Het klimaat van de aarde ondergaat een belangrijke verandering die wordt gekenmerkt door de opwarming van de aarde, die een belangrijke impact zal hebben op het wereldwijde ecosysteem en sociale en economische ontwikkeling. Studies hebben aangetoond dat dit voornamelijk te wijten is aan het opwarmingseffect van broeikasgassen zoals CO2 die door mensen wordt uitgestoten met behulp van fossiele brandstoffen. In de afgelopen decennia zijn de CO2 -emissies toegenomen met de economische ontwikkeling. In 2006 bereikte de CO2 -uitstoot van de wereld 28 miljard ton, waarvan China goed was voor 20,2%. Fossiele brandstoffen zoals steenkool, olie en aardgas zijn de belangrijkste bronnen van CO2 -emissies en kolen stoten de meeste CO2 uit. Steenkool is een relatief "vuile" energiebron. Steenkool met dezelfde calorische waarde straalt veel meer CO2 uit dan olie en aardgas, en is de belangrijkste bron van CO2 -emissies. In 2006 was kolen goed voor slechts 26% van het primaire energieverbruik van de wereld, maar de CO2 -emissies waren goed voor 41,7%. Dit probleem is met name prominent in mijn land: in 2007 was de kolenconsumptie van mijn land 2,59 miljard ton, goed voor 69,5% van het primaire energieverbruik van mijn land en meer dan 80% van de CO2 -uitstoot van mijn land. Hiervan werden 1,31 miljard ton gebruikt voor stroomopwekking. In 2008 was de thermische stroomopwekking goed voor 80% van de totale stroomopwekking van mijn land, waarvan de meeste afkomstig waren van kolencentrales. Vanwege de lage prijs, overvloedige reserves en gemakkelijke toegang, blijft steenkool nog lang de belangrijkste energiebron van mijn land.
Momenteel zijn er vooral de volgende manieren om CO2 -emissies te regelen: de energie -efficiëntie verbeteren, hernieuwbare energie gebruiken zoals windenergie, zonne -energie, biomassa -energie en kernenergie en CO2 -opnametechnologie gebruiken voor het verbranden van fossiele brandstoffen.
In de nabije toekomst zullen fossiele brandstoffen onze belangrijkste energiebron blijven, waardoor we CO2 Capture and Storage Technology (CCS) moeten gebruiken om CO2 -emissies te verminderen. Thermische energiecentrales zijn de belangrijkste bron van CO2 -emissies en hun CO2 -emissies zijn groter dan 40% van het totaal. Vanwege hun gecentraliseerde emissies en gemakkelijke controle zijn ze de belangrijkste applicatieobjecten van CO2 -vastleg- en opslagtechnologie geworden.
CO2 -opname en -opslag verwijst naar de verzameling CO2 die door energiecentrales wordt uitgestoten en vervolgens door een pijpleiding naar een CO2 -opslaglocatie te transporteren. Dit artikel richt zich voornamelijk op CO2 -opnametechnologie. Er zijn momenteel drie hoofdtypen van CO2 -opnametechnologieën:
Post-combinatie van vastleggingstechnologie
Zuurstofverrijkte verbrandingstechnologie
Pre-verbranding vastleggen technologie
Sleutelwoorden: CO2 -opname; thermische energiecentrale; zuurstofverrijkte verbranding; rookgasafvang; pre-combinatie vangen
Post-combinatie van vastleggingstechnologie
Post-verbrandingsopvangtechnologie wordt gebruikt om koolstof in rookgas te vangen na verbranding. Het maakt gebruik van monoethanolamine (MEA) of andere oplossingen om CO direct in rookgas te absorberen voor het vangen. MEA -oplossing is een organisch chemisch oplosmiddel dat is gebruikt om zure gas onzuiverheden in aardgas te verwijderen, zoals CO2, H2S, enz. Meer dan 60 jaar. De absorptie van CO2 behoort tot chemische adsorptie, die CO2 onder verwarming kan afgeven. Het gebruik van deze methode om CO2 in rookgas vast te leggen, kan 75%~ 90%CO2 in rookgas verwijderen en CO2 verkrijgen met een zuiverheid van 99%.
Om CO2 in rookgas vast te leggen, moeten een absorptietoren en een regeneratietoren worden toegevoegd aan de apparatuur om CO2 te absorberen en af te geven. Bovendien moet het stoomsysteem worden aangepast om stoom te extraheren om de oplossing te verwarmen en CO2 vrij te maken. Vanwege de lage rookgasdruk (in het algemeen dicht bij de atmosferische druk), lage CO2 -concentratie (10%~ 15%) en enorme gasstroom, is het vangsysteem groot en verbruikt veel energie. Het belangrijkste energieverlies van de opnametechnologie na de verbranding ligt in de regeneratie van de MEA-oplossing. Naar schatting zal de efficiëntie voor nieuw gebouwde eenheden met CO2 -vangst met ongeveer 20% ~ 30% dalen in vergelijking met eenheden met dezelfde parameters, en de energie die wordt verbruikt door de regeneratie van MEA -oplossing is goed voor meer dan de helft van de totale consumeerde energie. De energie die nodig is voor regeneratie komt meestal van de lage drukstoomwinning van de turbine. Alstom heeft de CO2-opnamemodificatie van een eenheid in de Verenigde Staten bestudeerd, waaruit blijkt dat 79% van de stoom na de gemiddelde drukcilinder wordt gebruikt voor de regeneratie van de MEA-oplossing. Omdat de extractie van stoom voorkomt dat de eenheid onder optimale omstandigheden werkt, zal de efficiëntie blijven dalen.
Bovendien zullen zure gassen zoals SO2 en NO2 in rookgas reageren met MEA-oplossing om warmte-stabiele zouten te genereren, wat resulteert in het verlies van MEA-oplossing. Daarom moet het gehalte aan zure gassen in rookgas worden geregeld op ongeveer 10x10 ". Dit vereist de wijziging van het desulfurisatiesysteem om de desulfurisatie -efficiëntie te verbeteren.X, omdat neeXIn rookgas is voornamelijk NO en NO2 is slechts goed voor ongeveer 5%, het gewone SCR -systeem kan aan de behoeften voldoen.
Zuurstofverrijkte verbrandingstechnologie
Zuurstofverrijkte verbrandingstechnologie maakt gebruik van zuurstofproductietechnologie om zuiver zuurstof en onderdeel van het gerecycled rookgas in de ketel te geven voor verbranding, zodat de CO2-concentratie in het rookgas meer dan 95%bereikt, die direct kan worden gecomprimeerd en gezuiverd.
De apparatuur voor het vastleggen van CO2 met behulp van zuurstofverrijkte verbrandingstechnologie omvat voornamelijk luchtscheidingsapparaten, rookgasrecirculatie-apparaten en CO2-compressie- en zuiveringsapparaten. Het belangrijkste energieverlies van zuurstofverrijkte verbrandingstechnologie ligt in de scheiding van lucht om zuurstof te produceren. De momenteel veelgebruikte koeling- en luchtscheidingstechnologie verbruikt veel energie en de vereiste elektriciteit is goed voor ongeveer 18% van de totale stroomopwekking. Tegelijkertijd kan de ketelefficiëntie vanwege de vermindering van de rookgasstroom en de vermindering van het uitlaatwarmteverlies met ongeveer 3%worden verhoogd. Over het algemeen zal de efficiëntie van de gehele energiecentrale met 20%~ 30%dalen. Nieuwe goedkope zuurstofproductietechnologieën worden momenteel bestudeerd, zoals OTM-technologie voor zuurstof en ionentransportmembraan (OTM). Zodra een doorbraak is gemaakt, kunnen de kosten van door zuurstof verrijkte verbrandingstechnologie sterk worden verlaagd.
Vanwege de continue circulatie van rookgas is de SO2 -concentratie in het rookgas 2 ~ 3 keer die van luchtverbranding. Als het zwavelgehalte van steenkool hoog is, moet het rookgas worden geëxtraheerd na het desulfurisatiesysteem om corrosie van apparatuur te voorkomen. Als het niet hoog is, kan de desulfurisatieapparatuur worden geannuleerd. NEEXDe emissies zullen sterk worden verminderd onder het uitgangspunt van het gebruik van lage NOx -verbrandingstechnologie. Enerzijds is het omdat er een gebrek is aan N2 in het rookgas, en geen thermisch neeXwordt gegenereerd. Aan de andere kant kan NOx verder worden verminderd tijdens de circulatie. Nadat CO2 is gecomprimeerd en vloeibaar gemaakt, niet-condenseerbare gassen, waaronder overtollige zuurstof die in de ketellucht lekt, SO2, NOX, etc., zal worden gescheiden; De verontreinigende stoffen kunnen worden behandeld volgens de lokale eisen van het milieubescherming.
Pre-verbrandingsopvangtechnologie wordt voornamelijk gebruikt in combinatie met IGCC-technologie. IGCC (geïntegreerde vergassingscyclus) is een geavanceerde technologie die kolenvergassingstechnologie combineert met een gecombineerde cyclus. Het IGCC -systeem moet een schakelreactor, CO2 -scheiding en een compressiezuiveringsapparaat toevoegen voor CO2 -opname. Steenkool wordt omgezet in synthesiegas, voornamelijk samengesteld uit CO en H2, onder hoge temperatuur, hoge druk en zuurstofrijke omgeving in de vergasser: in de verschuivingsreactor, CO en waterdamp in het synthesegas genereren CO en waterstof onder werking van een katalysator. Omdat de gasdruk op dit moment hoog is, is de concentratie van CO ook hoog en kan de polyethyleenglycol -dimethylethermethode (SELEXOL) worden gebruikt om CO te absorberen. Deze methode is een fysieke absorptiemethode. Door de druk van de oplossing te verminderen, kan CO2 worden vrijgegeven en kan de oplossing worden geregenereerd. Het energieverbruik is veel kleiner dan dat van de MEA -methode. Tegelijkertijd wordt het energieverbruik van het daaropvolgende CO2 -compressieproces vanwege de hoge gasdruk ook verminderd. Sommige wetenschappers hebben het 500 MW IGCC -systeem geanalyseerd en zijn van mening dat na het installeren van het CO2 -opnamesysteem de efficiëntie van IGCC zal dalen van 38,4% (HHV) naar 31,2% (HHV). Onder hen hebben de conversiereactor en de compressie van CO2 de grootste impact, die de efficiëntie respectievelijk met 4,2% en 2,1% vermindert. De kosten van CO2 -verwijdering door deze methode zijn ongeveer 20 $/t.
Technische prospects
Post-verbrandingsopvangtechnologie is de meest volwassen technologie en is in gebruik genomen. De eerste kolencentrale CO2 Capture Device van mijn land - Huaneng Beijing Thermal Power Plant 3000 ~ 5000T/jaar CO2 Capture Demonstratieapparaat gebruikt deze technologie. Oxygen-verrijkte verbrandingstechnologie is momenteel een onderzoekshotspot, maar de technologie is niet erg volwassen en blijft meestal in het laboratorium- en pilootfase. Het grootste zuurstofverrijkte verbrandingsproject ter wereld is het 30 MW Vattenfall-project gebouwd in Duitsland in september 2008, dat Alstom Technology gebruikt. Bovendien zullen Black Hills, samen met B&W, Air Liquide en andere bedrijven, een 100 MW zuurstofverrijkte verbrandingskrachtfabriek in Wyoming, VS bouwen. Het project is gepland om in 2015 te worden voltooid. Zowel post-verbrandingsopvangtechnologie als met zuurstof verrijkte verbrandingstechnologie kunnen worden gebruikt om bestaande energiecentrales te transformeren. De kosten van door zuurstof verrijkte verbrandingstechnologie zijn relatief laag, maar als slechts een deel van de CO2 wordt vastgelegd, is de opnametechnologie na de verbranding geschikter. IGCC is de schoonste kolengestookte technologie ter wereld, maar de hoge kosten en onvolwassen technologie beperken de toepassing ervan. Na het installeren van CO2 -opname is de kostenstijging echter het minst en zijn de CO2 -verwijderingskosten ook de laagste. Met de ontwikkeling van technologie zal IGCC in de toekomst veel worden gebruikt. Het nadeel is dat deze technologie alleen kan worden gebruikt voor nieuwe energiecentrales en niet kan worden gebruikt voor de technische transformatie van bestaande energiecentrales.
Het maakt niet uit welke technologie wordt gebruikt, er zijn bepaalde vereisten voor de site. Daarom moet de nieuw ontworpen elektriciteitscentrale rekening houden met de opname van CO2, nadenken over welke technologie moet worden gebruikt, reserve -ruimte voor CO2 -verwijderingsapparatuur en een geschikte opslaglocatie in de buurt vinden.
Promotie van CO2 -opnametechnologie
Hoewel CO2 -opnametechnologie een onderzoekshotspot is geworden, is deze nog niet wereldwijd gepromoveerd. Dit is voornamelijk te wijten aan de volgende factoren:
(1) Economische overwegingen: na CO2 -vangst zal de efficiëntie van de gehele energiecentrale met 20%~ 30%dalen en de kosten van stroomopwekking zullen aanzienlijk stijgen. Bedrijven die al winst hebben gemaakt, hebben geen motivatie om CO2 vast te leggen.
(2) De invloed van nationaal beleid: CO2 -opname moet worden aangedreven door nationaal beleid. De overheid kan overwegen om formulieren aan te nemen, zoals het opleggen van een CO2 -emissiebelasting om de toepassing van CO2 -vastleg- en opslagtechnologie te bevorderen.
(3) De invloed van nationaal beleid: CO2 -opname moet worden aangedreven door nationaal beleid. De overheid kan overwegen om formulieren aan te nemen, zoals het opleggen van een CO2 -emissiebelasting om de toepassing van CO2 -vastleg- en opslagtechnologie te bevorderen.
(4) Bewustzijn van het publiek: na de goedkeuring van CO2 -opnametechnologie zullen de elektriciteitsprijzen onvermijdelijk sterk stijgen. Of het nu gaat om het verhogen van de elektriciteitsprijzen of het heffen van CO2 -belastingen, het moet worden erkend en ondersteund door het publiek.
Building Demonstration Power Plants is een effectieve maatregel om de promotie van CO2 -opnametechnologie te bevorderen. De EU is van plan om tegen 2012 12 grootschalige CO2-opnamedemonstratiekrachtcentrales te bouwen om zich in 2020 voor te bereiden op grootschalige promotie over de hele wereld.
Conclusie
Drie soorten CO2-opnametechnologieën voor kolengestookte energiecentrales worden geïntroduceerd, de voor-, nadelen en kosten van verschillende technologieën worden vergeleken en de promotie van CO2-opnametechnologie wordt geanalyseerd. Overmatige kosten zijn nog steeds de belangrijkste factor die de ontwikkeling van CO2 -opnametechnologie beperkt. Er moeten uitgebreide overwegingen worden gemaakt en geïntegreerde systemen moeten redelijkerwijs worden ontworpen om de kosten te verlagen. De gegenereerde CO2 kan bijvoorbeeld worden gebruikt om de olie -herstelsnelheid van olievelden te verhogen. In zuurstofverrijkte technologie kan de koude energie van geïmporteerd vloeibaar aardgas worden gebruikt voor luchtscheiding om de kosten van zuurstofproductie te verlagen.
