CO2吸附和輸送技術(shù)研究.pdf

1、全球極端氣候頻發(fā)，CO2大量排放所導(dǎo)致的溫室效應(yīng)已嚴(yán)重影響了全球經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，CCS技術(shù)作為一種有效控制CO2排放的技術(shù)，目前受到世界各國的重視。在眾多CO2分離技術(shù)中CO2吸附分離法具有無水運(yùn)行，工藝流程簡單，操作彈性大，投資少，操作費(fèi)用低，吸附劑使用壽命長等潛在應(yīng)用優(yōu)勢。CO2運(yùn)輸是CCS系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，此過程將捕集到的CO2運(yùn)輸?shù)椒獯纥c(diǎn)的任務(wù)，是連接捕集與封存的紐帶，對(duì)整個(gè)CCS系統(tǒng)的運(yùn)行起著重要作用。本課題受中歐碳捕獲

2、與封存合作項(xiàng)目(COACH)資助，對(duì)CCS系統(tǒng)中CO2吸附分離技術(shù)及吸附劑進(jìn)行研究，并對(duì)CO2輸送技術(shù)及輸送成本進(jìn)行分析。
　　 首先采用低溫物理吸附法對(duì)幾種商業(yè)碳基類和沸石分子篩類吸附劑進(jìn)行表征，分別對(duì)比表面積，孔容及孔徑分布進(jìn)行評(píng)估。采用熱分析技術(shù)，對(duì)四種吸附劑AC1、AC2、CMS和Z13X分別在25℃、50℃、75℃三個(gè)溫度條件和純CO2、15％體積濃度CO2兩種樣品氣條件下進(jìn)行吸附和解吸平衡特性研究。隨著吸附反應(yīng)溫度的

3、升高，材料對(duì)CO2的吸附能力均明顯減小，獲得吸附能力的有力順序?yàn)閆13X>AC2>AC1>CMS。
　　 其次在自主搭建單吸附床吸附實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)上，選用不同商業(yè)吸附劑，進(jìn)行吸附床的吸附實(shí)驗(yàn)，繪制流出曲線，對(duì)吸附床吸附穿透及吸附飽和特性進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)樣品氣采用模擬混合氣，CO2體積濃度固定為12％，接近真實(shí)燃煤電廠煙氣。相同壓力條件下，隨著樣品氣流量的增加，吸附床穿透時(shí)間縮短，且達(dá)到穿透時(shí)總CO2吸附量也有小幅下降。相同樣品氣流量條

4、件下，隨著吸附壓力的增加，吸附床穿透時(shí)間逐漸加長。同時(shí)，吸附過程中，吸附床上部、中部、下部填料溫度T上、T中、T下達(dá)到峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間t上、t中、t下變化規(guī)律為t上>t中>t下，且T中和T上曲線在吸附開始初期經(jīng)歷了上升、小幅下降、再大幅上升的過程。又T上、T中、T下曲線峰的分布密集程度與吸附樣品氣流量或吸附壓力變化存在規(guī)律性?？傮w上，Z13X填料吸附床吸附性能優(yōu)于AC1填料吸附床。
　　 最后在CO2運(yùn)輸技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析方面展開

5、深入研究，比較了管道運(yùn)輸、船舶運(yùn)輸和鐵路罐車運(yùn)輸三種典型運(yùn)輸方式的經(jīng)濟(jì)性。在超臨界狀態(tài)下進(jìn)行CO2管道運(yùn)輸，管道入口及出口壓力分別為15.3MPa和10.3MPa，確定輸送平均溫度，參照Rubin模型和設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算管道內(nèi)徑大小、管壁厚度和運(yùn)輸成本，得出2，000t/d～20，000t/d流量區(qū)間內(nèi)不同流量所對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)升壓站間距。采用半冷凍船進(jìn)行CO2船舶運(yùn)輸，確定運(yùn)輸方案，完成成本計(jì)算，討論船舶容積分別為3，600m3和22，000m3