气态物质部分反应方程式可描述如下：的气态物质部分反应方程式可描述如下：n nC+CO22CO (1)C+CO22CO (1)n n2CO+SO2CO2+S (2)2CO+SO2CO2+S (2)n nCO+SCOS (3)CO+SCOS (3)n nSO2+2COS2CO2+3/2S2 (4)SO2+2COS2CO2+3/2S2 (4)三、燃烧后脱碳三、燃烧后脱碳-烟气脱碳烟气脱碳n n吸收法吸收法n n吸附法吸附法n n低温蒸馏法低温蒸馏法n n膜分离法等膜分离法等吸附法吸附法n n吸附法可分为变压吸附法（吸附法可分为变压吸附
33、法（PSA法）和变温法）和变温吸附法（吸附法（TSA法）。法）。n nPSA法是基于固态吸附剂对原料气中的法是基于固态吸附剂对原料气中的CO2有选择性吸附作用，高压时吸附量较大，降有选择性吸附作用，高压时吸附量较大，降压后被解吸出来而进行的。压后被解吸出来而进行的。n nTSA法则是通过改变吸附剂的温度来吸附和法则是通过改变吸附剂的温度来吸附和解吸解吸CO2。通常工业上较多采用变压吸附法。通常工业上较多采用变压吸附法。低温蒸馏法低温蒸馏法n n低温蒸馏法是利用低温蒸馏法是利用CO2与其它气体组分沸点与其它气体组分沸点的差异，通过低温液化，然后蒸馏来实现的差异，通过低温液化，然后蒸馏来实现CO2
34、与其它气体的分离。与其它气体的分离。n n该方法设备庞大、能耗较高、分离效果较该方法设备庞大、能耗较高、分离效果较差，因而成本较高，目前尚处于理论研究差，因而成本较高，目前尚处于理论研究阶段。阶段。膜分离法膜分离法n n膜分离法是基于混合气体中膜分离法是基于混合气体中膜分离法是基于混合气体中膜分离法是基于混合气体中COCO2 2与其它组分透过与其它组分透过与其它组分透过与其它组分透过膜材料的速度不同而实现膜材料的速度不同而实现膜材料的速度不同而实现膜材料的速度不同而实现COCO2 2与其它组分的分离。与其它组分的分离。与其它组分的分离。与其它组分的分离。n n该方法投资低、能耗低、操作方便，是
35、发展迅速该方法投资低、能耗低、操作方便，是发展迅速该方法投资低、能耗低、操作方便，是发展迅速该方法投资低、能耗低、操作方便，是发展迅速的节能型气体分离技术。其缺点是提取的的节能型气体分离技术。其缺点是提取的的节能型气体分离技术。其缺点是提取的的节能型气体分离技术。其缺点是提取的COCO2 2纯纯纯纯度不高，为了得到纯度较高的度不高，为了得到纯度较高的度不高，为了得到纯度较高的度不高，为了得到纯度较高的COCO2 2气体，可与溶气体，可与溶气体，可与溶气体，可与溶剂吸附法结合起来应用，前者作粗分离，后者作剂吸附法结合起来应用，前者作粗分离，后者作剂吸附法结合起来应用，前者作粗分离，后者作剂吸附法
36、结合起来应用，前者作粗分离，后者作精分离。精分离。精分离。精分离。化学吸收法化学吸收法n n化学吸收法分离脱除烟气中的化学吸收法分离脱除烟气中的CO2时，常有时，常有的吸收剂有醇胺溶液、强碱溶液、热苛性的吸收剂有醇胺溶液、强碱溶液、热苛性钾溶液等。目前应用广泛的是醇胺吸收剂，钾溶液等。目前应用广泛的是醇胺吸收剂，即一乙醇胺即一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺、二乙醇胺(DEA)、甲基、甲基二乙醇胺二乙醇胺(MDEA)和和2-氨基氨基-2-甲基甲基-1-丙醇丙醇(AMP)一、胺化学吸收法分离回收烟气中一、胺化学吸收法分离回收烟气中CO2工艺工艺脱碳抽气点选在脱碳抽气点选在FGD和冷却塔之间管道上和冷却
37、塔之间管道上典型的化学吸收法分离脱除烟气典型的化学吸收法分离脱除烟气典型的化学吸收法分离脱除烟气典型的化学吸收法分离脱除烟气COCO2 2的工艺流程：的工艺流程：的工艺流程：的工艺流程：n n经过除尘、脱硫等处理后的烟气经初步冷却和增压经过除尘、脱硫等处理后的烟气经初步冷却和增压经过除尘、脱硫等处理后的烟气经初步冷却和增压经过除尘、脱硫等处理后的烟气经初步冷却和增压后，从吸收塔下部进入，在塔内与由塔顶喷射的吸后，从吸收塔下部进入，在塔内与由塔顶喷射的吸后，从吸收塔下部进入，在塔内与由塔顶喷射的吸后，从吸收塔下部进入，在塔内与由塔顶喷射的吸收剂溶液逆相接触。烟气中的收剂溶液逆相接触。烟气中的收剂
38、溶液逆相接触。烟气中的收剂溶液逆相接触。烟气中的COCO2 2与吸收剂发生化与吸收剂发生化与吸收剂发生化与吸收剂发生化学反应而形成弱联结化合物，脱除了学反应而形成弱联结化合物，脱除了学反应而形成弱联结化合物，脱除了学反应而形成弱联结化合物，脱除了COCO2 2的烟气从的烟气从的烟气从的烟气从吸收塔上部被排出吸收塔。而吸收了吸收塔上部被排出吸收塔。而吸收了吸收塔上部被排出吸收塔。而吸收了吸收塔上部被排出吸收塔。而吸收了COCO2 2的吸收剂的吸收剂的吸收剂的吸收剂富富富富COCO2 2吸收液（简称富液）经富液泵抽离吸收塔，吸收液（简称富液）经富液泵抽离吸收塔，吸收液（简称富液）经富液泵抽离吸收塔
39、，吸收液（简称富液）经富液泵抽离吸收塔，在贫富液热交换器中与贫在贫富液热交换器中与贫在贫富液热交换器中与贫在贫富液热交换器中与贫COCO2 2吸收液（简称贫液）吸收液（简称贫液）吸收液（简称贫液）吸收液（简称贫液）进行热交换后，被送入再生塔中解吸再生。富液中进行热交换后，被送入再生塔中解吸再生。富液中进行热交换后，被送入再生塔中解吸再生。富液中进行热交换后，被送入再生塔中解吸再生。富液中结合的结合的结合的结合的COCO2 2在热的作用下被释放，释放的在热的作用下被释放，释放的在热的作用下被释放，释放的在热的作用下被释放，释放的COCO2 2气流气流气流气流经过冷凝和干燥后进行压缩，以便于输送和
40、储存。经过冷凝和干燥后进行压缩，以便于输送和储存。经过冷凝和干燥后进行压缩，以便于输送和储存。经过冷凝和干燥后进行压缩，以便于输送和储存。再生塔底的贫液在贫液泵作用下，经过贫富液换热再生塔底的贫液在贫液泵作用下，经过贫富液换热再生塔底的贫液在贫液泵作用下，经过贫富液换热再生塔底的贫液在贫液泵作用下，经过贫富液换热器换热、贫液冷却器冷却到所需的温度，从吸收塔器换热、贫液冷却器冷却到所需的温度，从吸收塔器换热、贫液冷却器冷却到所需的温度，从吸收塔器换热、贫液冷却器冷却到所需的温度，从吸收塔顶喷入，进行下一次的吸收。顶喷入，进行下一次的吸收。顶喷入，进行下一次的吸收。顶喷入，进行下一次的吸收。n n
41、从除尘、脱硫后引来的烟气温度约为从除尘、脱硫后引来的烟气温度约为从除尘、脱硫后引来的烟气温度约为从除尘、脱硫后引来的烟气温度约为40405050，正，正，正，正好处于好处于好处于好处于MEAMEA理想吸收温度。在一般情况下，经过除理想吸收温度。在一般情况下，经过除理想吸收温度。在一般情况下，经过除理想吸收温度。在一般情况下，经过除尘、脱硫处理的烟气通过鼓风机加压后直接进入吸尘、脱硫处理的烟气通过鼓风机加压后直接进入吸尘、脱硫处理的烟气通过鼓风机加压后直接进入吸尘、脱硫处理的烟气通过鼓风机加压后直接进入吸收塔进行收塔进行收塔进行收塔进行COCO2 2的吸收。鼓风机增压用来克服在气体的吸收。鼓风机
42、增压用来克服在气体的吸收。鼓风机增压用来克服在气体的吸收。鼓风机增压用来克服在气体通过吸收塔时所产生的压降。当工况波动使出现烟通过吸收塔时所产生的压降。当工况波动使出现烟通过吸收塔时所产生的压降。当工况波动使出现烟通过吸收塔时所产生的压降。当工况波动使出现烟气温度超温时，启动设置在吸收塔前喷水减温装置，气温度超温时，启动设置在吸收塔前喷水减温装置，气温度超温时，启动设置在吸收塔前喷水减温装置，气温度超温时，启动设置在吸收塔前喷水减温装置，将其温度降到将其温度降到将其温度降到将其温度降到5050以下。以下。以下。以下。n n在吸收塔中，烟气自下向上流动，与从上部入塔的在吸收塔中，烟气自下向上流动
43、，与从上部入塔的在吸收塔中，烟气自下向上流动，与从上部入塔的在吸收塔中，烟气自下向上流动，与从上部入塔的吸收液形成逆流接触，使吸收液形成逆流接触，使吸收液形成逆流接触，使吸收液形成逆流接触，使COCO2 2得到脱除。净化后的得到脱除。净化后的得到脱除。净化后的得到脱除。净化后的烟气从塔顶排出。由于烟气从塔顶排出。由于烟气从塔顶排出。由于烟气从塔顶排出。由于MEAMEA具有较高的蒸汽压，为具有较高的蒸汽压，为具有较高的蒸汽压，为具有较高的蒸汽压，为减少减少减少减少MEAMEA蒸汽随烟气带出而造成吸收液损失，通常蒸汽随烟气带出而造成吸收液损失，通常蒸汽随烟气带出而造成吸收液损失，通常蒸汽随烟气带出
44、而造成吸收液损失，通常将吸收塔分成两段，下段进行酸气吸收，上段通过将吸收塔分成两段，下段进行酸气吸收，上段通过将吸收塔分成两段，下段进行酸气吸收，上段通过将吸收塔分成两段，下段进行酸气吸收，上段通过水洗，降低烟气中的水洗，降低烟气中的水洗，降低烟气中的水洗，降低烟气中的MEAMEA蒸汽含量。洗涤水循环利蒸汽含量。洗涤水循环利蒸汽含量。洗涤水循环利蒸汽含量。洗涤水循环利用，为防止洗涤水中用，为防止洗涤水中用，为防止洗涤水中用，为防止洗涤水中MEAMEA富集，需要将一部分洗涤富集，需要将一部分洗涤富集，需要将一部分洗涤富集，需要将一部分洗涤水并入富液中送去再生塔进行再生，损失的洗涤水水并入富液中送
45、去再生塔进行再生，损失的洗涤水水并入富液中送去再生塔进行再生，损失的洗涤水水并入富液中送去再生塔进行再生，损失的洗涤水通过补给水来保持。通过补给水来保持。通过补给水来保持。通过补给水来保持。n n吸收了酸气的吸收液（富液）通过富液泵加压送至吸收了酸气的吸收液（富液）通过富液泵加压送至吸收了酸气的吸收液（富液）通过富液泵加压送至吸收了酸气的吸收液（富液）通过富液泵加压送至再生塔。为减少富液再生时蒸汽的消耗量，利用再再生塔。为减少富液再生时蒸汽的消耗量，利用再再生塔。为减少富液再生时蒸汽的消耗量，利用再再生塔。为减少富液再生时蒸汽的消耗量，利用再生塔出来的生塔出来的生塔出来的生塔出来的COCO2
46、2与蒸汽混合物和再生后的吸收溶液与蒸汽混合物和再生后的吸收溶液与蒸汽混合物和再生后的吸收溶液与蒸汽混合物和再生后的吸收溶液的余热对富液进行加热，同时也达到冷却的余热对富液进行加热，同时也达到冷却的余热对富液进行加热，同时也达到冷却的余热对富液进行加热，同时也达到冷却COCO2 2和再和再和再和再生溶液的目的。生溶液的目的。生溶液的目的。生溶液的目的。n n富液从再生塔的上部入塔向下流动，从塔的下部上富液从再生塔的上部入塔向下流动，从塔的下部上富液从再生塔的上部入塔向下流动，从塔的下部上富液从再生塔的上部入塔向下流动，从塔的下部上升的热蒸汽既加热了吸收溶液，又汽提出溶液中的升的热蒸汽既加热了吸收
47、溶液，又汽提出溶液中的升的热蒸汽既加热了吸收溶液，又汽提出溶液中的升的热蒸汽既加热了吸收溶液，又汽提出溶液中的酸气（因此也常将再生塔成为汽提塔）。吸收液到酸气（因此也常将再生塔成为汽提塔）。吸收液到酸气（因此也常将再生塔成为汽提塔）。吸收液到酸气（因此也常将再生塔成为汽提塔）。吸收液到达再生塔下部时所吸收的酸气已解吸出绝大部分，达再生塔下部时所吸收的酸气已解吸出绝大部分，达再生塔下部时所吸收的酸气已解吸出绝大部分，达再生塔下部时所吸收的酸气已解吸出绝大部分，此时可称为半贫液。半贫液进入再沸器内进一步解此时可称为半贫液。半贫液进入再沸器内进一步解此时可称为半贫液。半贫液进入再沸器内进一步解此时可
48、称为半贫液。半贫液进入再沸器内进一步解吸，残余的酸气分离出来，吸收液变为贫液。吸，残余的酸气分离出来，吸收液变为贫液。吸，残余的酸气分离出来，吸收液变为贫液。吸，残余的酸气分离出来，吸收液变为贫液。n n出再沸器的贫液回流至再生塔底部缓冲后从底部流出再沸器的贫液回流至再生塔底部缓冲后从底部流出再沸器的贫液回流至再生塔底部缓冲后从底部流出再沸器的贫液回流至再生塔底部缓冲后从底部流出，经贫富液换热器回收热量，然后经贫液泵加压出，经贫富液换热器回收热量，然后经贫液泵加压出，经贫富液换热器回收热量，然后经贫液泵加压出，经贫富液换热器回收热量，然后经贫液泵加压进入冷却器，在冷却器中冷却至适当温度进入吸收
49、进入冷却器，在冷却器中冷却至适当温度进入吸收进入冷却器，在冷却器中冷却至适当温度进入吸收进入冷却器，在冷却器中冷却至适当温度进入吸收塔，从而完成溶液的循环。塔，从而完成溶液的循环。塔，从而完成溶液的循环。塔，从而完成溶液的循环。n n从塔顶出来的酸气从塔顶出来的酸气蒸汽混合物先后与富液蒸汽混合物先后与富液换热和冷却器冷却，使其中的水蒸气大部分换热和冷却器冷却，使其中的水蒸气大部分冷凝下来，此冷凝水进入分离器、地下槽，冷凝下来，此冷凝水进入分离器、地下槽，并送入再生塔。分离出并送入再生塔。分离出CO2气体进入后续的气体进入后续的压缩处理程序。压缩处理程序。n n为维持吸收液的清洁，在贫液冷却器后
50、设立为维持吸收液的清洁，在贫液冷却器后设立旁路过滤器，脱除吸收液中的铁锈等固体杂旁路过滤器，脱除吸收液中的铁锈等固体杂质。质。n n由于由于SO2、NOx等气体与等气体与MEA反应生成不能反应生成不能再生的化合物，净化后的烟气也会带走部分再生的化合物，净化后的烟气也会带走部分MEA蒸汽，因此，在工艺过程中设置蒸汽，因此，在工艺过程中设置MEA贮罐，通过吸收剂补充泵进行补充。贮罐，通过吸收剂补充泵进行补充。二、工艺原理及特点二、工艺原理及特点n n根据理论分析，根据理论分析，根据理论分析，根据理论分析，MEAMEA与二氧化碳反应生成比较稳定的氨基甲与二氧化碳反应生成比较稳定的氨基甲与二氧化碳反应
51、生成比较稳定的氨基甲与二氧化碳反应生成比较稳定的氨基甲酸盐，在再生过程中需要较多的能量才能分解，导致再生能酸盐，在再生过程中需要较多的能量才能分解，导致再生能酸盐，在再生过程中需要较多的能量才能分解，导致再生能酸盐，在再生过程中需要较多的能量才能分解，导致再生能耗较大。同时氨基甲酸盐对设备的腐蚀性较强耗较大。同时氨基甲酸盐对设备的腐蚀性较强耗较大。同时氨基甲酸盐对设备的腐蚀性较强耗较大。同时氨基甲酸盐对设备的腐蚀性较强, ,又易形成水又易形成水又易形成水又易形成水垢。垢。垢。垢。MEAMEA与二氧化碳的反应式如下：与二氧化碳的反应式如下：与二氧化碳的反应式如下：与二氧化碳的反应式如下：因为因为
52、MEA与二氧化碳反应生成比较稳定的氨基甲酸盐，反应与二氧化碳反应生成比较稳定的氨基甲酸盐，反应（2）比反应（）比反应（1）要快得多，所以总反应式可以写为：）要快得多，所以总反应式可以写为：n n在回收二氧化碳过程中，在回收二氧化碳过程中，在回收二氧化碳过程中，在回收二氧化碳过程中，MEAMEA易与氧气、二氧化碳、易与氧气、二氧化碳、易与氧气、二氧化碳、易与氧气、二氧化碳、硫化物等发生化学降解，也易发生热降解，而引起硫化物等发生化学降解，也易发生热降解，而引起硫化物等发生化学降解，也易发生热降解，而引起硫化物等发生化学降解，也易发生热降解，而引起MEAMEA降解损耗增大的主要原因是氧气与降解损耗
53、增大的主要原因是氧气与降解损耗增大的主要原因是氧气与降解损耗增大的主要原因是氧气与MEAMEA的氧化降的氧化降的氧化降的氧化降解反应。解反应。解反应。解反应。MEAMEA与氧气的降解中间产物主要为过氧化物，与氧气的降解中间产物主要为过氧化物，与氧气的降解中间产物主要为过氧化物，与氧气的降解中间产物主要为过氧化物，最终产物为氨基乙酸等，与二氧化碳的降解产物主要最终产物为氨基乙酸等，与二氧化碳的降解产物主要最终产物为氨基乙酸等，与二氧化碳的降解产物主要最终产物为氨基乙酸等，与二氧化碳的降解产物主要有恶唑烷酮类等。为减少有恶唑烷酮类等。为减少有恶唑烷酮类等。为减少有恶唑烷酮类等。为减少MEAMEA溶
54、剂的降解，需要在吸溶剂的降解，需要在吸溶剂的降解，需要在吸溶剂的降解，需要在吸收液中加入抗氧化剂，抑制过氧化物的形成，中断降收液中加入抗氧化剂，抑制过氧化物的形成，中断降收液中加入抗氧化剂，抑制过氧化物的形成，中断降收液中加入抗氧化剂，抑制过氧化物的形成，中断降解反应链的发生，控制了降解产物有机酸的生成。解反应链的发生，控制了降解产物有机酸的生成。解反应链的发生，控制了降解产物有机酸的生成。解反应链的发生，控制了降解产物有机酸的生成。n n传统的传统的传统的传统的MEAMEA法回收低分压二氧化碳存在设备腐蚀严重法回收低分压二氧化碳存在设备腐蚀严重法回收低分压二氧化碳存在设备腐蚀严重法回收低分压
55、二氧化碳存在设备腐蚀严重的技术问题。的技术问题。的技术问题。的技术问题。MEAMEA法造成设备腐蚀严重的主要原因是法造成设备腐蚀严重的主要原因是法造成设备腐蚀严重的主要原因是法造成设备腐蚀严重的主要原因是由由由由MEAMEA与二氧化碳反应生成的氨基甲酸盐及与二氧化碳反应生成的氨基甲酸盐及与二氧化碳反应生成的氨基甲酸盐及与二氧化碳反应生成的氨基甲酸盐及MEAMEA的化的化的化的化学降解产物所引起。首先加入抗氧化剂和活性胺解决学降解产物所引起。首先加入抗氧化剂和活性胺解决学降解产物所引起。首先加入抗氧化剂和活性胺解决学降解产物所引起。首先加入抗氧化剂和活性胺解决了了了了MEAMEA的化学降解，然后加入防腐剂配入复合胺溶液的化学降解，然后加入防腐剂配入复合胺溶液的化学降解，然后加入防腐剂配入复合胺溶液的化学降解，然后加入防腐剂配入复合胺溶液中，使溶液对设备的腐蚀速率小于中，使溶液对设备的腐蚀速率小于中，使溶液对设备的腐蚀速率小于中，使溶液对设备的腐蚀速率小于0.1mm/a0.1mm/a。
