低成本捕集燃煤電廠煙氣中co2技術(shù)研究

1、1低成本捕集燃煤電廠煙氣中 低成本捕集燃煤電廠煙氣中 CO2 技術(shù)研究 技術(shù)研究設(shè)計(jì)者: 指導(dǎo)教師： （華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北省保定市，郵編：071003）摘要： 摘要：本論文研究了一種低成本燃煤電廠碳捕集方法。系統(tǒng)地介紹了氨法吸收和解吸煙氣 CO2 的工作原理、關(guān)鍵參數(shù)、能耗對比等。研究表明，采用此工藝不僅能減少大氣中 CO2 的排放，還能產(chǎn)生有商業(yè)利用價值的高純度 CO2，既能 達(dá)到節(jié)能減排的目的，又有潛在的經(jīng)濟(jì)價值

2、。關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：氨法 碳捕集 節(jié)能減排 自動控制作品內(nèi)容簡介實(shí)驗(yàn)研究了燃煤電廠煙氣中 CO2 捕集技術(shù)，普遍適合我國電力企業(yè)的節(jié)能減排與清潔生產(chǎn)的長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)，并且可實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。方案主要內(nèi)容 方案主要內(nèi)容第一部分：用氨水吸收煙氣中的二氧化碳，同時達(dá)到用氨水吸收煙氣中其他成分如 SO2 的目的。通過實(shí)驗(yàn)研究確定最佳氨水濃度、反應(yīng)時間、pH、煙氣流速、氨水流量、煙氣溫度等影響因素對模擬煙氣中多污染物脫除效率的影響。確定

3、CO2 脫除的最佳反應(yīng)條件，為整體脫碳工藝設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)支持。第二部分：對氨法碳捕集過程中脫碳吸收液解吸 CO2 開展實(shí)驗(yàn)研究，研究解吸溫度、溶液濃度、pH 和 CO2 擔(dān)載程度等因素對脫碳吸收液解吸 CO2 的影響。確定 CO2 解吸的最佳反應(yīng)條件。第三部分：設(shè)計(jì)工業(yè)應(yīng)用模型，改進(jìn)工藝流程，設(shè)計(jì)換熱器對煙氣余熱進(jìn)行利用，降低 CO2 吸收和解吸的能耗，以使該技術(shù)適合在電廠的大規(guī)模應(yīng)用。創(chuàng)新點(diǎn)和特色 創(chuàng)新點(diǎn)和特色 （1）實(shí)現(xiàn)電廠煙氣中 C

4、O2 的低排放，緩解電廠環(huán)境壓力；（2）用氨水作為吸收劑，實(shí)現(xiàn)了氨的化學(xué)循環(huán)再生，減少吸收劑成本； （3）有效利用煙氣余熱，降低 CO2 的脫除成本，使該技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用成為可能; （4）通過高純度 CO2 的商業(yè)利用，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)的額外利潤。 應(yīng)用價值 應(yīng)用價值本套實(shí)驗(yàn)方案采用氨法脫除煙氣 CO2 具有可行性，能在一定程度上推進(jìn)“節(jié)能減排”工作，有效解決我國燃煤造成的大氣污染。工藝設(shè)備的運(yùn)行可采用自動控制系統(tǒng)，操作簡單方便，也有利于電力

5、企業(yè)的人員結(jié)構(gòu)調(diào)整，一方面可以大幅度降低設(shè)備設(shè)施所需的經(jīng)濟(jì)投入，另一方面 還可以有效緩解我國 CO2 排放量持續(xù)增長的緊張的局面?？傮w而言，此技術(shù)存 在巨大的發(fā)展空間?？偟膩砜?，該方案可以解決大多數(shù)電廠對煙氣污染物脫除及排放的標(biāo)準(zhǔn)，且造價低廉，易施工，占地面積小，減輕電廠的經(jīng)濟(jì)壓力，以達(dá)到節(jié)能減排的目 標(biāo)。3世界上約 75%的 CO2 排放來自化石燃料燃燒，其中，煤炭是一種高 CO2 排放燃料，單位熱量燃煤引起的 CO2 排放較石油和天

6、然氣分別高出 36%和61%[4]。據(jù)經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織(OECD)和國際能源署(IEA)數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)有電廠CO2 年排放量約 106 億噸，占全世界排放總量的 40.6%，其中燃煤電廠 76 億噸，占發(fā)電行業(yè)排放量的 72%。到 2020 年，全球每年將有 65 億噸 CO2 來自于已投運(yùn)的電廠[5]。由于我國能源儲備具有“多煤、貧油、少氣”的特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源的供給主要依賴煤炭，隨著近年我國 GDP 逐年提高，煤炭燃燒產(chǎn)生的CO2

7、排量也逐年上升，加上西方國家對石油天然氣的利用也不斷增加，導(dǎo)致全球 CO2 排量持續(xù)增加。無論是燃燒前脫除系統(tǒng)還是燃燒后捕集系統(tǒng)，其中關(guān)鍵技術(shù)都是 CO2 的分離。根據(jù)過程機(jī)理，目前 CO2 分離方法主要有：吸收法、吸附法、膜分離法、低溫分離法等。1.2.1 吸收法 吸收法 吸收法根據(jù)吸收機(jī)理及所采用吸收劑的不同又分為：物理吸收法、化學(xué)吸收法、物理化學(xué)吸收法。1.2.1.1 物理吸收法 物理吸收法物理吸收法就是溶劑吸收 CO2 僅通過物

8、理溶解作用，CO2 與溶劑之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 1.2.1.2 化學(xué)吸收法 化學(xué)吸收法化學(xué)吸收法是利用 CO2 為酸性氣體的性質(zhì)，以弱堿性物質(zhì)進(jìn)行吸收，然后加熱使其解吸，從而達(dá)到脫除 CO2 的目的。主要有 MEA、DEA 法等，目前在化工廠中使用不多，主要用于電廠煙氣、石灰窯排放氣中的 CO2 的捕集，其優(yōu)點(diǎn)是可用于 CO2 分壓和總壓均較低的氣體中 CO2 的捕集，缺點(diǎn)是能耗高，腐蝕 性強(qiáng)。1.2.1.3 物理化學(xué)吸收法 物理化學(xué)吸

9、收法其特點(diǎn)是將兩種不同性能的溶劑混合，使溶劑既有物理吸收功能又有化學(xué) 吸收功能。溶劑的再生熱耗比物理吸收法高又比化學(xué)吸收法低，如環(huán)丁砜法、常溫甲醇洗法、MDEA 法。 1.2.2 吸附法 吸附法 吸附法是通過吸附在一定的條件下對 CO2 進(jìn)行選擇性地吸收，然后通過減壓或升溫的方式將 CO2 解吸出來，從而達(dá)到分離 CO2 的目的。 1.2.3 膜分離法 膜分離法膜分離法是根據(jù)在一定條件下，膜對氣體滲透的選擇性把 CO2 和其他氣體分離開

10、。按照膜材料的不同，主要有高分子膜、無機(jī)膜以及正在發(fā)展的混合膜 和其他過濾膜。 1.2.4 低溫分離法 低溫分離法 低溫分離法是基于混合氣體中不同組分具有不同氣化和液化特性將氣體分 離的方法。CO2 的臨界溫度為 31oC，臨界壓力為 7.63MPa，理論上來說，CO2 低溫分離簡單易行，但是隨著分離過程的進(jìn)行，CO2 的分壓會越來越小，分離 會越來越困難，因而造成 CO2 回收率低。通常低溫分離法主要用于 CO2 含量大于 90%的氣