Клімат Землі зазнає значної зміни, що характеризується глобальним потеплінням, що матиме важливий вплив на глобальну екосистему та соціальний та економічний розвиток. Дослідження показали, що це в основному пов'язане з потеплінням ефекту парникових газів, таких як СО2, що випромінюється людьми, використовуючи викопне паливо. В останні десятиліття викиди СО2 збільшуються з економічним розвитком. У 2006 році світові викиди СО2 досягли 28 мільярдів тонн, з яких Китай становив 20,2%. Викопні паливи, такі як вугілля, нафта та природний газ, є основними джерелами викидів СО2, а вугілля викидає найбільше СО2. Вугілля - відносно "брудне" джерело енергії. Вугілля з однаковою калорійною цінністю випромінює набагато більше СО2, ніж нафтогазовий та природний газ, і є найважливішим джерелом викидів СО2. У 2006 році вугілля становило лише 26% світового споживання первинної енергії, але його викиди СО2 становили 41,7%. Ця проблема особливо помітна в моїй країні: у 2007 році споживання вугілля моєї країни становило 2,59 мільярда тонн, що становить 69,5% первинного споживання енергії моєї країни та понад 80% викидів CO2 в моїй країні. З цього для виробництва електроенергії було використано 1,31 мільярда тонн. У 2008 році генерація теплової енергії становила 80% загальної виробництва електроенергії моєї країни, більшість з яких були з вугільних електростанцій. Через низьку ціну, рясні запаси та легкий доступ, вугілля залишатиметься основним джерелом енергії моєї країни довгий час.
В даний час існують в основному такі способи контролю викидів СО2: підвищення енергоефективності, використання відновлюваної енергії, таких як енергія вітру, сонячна енергія, енергія біомаси та ядерна енергія, а також використовують технологію захоплення CO2 для спалювання викопних палив.
В найближчому майбутньому викопне паливо буде продовжувати залишатися нашим основним джерелом енергії, що вимагає від нас прийняти технологію захоплення та зберігання CO2 (CCS) для зменшення викидів CO2. Теплові електростанції є найважливішим джерелом викидів СО2, а їх викиди СО2 перевищують 40% від загальної кількості. Завдяки їх централізованим викидам та легким контролем вони стали основними об'єктами додатків технології захоплення та зберігання CO2.
Захоплення та зберігання CO2 відноситься до колекції CO2, що випромінюється електростанціями, а потім транспортування його до місця зберігання CO2 через трубопровід. Ця стаття в основному зосереджена на технології захоплення CO2. В даний час існує три основні типи технологій захоплення CO2:
Технологія захоплення після покупки
Технологія згоряння, збагачена киснем
Технологія захоплення попереднього покупки
Ключові слова: захоплення CO2; теплова електростанція; Кормування, збагачене киснем; Захоплення димових газів; Захоплення до покупки
Технологія захоплення після покупки
Технологія захоплення після покупок використовується для захоплення вуглецю в димовому газі після горіння. Він використовує моноетаноламін (MEA) або інші розчини, щоб безпосередньо поглинати СО в димовому газі для захоплення. Розчин MEA - це органічний хімічний розчинник, який використовувався для видалення кислих домішок газу в природному газі, таких як CO2, H2S тощо. Більше 60 років. Його поглинання СО2 належить до хімічної адсорбції, яка може вивільняти СО2 під нагріванням. Використання цього методу для захоплення СО2 у димовому газі може видалити 75%~ 90%CO2 у димовому газі та отримати CO2 з чистотою 99%.
Для захоплення CO2 у димовому газі до обладнання необхідно додати башту для поглинання та вежу регенерації для поглинання та звільнення CO2. Крім того, парову систему потрібно модифікувати для витягування пари для нагрівання розчину та звільнення CO2. Через низький тиск димового газу (як правило, близький до атмосферного тиску), низьку концентрацію СО2 (10%~ 15%) та величезний потік газу, система захоплення велику і споживає багато енергії. Основна втрата енергії технології захоплення після покупки полягає в регенерації рішення MEA. За підрахунками, для новобраних одиниць із захопленням СО2 ефективність знизиться приблизно на 20% ~ 30% порівняно з одиницями з однаковими параметрами, а енергія, що споживається регенерацією розчину МЕА, становить більше половини загальної споживаної енергії. Енергія, необхідна для регенерації, зазвичай надходить від вилучення пари низького тиску турбіни. ALSTOM вивчав модифікацію зйомки CO2 у Сполучених Штатах, показавши, що 79% пари після циліндра середнього тиску використовується для регенерації розчину MEA. Оскільки вилучення пари заважає пристрою працювати в оптимальних умовах, ефективність продовжить знижуватися.
Крім того, кислі гази, такі як SO2 та NO2 у димовому газі, реагуватимуть з розчином МЕА для отримання стабільних солей, що призводить до втрати розчину МЕА. Отже, вміст кислих газів у димовому газі потрібно контролювати приблизно в 10х10 ". Це вимагає модифікації системи десульфуризації для підвищення ефективності десульфуризації. Як і для NOX, оскільки ніXУ димовому газі в основному немає, а NO2 становить лише близько 5%, звичайна система SCR може задовольнити потреби.
Технологія згоряння, збагачена киснем
Технологія згоряння, збагаченого киснем, використовує технологію виробництва кисню для проведення чистого кисню та частини переробленого димового газу в котел для згоряння, так що концентрація СО2 у димовому газі досягає понад 95%, що може бути безпосередньо стиснути та очистити.
Обладнання для зйомки CO2 за допомогою технології згоряння, збагаченого киснем, в основному включає пристрої поділу повітря, пристрої для рециркуляції димових газів та пристрої стиснення та очищення CO2. Основна втрата енергії технології, збагаченого киснем, полягає у розділенні повітря для отримання кисню. В даний час зазвичай використовується технологія охолодження та поділу повітря, споживає багато енергії, а необхідна електроенергія становить близько 18% від загальної кількості виробництва електроенергії. У той же час, через зменшення потоку димових газів та зменшення втрати тепла вихлопу, ефективність котла може бути підвищена приблизно на 3%. Загалом, ефективність усієї електростанції знизиться на 20%~ 30%. Наразі вивчаються нові технології виробництва кисню з низькими витратами, такі як технологія кисневої та іонної транспортної мембрани (OTM). Після прориву вартість технології згоряння, збагаченої киснем, може бути значно знижена.
Завдяки безперервному циркуляції димового газу концентрація SO2 у димовому газі в 2 ~ 3 рази перевищує спалювання повітря. Якщо вміст сірки вугілля високий, димовий газ повинен бути витягнутий після системи десульфуризації для запобігання корозії обладнання. Якщо він не високий, обладнання для десульфуризації можна скасувати. НіXВикиди значно скоротиться під передумовою застосування технології спалювання низького рівня NOX. З одного боку, це тому, що в димовому газі бракує N2, і немає теплового ніXгенерується. З іншого боку, NOX можна додатково зменшити під час кровообігу. Після стиснення CO2 та зрідження, непровідні гази, включаючи надлишок кисню, що протікають у повітря котла, SO2, ніXтощо, буде відокремлено; Забруднювачі можуть бути оброблені відповідно до місцевих вимог щодо охорони навколишнього середовища.
Технологія захоплення попереднього поєднання в основному використовується спільно з технологією IGCC. IGCC (інтегрований газифікаційний комбінований цикл) - це передова технологія, яка поєднує технологію газифікації вугілля з комбінованим циклом. Система IGCC повинна додати реактор зсуву, розділення CO2 та пристрій очищення стиснення для захоплення CO2. Вугілля перетворюється на синтезний газ, в основному складається з CO та H2, при високому температурі, високому тиску та багатиму киснем середовищу в газифікаторі: у реакторі зсуву, СО та водяна пара в синтезі Газ генерують СО та водню під дією каталізатора. Оскільки в цей час тиск газу високий, концентрація СО також висока, а метод диметилового ефіру поліетиленгліколу (SELEXOL) може використовуватися для поглинання СО. Цей метод є фізичним методом поглинання. Знижуючи тиск розчину, CO2 можна виділити, а розчин може бути відновлений. Його споживання енергії набагато менший, ніж у методу МЕА. У той же час, через високий тиск газу, споживання енергії наступного процесу стиснення СО2 також зменшується. Деякі вчені проаналізували систему IGCC 500 МВт і вважають, що після встановлення системи захоплення CO2 ефективність IGCC знизиться з 38,4% (HHV) до 31,2% (HHV). Серед них реактор конверсії та стиснення СО2 мають найбільший вплив, що знижує ефективність на 4,2% та 2,1% відповідно. Вартість видалення CO2 за допомогою цього методу становить близько 20 $/т.
Технічні перспективи
Технологія захоплення після покупки є найбільш зрілою технологією і була введена в використання. Перший в країні пристрій CO2 -пристрою CO2 на вугільній електростанції - Huaneng Peijing Теплова електростанція 3000 ~ 5000T/рік демонстраційна пристрій CO2 Capture використовує цю технологію. Технологія згоряння, збагаченого киснем, в даний час є дослідницькою точкою, але технологія не дуже зріла і в основному залишається на лабораторній та пілотній стадії. Найбільшим у світі проектом згоряння, збагаченого киснем, є проект Vattenfall 30 МВт, побудований у Німеччині у вересні 2008 року, який використовує технологію Alstom. Крім того, Чорні пагорби разом з B&W, Air Liquide та іншими компаніями побудуватимуть електростанцію, збагачену киснем 100 МВт у Вайомінгу, США. Планується, що проект буде завершений у 2015 році. Як технологія захоплення після об'єднання, так і технологія згоряння, збагачену киснем, можуть бути використані для перетворення існуючих електростанцій. Вартість технології згоряння, збагаченої киснем, є відносно низькою, але якщо фіксується лише частина CO2, технологія захоплення після пошкодження є більш придатною. IGCC-це найчистіша технологія, що працює на вугіллі у світі, але його висока вартість та незріла технологія обмежують її застосування. Однак після встановлення CO2 -захоплення його збільшення вартості є найменшою, а вартість видалення CO2 також є найнижчою. З розвитком технологій IGCC буде широко використовуватися в майбутньому. Недоліком є те, що ця технологія може використовуватися лише для нових електростанцій і не може бути використана для технічної трансформації існуючих електростанцій.
Незалежно від того, яка технологія використовується, є певні вимоги до сайту. Тому нещодавно розроблена електростанція повинна враховувати захоплення CO2, подумати, яку технологію використовувати заздалегідь, резервне місце для обладнання для видалення CO2 та знайдіть підходяще місце для зберігання поблизу.
Просування технології захоплення CO2
Незважаючи на те, що технологія захоплення CO2 стала дослідницькою точкою точки, вона ще не сприяла по всьому світу. В основному це пов'язано з такими факторами:
(1) Економічні міркування: Після захоплення СО2 ефективність усієї електростанції знизиться на 20%~ 30%, а вартість виробництва електроенергії значно зросте. Компанії, які вже отримали прибуток, не мають мотивації захоплювати CO2.
(2) Вплив національної політики: Захоплення СО2 повинно бути керований національною політикою. Уряд може розглянути питання про прийняття таких форм, як введення податку на викиди СО2 для сприяння застосуванню технології захоплення та зберігання СО2.
(3) Вплив національної політики: захоплення СО2 повинно бути кероване національною політикою. Уряд може розглянути питання про прийняття таких форм, як введення податку на викиди СО2 для сприяння застосуванню технології захоплення та зберігання СО2.
(4) Поінформованість громадськості: Після прийняття технології захоплення СО2 ціни на електроенергію неминуче різко зростуть. Незалежно від того, чи підвищує ціни на електроенергію чи стягнення податків на вуглець, його потрібно визнати та підтримувати громадськістю.
Побудова демонстраційних електростанцій - це ефективна міра для сприяння просуванню технології захоплення CO2. ЄС планував побудувати 12 масштабних демонстраційних електростанцій CO2, щоб підготуватися до масштабної просування по всьому світу у 2020 році.
Висновок
Введені три типи технологій захоплення CO2 для вугільних електростанцій, порівнюються переваги, недоліки та витрати різних технологій та проаналізовано просування технології захоплення СО2. Надмірна вартість все ще є основним фактором, що обмежує розвиток технології захоплення CO2. Слід здійснювати всебічні міркування, а інтегровані системи повинні бути розумно розроблені для зменшення витрат. Наприклад, генерований СО2 може бути використаний для збільшення швидкості відновлення нафти нафтових родовищ. У технології, збагаченої киснем, холодну енергію імпортного склатого природного газу можуть бути використані для поділу повітря для зниження витрат на виробництво кисню.
