3CO2的捕獲講解課件

第三講

工業(yè)排放源CO2的捕集方法主要內(nèi)容捕集的概念、分類吸收法吸附法膜分離法其他方法CO2捕集CO2捕集是對(duì)主要CO2排放源排出的CO2進(jìn)行分離回收，目的是生產(chǎn)出能運(yùn)輸?shù)椒獯娴攸c(diǎn)的CO2高壓濃縮液。CO2捕集針對(duì)什么樣的源？CO2源（回顧）？分離—從工業(yè)氣體中分離 從大氣中分離工業(yè)CO2的產(chǎn)生過(guò)程

（以電廠為例）化石燃料（煤炭、石油、天然氣）。助燃劑空氣（O2、N2）電廠燃燒排放產(chǎn)物CO2、N2、灰渣、粉塵、其他氣體電廠除塵、脫硫（S）、脫硝（N）->剩余CO2、N2CO2捕集分離捕集方法按捕集流程分類（以電廠捕集為例）燃燒后捕集燃燒前捕集富氧燃燒捕集方法按捕集流程分類（以電廠捕集為例）燃燒后捕獲燃料電、熱空氣H2O，CO2、N2CO2捕集CO2，N2干燥捕集方法按捕集流程分類（以電廠捕集為例）燃燒前捕獲燃料H2空氣、O2、水蒸氣電、熱CO2N2、H2O空氣重整、分離捕集方法按捕集流程分類（以電廠捕集為例）富氧燃燒燃料空氣電、熱CO2，H2OO2N2CO2干燥捕獲方法燃燒后捕集按捕集原理分類吸收法吸附法膜分離法吸收法概念：吸收法是根據(jù)氣體混合物中各組分在液體溶劑中物理溶解度和化學(xué)反應(yīng)活性不同而將混合物分離的一種方法。優(yōu)點(diǎn)：效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、一次投資相對(duì)較低等；缺點(diǎn)：產(chǎn)生廢液、設(shè)備易受腐蝕。分類：物理吸收化學(xué)吸收吸收——解吸含CO2混合氣液滴吸收CO2CO2解吸吸收選擇性吸收可逆性氣體吸收原理分離的依據(jù)：各組分溶解度、化學(xué)反應(yīng)活性的差異。在吸收操作中，通常將混合氣體中能夠溶解（反應(yīng)）于溶劑中的組分稱為溶質(zhì)，以A表示，而不溶或微溶的組分稱為載體或惰性組分，以B表示；吸收所用的溶劑稱為吸收劑，以S表示；經(jīng)吸收后得到的溶液稱為吸收液；被吸收后排出吸收塔的氣體稱為吸收尾氣。吸收塔吸收液A+少量S混和氣體A+B吸收劑S吸收尾氣B+少量A解吸捕獲流程吸收劑制備吸收系統(tǒng)溶液再生（解吸）原料氣CO2+N2尾氣（N2+少量CO2）熱源再生氣

（CO2）吸收液再生的吸收劑吸收捕獲化學(xué)吸收法物理吸收法MDEA有機(jī)胺濃氨水加壓水洗法（水）低溫甲醇洗滌法（甲醇）Fluor法（碳酸丙烯酯）Selexol法（聚乙二醇二甲醚NHD）Purisol法(N－甲基吡咯烷酮)對(duì)設(shè)備要求高中型廠用的較多苯菲爾法DEA不起泡碳酸鉀+二乙醇胺N甲基二乙醇胺物理吸收加壓水洗法

回收率低，純度不高，水循環(huán)量大，耗能高低溫甲醇洗法

吸收能力強(qiáng)，凈化度高，溶劑循環(huán)量小，能耗低 毒性強(qiáng)，保冷要求高物理吸收法優(yōu)缺點(diǎn)能耗低，溶劑可用閃蒸再生，僅適合于中等濃度和高溫的CO2廢氣選擇性較低，分離效果不理想，回收率低物理吸收工藝適于處理新型火電廠煙氣中CO2氣體高分壓、高濃度的工況，目前的研究方向是尋找性能更加優(yōu)越的吸收劑，尤其是能夠在CO2低分壓下工作的化學(xué)吸收法煙氣和吸收液在吸收塔內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，CO2被吸收至溶劑中，貧液變?yōu)楦灰海灰哼M(jìn)入解析塔加熱分解出CO2，從而達(dá)到分離CO2的目的。CO2為酸性，選用堿性化學(xué)吸收液，常用碳酸鹽溶液、堿液及醇胺溶液等熱鉀堿溶液法利用熱的高濃度K2CO3水溶液在加壓下吸收CO2，生成KHCO3，減壓下解吸CO2，重新生成K2CO3優(yōu)點(diǎn)：吸收與再生溫度基本相同，使生產(chǎn)流程簡(jiǎn)化；吸收反應(yīng)速率快吸收速度慢加速吸收提溫腐蝕加入防腐劑減少腐蝕活化劑基本原理化學(xué)反應(yīng)碳酸鉀水溶液與二氧化碳的反應(yīng)如下：常溫下反應(yīng)速率較慢，升溫到120～130℃，既可提高碳酸鉀溶液的濃度，又可以得到較快的反應(yīng)速率。但在該溫度下碳酸鉀溶液對(duì)碳鋼設(shè)備有極強(qiáng)的腐蝕性。溶液的再生再生反應(yīng)為：加熱有利于碳酸氫鉀的分解，再生壓力越低對(duì)再生越有利。再生溫度為該壓力下溶液的沸點(diǎn)。烷基醇胺溶液法原理：R-NH2+H2O+CO2→R-NH3HCO3反應(yīng)隨溫度變化可逆，一般38℃以下形成鹽，CO2被吸收；高于110℃，CO2被解析乙醇胺MEA法甲基二乙醇胺MDEA法乙醇胺-三乙基胺MEA-TEA雙溶劑法化學(xué)吸收法的優(yōu)缺點(diǎn)化學(xué)吸收的優(yōu)點(diǎn)溶質(zhì)進(jìn)入溶劑后因化學(xué)反應(yīng)消耗掉，溶劑容納的溶質(zhì)量增多液膜擴(kuò)散阻力降低填料表面的停滯層仍為有效濕表面化學(xué)吸收的優(yōu)點(diǎn)化學(xué)吸收的缺點(diǎn)工藝比較復(fù)雜，吸收效率有時(shí)不高吸收液需要再次處理，否則會(huì)造成污染。物理吸收和化學(xué)吸收的根本不同點(diǎn)在于吸收劑與氣體溶質(zhì)的分子間的力不同。物理吸收中的各分子間為范德華引力，而化學(xué)吸收中為化學(xué)鍵力，這二者的區(qū)別構(gòu)成它們?cè)谖掌胶饩€、熱效應(yīng)、溫度對(duì)吸收的影響以及吸收選擇性等方面的不同。

物理吸收和化學(xué)吸收的原理比較吸收設(shè)備要求氣液之間有較大接觸面積和一定接觸時(shí)間氣液之間擾動(dòng)強(qiáng)烈、吸收阻力低、吸收效率高氣流通過(guò)時(shí)壓損小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作維修方便具有相應(yīng)的抗腐蝕和防堵塞能力吸收設(shè)備吸收劑選擇溶解度大，提高吸收速度并減少吸收劑用量選擇性好，對(duì)溶質(zhì)組分以外其他組分溶解度很低或基本不吸收揮發(fā)度低對(duì)設(shè)備腐蝕性小主要內(nèi)容捕獲的概念、分類吸收法吸附法膜分離法其他方法氣體吸附吸附用多孔固體吸附劑將氣體（或液體）混合物中的組分濃集于固體表面吸附質(zhì)－被吸附物質(zhì)吸附劑－附著吸附質(zhì)的物質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：效率高、可回收、設(shè)備簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：吸附容量小、設(shè)備體積大吸附——解吸吸附劑顆粒吸附劑放其中選擇吸附解吸吸附選擇性吸附可逆性含CO2混合氣物理吸附和化學(xué)吸附物理吸附化學(xué)吸附1.吸附力－范德華力；2.不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過(guò)程快，瞬間達(dá)到平衡；4.放熱反應(yīng)；5.吸附可逆；1.吸附力－化學(xué)鍵力；2.發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；3.過(guò)程慢；4.升高溫度有助于提高速率；5.吸附不可逆；物理吸附和化學(xué)吸附同一污染物可能在較低溫度下發(fā)生物理吸附若溫度升高到吸附劑具備足夠高的活化能時(shí)，發(fā)生化學(xué)吸附低溫有利于物理吸附，高溫利于化學(xué)吸附增大氣相壓力利于吸附吸附劑吸附劑需具備的特性內(nèi)表面積大具有選擇性吸附作用高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)和熱穩(wěn)定性吸附容量大來(lái)源廣泛，造價(jià)低廉良好的再生性能吸附劑吸附等溫線要有效分離回收純CO2，需要預(yù)先除去比CO2吸附力更強(qiáng)的組分，如水、SO2、NOx等變溫吸附法(TSA)

TemperatureSwingAbsorption在較低溫度（常溫或更低）下進(jìn)行吸附，而升高溫度將吸附的組分解吸出來(lái)。變溫吸附是在兩條不同溫度的等溫吸附線之間上下移動(dòng)進(jìn)行著吸附和解吸。由于常用吸附劑的熱傳導(dǎo)率比較低，加溫和冷卻的時(shí)間就比較長(zhǎng)，所以吸附床比較大，而且還要配備相應(yīng)的加熱和冷卻設(shè)施，能耗、投資都很高，另外溫度大幅度周期性變化會(huì)影響到吸附劑的壽命。優(yōu)點(diǎn)是它可適用于許多場(chǎng)合，產(chǎn)品損失少，回收率高，因此目前仍為一種應(yīng)用較廣的方法。變壓吸附PSA

（PressureSwingAbsorption）利用吸附劑的吸附容量隨壓力變化而變化的特性，在加壓時(shí)完成混合氣體的吸附分離，降壓條件下完成吸附劑的再生，從而實(shí)現(xiàn)氣體分離及吸附劑循環(huán)使用的目的吸附劑通常為分子篩、活性炭、硅膠、活性氧化鋁等PSA工藝較使用的氣源為CO2含量在20-80%之間的各種工業(yè)氣體變壓吸附法吸附床解吸床二氧化碳原料氣二氧化碳產(chǎn)品其它氣體加壓吸附降壓解吸吸附量壓力CO2其它變溫壓吸附法(PTSA)脫水煙道氣第一級(jí)PTSA第二級(jí)PSA回收CO2兩級(jí)系統(tǒng)第一級(jí)常壓吸附，加熱降壓解吸，比單純PSA節(jié)能11%經(jīng)過(guò)第二級(jí)PSA，CO2純度可達(dá)99%，整體能耗降低50%化學(xué)變溫吸附法(CTSA)特殊化學(xué)吸附材料常壓吸附，升溫解吸適合高溫?zé)煹罋猓?00~700℃）兩級(jí)系統(tǒng)第一級(jí)常壓吸附，加熱降壓解吸，比單純PSA節(jié)能11%經(jīng)過(guò)第二級(jí)PSA，CO2純度可達(dá)99%，整體能耗降低50%主要內(nèi)容捕獲的概念、分類吸收法吸附法膜分離法其他方法膜分離法利用某些聚合材料如醋酸纖維、聚酰亞胺、聚砜等對(duì)不同氣體的滲透率的不同來(lái)分離氣體。驅(qū)動(dòng)力是壓差，當(dāng)膜兩邊存在壓差時(shí)，滲透率高的氣體組分以很高的速率透過(guò)薄膜，形成滲透氣流，滲透率低的組分則留在進(jìn)氣側(cè)，從而達(dá)到分離的目的。膜法分離CO2的原理氣體分離膜法分離CO2的原理：依靠CO2氣體與薄膜材料之間的化學(xué)或者物理作用，使得CO2快速溶解并穿過(guò)該薄膜，從而使該組分在膜原料側(cè)濃度降低，而在膜的另一側(cè)CO2達(dá)到富集膜分離法混和氣CO2其它中空纖維管優(yōu)點(diǎn)：無(wú)相變，能耗低，一次性投資較少，占地面積小，操作簡(jiǎn)單，維修保養(yǎng)容易，便于擴(kuò)充氣體處理容量?jī)H適用于CO2濃度高的混合氣膜分離法膜材料有機(jī)膜：聚砜、聚酰亞胺、聚乙烯、聚酰胺 特點(diǎn)：分離系數(shù)高，但氣體透過(guò)量低，使用溫度低無(wú)機(jī)膜：氧化鋁膜、沸石分子膜、碳分離膜 特點(diǎn)：耐熱、耐酸、耐烴類腐蝕，氣體滲透率比有機(jī)膜大，但分離系數(shù)小溫故而知新CO2捕獲的概念按原理分，CO2捕獲方法的分類吸收法，分類吸附法，分類膜分離技術(shù)的研究制備高滲透性、高選擇性的分離膜材料新的成膜技術(shù)，制備具有理想形態(tài)結(jié)構(gòu)的膜材料探索能和CO2發(fā)生可逆反應(yīng)而與其他氣體不反應(yīng)且滲透性很低的材料氣體膜分離技術(shù)與其他分離過(guò)程結(jié)合技術(shù)工業(yè)應(yīng)用工作壓力大型化應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn) 題未來(lái)研發(fā)的方向吸收法化學(xué)法

(MEA)脫除天然氣中的CO2，脫除煙氣中的CO2分壓3.5-17kPa再生的能耗；其他酸性氣體的預(yù)處 理開發(fā)具有更高CO2容量和更低能耗需求；新的接觸反應(yīng)器物理法（冷甲醇）脫除天然氣中的CO2，脫除煙氣中的CO2分壓

>525kPa再生的優(yōu)化開發(fā)具有更高CO2容量和更低能耗需求；新的接觸反應(yīng)器吸附法變壓吸附產(chǎn)氫工藝中CO分離，

2脫除天然氣中的CO2，脫除煙氣中的CO2高壓吸附劑容量低，選擇 性差，受到低溫 的限制，產(chǎn)生的

CO純度不高，

2

壓力較低開發(fā)新的具有能在水蒸氣存在的情況下吸附CO2的吸附劑；開發(fā)能產(chǎn)生更高純度CO2的吸附/脫附方法變溫吸附產(chǎn)氫工藝中CO2分離，脫除天然氣中的CO2高壓再生能耗高，工作周 期長(zhǎng)（調(diào)溫速度 慢）開發(fā)新的具有能在水蒸氣存在的情況下吸附CO2的吸附劑；開發(fā)能產(chǎn)生更高純度CO2的吸附/脫附方法膜無(wú)機(jī)膜（陶 瓷，鈀）產(chǎn)氫工藝中CO2分離，脫除天然氣中的CO2高壓比聚合體膜單位體積 具有少得多的表 面積開發(fā)能夠同時(shí)進(jìn)行燃料重整和H2/CO2分離的膜反應(yīng)器；聚合體產(chǎn)氫工藝中CO2分離，脫除天然氣中的CO2高壓CO2的選擇性，膜降解問(wèn)題新的合成方法主要CO2捕獲工藝比較主要內(nèi)容捕獲的概念、分類吸收法吸附法膜分離法其他方法低溫液化分離法根據(jù)氣體組分不同的液化溫度，將氣體的溫度降低到露點(diǎn)以下，使其液化，然后通過(guò)精餾方法分離各種組分CO2的臨界點(diǎn)（31.1℃、7.38MPa），壓力高于7.38MPa，溫度低于31.1℃，CO2變?yōu)橐簯B(tài)，從而達(dá)到分離目的對(duì)于CO2含量較高的混合氣體比較經(jīng)濟(jì)合理CO2含量較低的混合氣需經(jīng)過(guò)多次壓縮冷卻后才能引起CO2相變低溫液化分離法優(yōu)點(diǎn)：回收率高，純度高缺點(diǎn)：為提高分離效率，需要使用傳統(tǒng)的制冷循環(huán)系統(tǒng)增加冷卻效果，以促使CO2迅速液化，因此能耗高，經(jīng)濟(jì)性較差催化燃燒法對(duì)于二氧化碳?xì)馓锇樯鷼?，含量?3～89％之間，其余11％左右是以甲烷為主的飽和烴，利用催化氧化法技術(shù)，加入純氧在鈀碳催化劑作用下，把烴類雜質(zhì)燒掉。這種方法要加入過(guò)量純氧來(lái)助燃，催化燃燒要在300℃以上操作，流程比較復(fù)雜，能耗較高，還有一些硫化物等不燃燒的雜質(zhì)難以除盡。催化燃燒法空氣壓縮液化精餾混合加熱燃燒冷卻二氧化碳原料氣氧氣二氧化碳產(chǎn)品能夠把碳?xì)浠衔镅趸蒀O2和H2O.

操作條件:>300oC,充足的O2，凈化度低。反應(yīng)后需要進(jìn)一步低溫液化，耗能高。低溫蒸餾法石油開采時(shí)向油層注入CO2，可以提高原油采收率，同時(shí)也產(chǎn)生大量的油田伴生氣，隨著采油次數(shù)的增加，伴生氣中CO2的含量可能增加到90%以上。為了降低采油成本，提高采油量，必須從伴生氣中把CO2分離出來(lái)，再注入油井中。低溫蒸餾法主要用于分離回收油田伴生氣中的CO2，本法設(shè)備龐大、能耗較高，一般很少使用，只適用于油田開采現(xiàn)場(chǎng)，提高采油率。55吸收法吸附法膜分離法催化燃燒法適合低濃度氣體化肥廠變換氣脫碳還沒(méi)有大規(guī)模工業(yè)化實(shí)例脫出可燃雜質(zhì)操作成本高開發(fā)新的回收技術(shù)常用CO2捕獲技術(shù)匯總低溫蒸餾法只適用于油田提高采油率吸附精餾法液膜法離子液體循環(huán)吸收法CO2捕獲面臨的挑戰(zhàn)吸收速度、吸收能力、設(shè)備腐蝕、預(yù)處理、溶劑再生（吸收／再生工藝

）以及能耗。高成本（投資和運(yùn)行費(fèi)用）是阻礙二氧化碳捕捉技術(shù)市場(chǎng)化的一大障礙。檢測(cè)、綜合評(píng)價(jià)捕獲方法按捕獲流程分類燃燒后捕獲燃燒前捕獲富氧燃燒燃燒后系統(tǒng)燃燒后系統(tǒng)，從一次燃料在空氣中燃燒所產(chǎn)生的煙道氣體中分離CO2通常使用液態(tài)溶劑從主要成分為氮的煙氣中捕獲少量的CO2成分（一般占體積的3-15%）。對(duì)于現(xiàn)代粉煤（PC）電廠或天然氣復(fù)合循環(huán)（NGCC）電廠，目前的燃燒后捕獲系統(tǒng)通常采用有機(jī)溶劑，如單乙醇胺（MEA）、MDEA。存在的主要問(wèn)題是裝置的能耗較高，且吸收劑的氧化降解較嚴(yán)重Post-CombustionCO2CaptureEmissionControlSO2,NOx,Hg,ParticulateSTEAMWATERCoal*50%C20%H2O12%O25%Ash3%H2(S,Hg)CO2CaptureAir78%N221%O2PurifiedCO2toStorageRegenerationFlueGas12%CO2

74%N26%H2O4%O2

1.0tonCoal~2.5tonsCO2燃燒后捕獲

中國(guó)華能集團(tuán) 在華能北京熱 電廠建設(shè)10萬(wàn)t/aCO2捕集示范裝置該項(xiàng)目被列入中澳聯(lián)合聲明“中澳潔凈煤工作組”的第一個(gè)項(xiàng)目吸收塔再生塔再沸器預(yù)處理器煙氣工藝流程吸收塔再生塔胺回收加 熱器洗滌液 儲(chǔ)槽溶液儲(chǔ)槽再生氣分離器貧液冷 卻器填料燃燒前系統(tǒng)燃燒前系統(tǒng)在一個(gè)有蒸汽和空氣或氧的反應(yīng)器中處理一次燃料，產(chǎn)生主要成分為一氧化碳和氫的混合氣體。在第二個(gè)反應(yīng)器內(nèi)通過(guò)一氧化碳與蒸汽的反應(yīng)生成其余的氫和CO2。可從最后產(chǎn)生的由氫和CO2組成的混合氣體分離出一個(gè)CO2氣流和一個(gè)氫流。燃料轉(zhuǎn)化步驟較為復(fù)雜，與燃燒后系統(tǒng)相比成本較高，但反應(yīng)器產(chǎn)生的高濃度CO2（在烘干條件下一般占體積的15—60%），在這些應(yīng)用中采用的高壓則更有利于CO2的分離。燃燒前系統(tǒng)可以在采用整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)（IGCC）技術(shù)的電廠中使用。CO2capture★IGCC

(pre-combustioncapture)燃燒前CO2脫除系統(tǒng)（Pre-combustion）現(xiàn)有的近零排放電站美國(guó)－未來(lái)電力FutureGen中國(guó)－綠色煤電GreenGen歐盟－氫能發(fā)電HypoGen日本－EAGLE計(jì)劃,C3BP(美國(guó)，澳大利亞，英國(guó))面向未來(lái)，世界主要國(guó)家相繼開始了近零排放電站的研發(fā)和示范富氧燃燒系統(tǒng)富氧燃燒系統(tǒng)用氧代替空氣作為助燃劑進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生以水汽和CO2為主的煙道氣體。產(chǎn)生的煙道氣體具有很高的CO2濃度（占體積的80%以上），然后通過(guò)對(duì)氣流進(jìn)行冷卻和壓縮清除水汽。富氧燃燒需要對(duì)空氣中的氧進(jìn)行上游分離，目前多數(shù)設(shè)計(jì)中假定氧的純度為95-99%。富氧燃燒作為在鍋爐中捕獲CO2的一種方法，目前還處于示范階段富氧燃燒示意圖發(fā)展趨勢(shì)：1.高壓系統(tǒng)，大幅縮小系統(tǒng)體積，更有利于CO2的液化和其它污染物的脫除；2.所有污染物直接進(jìn)行地質(zhì)封存ASUCO2N2O25.1富氧燃燒技術(shù)基本原理與類型富氧燃燒技術(shù)背景富氧燃燒技術(shù)的提出-----O2/CO2煙氣再循環(huán)技術(shù)

以燃煤電站捕集CO2為目標(biāo)-20世紀(jì)80年代較高純度氧氣代替燃燒空氣

部分煙氣再循環(huán)

CO2濃度達(dá)90%以上，煙氣可直接冷卻壓縮CO2集中排放源：火力發(fā)電鍋爐常規(guī)空氣燃燒鍋爐CO2濃度為15%左右煙氣中CO2濃度低，分離成本高4.1CO2膜分離原理富氧燃燒技術(shù)基本原理O2/CO2燃燒方式原理示意圖5.1富氧燃燒技術(shù)基本原理與類型分離再循環(huán)富氧燃燒技術(shù)特點(diǎn)5.1富氧燃燒技術(shù)基本原理與類型特點(diǎn)加快燃燒速度降低燃點(diǎn)溫度提高火焰溫度增加熱量利用率減少排氣量4.1CO2膜分離原理5.1富氧燃燒技術(shù)基本原理與類型5.1富氧燃燒技術(shù)基本原理與類型5.1富氧燃燒技術(shù)基本原理與類型5.1富氧燃燒技術(shù)基本原理與類型富氧燃燒技術(shù)主要類型—按燃燒裝置分（1）煤粉鍋爐富氧燃燒技術(shù)

氧氣純度90%以上，再循環(huán)煙氣比例70%左右，煙氣中CO2含量90%以上

實(shí)施最早，技術(shù)最成熟。（2）循環(huán)流化床鍋爐富氧燃燒技術(shù)

氧氣純度95%以上，煙氣中CO2含量90%以上，利于脫硫。（3）增壓富氧流化床燃燒鍋爐技術(shù)

煙氣壓力6-7MPa，氧氣純度95%以上，煙氣中CO2含量90%以上,易液化（4）氧氣與空氣混燃的富氧燃燒技術(shù)（微富氧燃燒）

氧氣含量40%左右，無(wú)煙氣再循環(huán)，煙氣中CO2含量40%左右，降低純氧燃燒成本，富氧燃燒技術(shù)主要類型—按實(shí)施對(duì)象分（1）對(duì)現(xiàn)役鍋爐改造5.1富氧燃燒技術(shù)基本原理與類型（2）新設(shè)計(jì)鍋爐設(shè)備按空氣燃燒設(shè)計(jì)運(yùn)行的鍋爐進(jìn)行富氧燃燒技術(shù)改造，對(duì)鍋爐設(shè)備及蒸汽循環(huán)系統(tǒng)影響不大，但電耗增加（10%左右）。改進(jìn)燃燒，優(yōu)化輻射，受熱面布置，提高受熱面高溫性能，優(yōu)化鍋爐設(shè)計(jì)5.1富氧燃燒技術(shù)基本原理與類型富氧燃燒技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析一方面：部分煙氣循環(huán)，排煙體積減小，排煙損失減小，鍋爐效率提高。另一方面：空氣分離制氧、CO2壓縮需要消耗大量電能。整體燃煤發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)性下降。5.2空氣分離制氧技術(shù)5.2空氣分離制氧技術(shù)富氧制備方法5.2空氣分離制氧技術(shù)5.2空氣分離制氧技術(shù)5.2空氣分離制氧技術(shù)5.2空氣分離制氧技術(shù)5.3煤粉鍋爐富氧燃燒技術(shù)煤粉在O2/CO2氣氛下的燃燒特性煤粉在空氣、富氧中燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性差別很大煤粉在CO2氣氛下?lián)]發(fā)分釋放特性與在N2中類似煤粉在O2/CO2氣氛下，CO2的存在不明顯改變煤焦的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性，高溫/低O2濃度時(shí)，焦炭具有較高活性，原因：C-CO2氣化反應(yīng)。煤粉在O2/CO2氣氛下，隨著氣氛中氧含量的增加，煤粉氣流的著火、燃燒與燃盡均大大改進(jìn)，煤焦著火點(diǎn)提前，燃燒時(shí)間縮短。5.3煤粉鍋爐富氧燃燒技術(shù)煤粉在O2/CO2氣氛下的污染物排放特性1、SO2與SO3的生成與排放特性空氣氣氛燃燒時(shí)：80%多的燃料硫轉(zhuǎn)化為SO2，未轉(zhuǎn)化部分歸功于灰分中堿性氧化物的固硫作用，4%左右SO2會(huì)轉(zhuǎn)化為為SO3。O2/CO2氣氛下燃燒時(shí)，SO2生成量有所降低，但是SO3生成量增加，原因可能是局部氧氣濃度過(guò)高，增加了SO2的氧化比例。由于煙氣再循環(huán)，排煙量為空氣燃燒時(shí)的1/3，排煙中的SO2濃度卻增加了，約為空氣燃燒時(shí)的3倍，酸蒸汽凝結(jié)溫度提高，鍋爐尾部低溫受熱面腐蝕問(wèn)題更突出。5.3煤粉鍋爐富氧燃燒技術(shù)煤粉在O2/CO2氣氛下的污染物排放特性2、NOx的生成與排放特性O(shè)2/CO2氣氛下燃燒時(shí)，NOx生成量有所降低，原因（1）不存在N2，熱力型NOx生成量很少；（2）C-CO2反應(yīng)生成CO，促進(jìn)了NO的還原。煤中氮含量0.5-2.5%，煙氣中NOx中70-80%來(lái)自于燃料型NOx，燃燒過(guò)程中燃料型NOx生成與還原同時(shí)存在，并不是燃料中的氮全部轉(zhuǎn)化為NOx。5.3煤粉鍋爐富氧燃燒技術(shù)煤粉在O2/CO2氣氛下的污染物排放特性2、NOx的生成與排放特性NOx轉(zhuǎn)化率影響因素主要是煙氣中的氧量：生成速率與氧氣濃度的平方成正比富氧燃燒時(shí)，局部與總體氧濃度均高于空氣燃燒，NOx生成量增加；同時(shí)C-CO2氣化反應(yīng)生成CO，可以還原NOx，競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，最終結(jié)果NOx生成量降低。最終應(yīng)以燃燒效率為主，而不是刻意追求低NOx燃燒。富氧燃燒NOx排放總量降低，但由于排煙量減小，排煙中NOx濃度是增大的。5.3煤粉鍋爐富氧燃燒技術(shù)富氧煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究多為小規(guī)模實(shí)驗(yàn)臺(tái)，還沒(méi)有大型全尺寸的富氧燃燒電站投入運(yùn)行，因此可供參考的數(shù)據(jù)很少。組織燃燒方式跟空氣燃燒類似，結(jié)構(gòu)也基本相同，一次風(fēng)/二次風(fēng)1、鍋爐爐膛特點(diǎn)

空氣燃燒時(shí)：低NOx燃燒，需要適當(dāng)降溫，足夠停留時(shí)間，因此容積熱負(fù)荷較小，爐膛較大；富氧燃燒時(shí)：不需特意滿足低NOx燃燒要求，爐膛可小些，容積熱負(fù)荷大于空氣燃燒時(shí)。富氧燃燒鍋爐漏風(fēng)會(huì)降低鍋爐熱效率、增加風(fēng)機(jī)耗電而且會(huì)引入較多的N2增加排煙功耗，密封要求高于空氣燃燒鍋爐富氧煤粉鍋爐設(shè)計(jì)與傳熱特點(diǎn)5.3煤粉鍋爐富氧燃燒技術(shù)2、富氧燃燒鍋爐輻射與對(duì)流換熱特點(diǎn)（1）輻射換熱

由于三原子氣體份額較大，爐膛總輻射量大于空氣燃燒。CO2輻射率的增加在低溫區(qū)較突出（25%以上），高溫區(qū)增量不大（小于5%）；H2O的輻射量較穩(wěn)定（20%）。（2）對(duì)流換熱

煙氣中CO2濃度較高，導(dǎo)致煙氣密度、比熱容及導(dǎo)熱系數(shù)均增加，黏度降低。對(duì)流換熱系數(shù)較空氣氣氛下增大

富氧燃燒總煙氣量是減少的，因此對(duì)流換熱相對(duì)于空氣燃燒時(shí)減少的，而爐膛輻射換熱量較空氣是增加的。5.3煤粉鍋爐富氧燃燒技術(shù)（3）鍋爐尾部煙氣處理與空氣燃燒區(qū)別較大，對(duì)于新設(shè)計(jì)的富氧燃燒鍋爐，取消煙氣脫氮脫硫設(shè)備，一起并入到CO2凈化與壓縮過(guò)程中去，硫化物/氮化物有資源化利用的可能性。電廠CO2捕集技術(shù)路線燃燒后捕碳技術(shù)適合傳統(tǒng)燃煤電廠燃燒前捕碳技術(shù)適合IGCC電廠富氧燃燒技術(shù)適合傳統(tǒng)燃煤電廠吸收法吸附法膜分離法燃煤電站捕碳技術(shù)

深冷法能耗成放

本？

大變壓吸附新穎的CO2捕集方案—化學(xué)鏈燃燒CLC

無(wú)火焰化學(xué)鏈燃燒將傳統(tǒng)燃燒反應(yīng)分解為兩個(gè)氣固化學(xué)反應(yīng)：燃燒側(cè)：燃料+MO(金屬氧化物)→CO2+H2O+M(金屬）空氣側(cè)：M(金屬）+

O2（空氣）→MO(金屬氧化物）

化學(xué)鏈燃燒CLC金屬氧化物（ＭＯ）與金屬（Ｍ）在兩個(gè)反應(yīng)之間循環(huán)使用，一方面分離空氣中的氧，另一方面?zhèn)鬟f氧燃料從ＭＯ獲取氧，無(wú)需與空氣接觸避免了被Ｎ２稀釋。燃料側(cè)的氣體生成物為高濃度的CO2和水蒸氣，采用物理冷凝法即可分離回收CO2，燃燒分離一體化節(jié)省了大量能源，為燃料反應(yīng)器的吸熱反應(yīng)提供低溫?zé)?，因而提高高溫空氣反?yīng)器產(chǎn)生的熱量。載氧體金屬氧化物顆粒作為氧的載體在燃料反應(yīng)器與空氣反應(yīng)器之間循環(huán)使用,是實(shí)現(xiàn)CLC系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的核心要素之一。為了增強(qiáng)循環(huán)顆粒的整體機(jī)械性能和反應(yīng)活性,金屬氧化物需要用一種惰性物質(zhì)作為載體。這種由金屬氧化物和載體構(gòu)成的物質(zhì)一般被稱為載氧體,必須滿足以下特性:強(qiáng)氧化還原反應(yīng)活性和抗磨擦抗沖擊機(jī)械性能，以適用于連續(xù)切換的放熱、吸熱反應(yīng);具有高載氧能力以實(shí)現(xiàn)燃料的高轉(zhuǎn)化率;另外還要具備反應(yīng)積炭少、不結(jié)焦、成本低、環(huán)境友好和易制備等特點(diǎn)化學(xué)鏈燃燒CLC化學(xué)鏈燃燒技術(shù)的能量釋放機(jī)理是通過(guò)燃料與空氣不直接接觸的無(wú)火焰化學(xué)反應(yīng)，打破了自古以來(lái)的火焰燃燒概念，開拓了根除NOx產(chǎn)生與回收CO2的新途徑。由于化學(xué)鏈燃燒中燃料與空氣不直接接觸，空氣側(cè)反應(yīng)不產(chǎn)生燃料型NOx。另外，由于無(wú)火焰的氣固反應(yīng)溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)的燃燒溫度因而可以控制熱力型NOx的生成。這種根除NOx的生成（而不是某種程度的減少），對(duì)解決環(huán)境污染問(wèn)題是一個(gè)重大突破。燃煤電廠煙道氣CO2捕集技術(shù)——山東東營(yíng)勝利油田勝利發(fā)電廠燃煤電廠煙氣具有CO2分壓低、氣體組分復(fù)雜的特點(diǎn)，同時(shí)產(chǎn)品CO2純度要求較高（99%），增大了捕集難度。CO2分壓低CO2含量低，12%-15%進(jìn)氣壓力：常壓氣體組分復(fù)雜O2，4%-7%Ｎ２，

75％SO2400mg/m3NOx700mg/m31、開發(fā)了電廠煙氣CO2捕集工藝研究進(jìn)展研究進(jìn)展結(jié)合燃煤電廠煙氣特點(diǎn)、產(chǎn)品CO2純度需求，綜合考慮技術(shù)成熟度及經(jīng)濟(jì)性，最終確定選用以胺類溶液為主的化學(xué)吸收工藝捕集方法產(chǎn)品純度適用CO2分壓化學(xué)吸收法熱鉀堿法99％中高分壓胺法99％低分壓變壓吸附法95％高分壓膜處理法95％高分壓低溫分餾法95％高分壓研究進(jìn)展化學(xué)吸收工藝是通過(guò)CO2與化學(xué)吸收液之間的可逆反應(yīng)即低溫下吸收，高溫下解吸來(lái)實(shí)現(xiàn)CO2捕集。篩選吸收溶液煙氣預(yù)處理確定關(guān)鍵工藝參數(shù)研究進(jìn)展吸收溶液：通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)，確定采用MSA溶劑作為中試碳捕集吸收劑。

MSA溶劑一種以MEA為主的復(fù)合吸收劑，添加了活性胺、緩蝕劑、抗氧化劑等輔助成分。研究進(jìn)展MSA吸收能力提高30%，同時(shí)腐蝕速率、降解速率有大幅下降。溶液腐蝕速率（碳鋼）mm/aMEA2.2MSA0.0030胺氧化降解胺與CO2降解吸收能力(L/L)吸收解吸再吸收30%2530354045降解率％降解率％MSA與單一MEA性能比較研究進(jìn)展吸收溫度維持在40℃煙氣從50-60℃冷卻至40℃、維持系統(tǒng)水平衡盡可能降低SO2、NOx等雜質(zhì)酸性組分含量脫除脫硫后攜帶的粉塵、固體雜質(zhì)避免反應(yīng)生成不可再生的熱穩(wěn)定性鹽，造成溶劑損失；減少后續(xù)系統(tǒng)腐蝕避免污染溶液及堵塞后續(xù)系統(tǒng)在引風(fēng)機(jī)前增設(shè)堿洗塔水+NaHCO3塔內(nèi)堿液定期更換煙氣預(yù)處理煙氣預(yù)處理：為滿足MSA化學(xué)吸收工藝要求，采用堿洗工藝對(duì)煙氣進(jìn)行預(yù)處理，在冷卻煙氣的同時(shí)除去粉塵及SO2等雜質(zhì)酸性氣體。研究進(jìn)展工藝參數(shù)優(yōu)化：采用數(shù)值模擬方法，對(duì)煙氣二氧化碳捕集工藝過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化研究，得到了吸收、解吸關(guān)鍵參數(shù)對(duì)捕集性能的影響規(guī)律，并針對(duì)100t/d電廠煙氣CO2捕集工況優(yōu)化了工藝參數(shù)。吸收液流量：110-130m3/h吸收溫度：35℃-45℃解吸溫度：110℃-115℃溶液濃度：總胺濃度15%-20%（wt）最佳工藝參數(shù)研究進(jìn)展2、建成了勝利電廠100t/dCO2捕集純化工程捕集純化壓縮干燥液化儲(chǔ)存裝車MSA化學(xué)吸收工藝往復(fù)式三級(jí)壓縮硅膠吸附R-22氟利昂制冷劑真空絕熱儲(chǔ)罐捕集率：80%純度：99.5%出口壓力：2.5MPa出口溫度：40℃水露點(diǎn)≤－40℃液化溫度：-20℃儲(chǔ)存壓力：2.2MPa儲(chǔ)存溫度：-20℃采用自主開發(fā)的MSA化學(xué)吸收工藝，建成了勝利電廠100t/dCO2捕集純化裝置。設(shè)計(jì)指標(biāo)：進(jìn)口煙氣流量為20000Nm3/h（CO2含量14%），液態(tài)CO2