《CO2捕集技术》课件
能源与可持续发展(co2 捕集)
分工情况:•xxx :•负责主讲•xxx :•负责主持•xxx :•负责ppt制作•xxx :•负责ppt制作•xxx :•负责收集资料,参与ppt制作背景:燃料燃烧就会向大气中释放二氧化碳（CO2）,而CO2的聚集会导致全球变暖和海水的酸化。
碳的捕集和储存（CCS）技术可以在源头捕集CO2并将其封储在存储设备中，从而减少温室效应。
背景:电力生产中所排放的CO2所占比例最大。
大约60%的排放来自于大型的固定排放源（10万吨CO2/年），使用天然气或煤作为燃料的火电厂大约占其中的30%。
全球大约有2000座年排放量超过100万吨CO2的电站，它们是CO2捕集的最重要的潜在目标。
碳捕集CO2是一种不稳定的气体，要从惰性气体（主要是氮气）中捕集CO2是非常困难的，成本相当高，还需要额外的能量。
由于传统的火电站是在大气压力下燃烧天然气或煤炭，在清洁的惰性气体排放到大气以前，CO2必须在非常困难的条件下分离出来。
这样做的目的是得到浓缩的易于传输的高压CO2气流。
碳捕集的三种方法之预燃烧CO2在燃烧之前分离出来，这一过程比较复杂但潜力巨大。
碳捕集的三种方法之后燃烧CO2从燃烧后的废气中分离出来。
这种方法将电站的能量输出减少了20%以上，但是CCS技术的开发重点目前集中在这一领域。
因为这种方法已经在用，而且现有的电站可以进行更新。
碳捕集的三种方法之全氧燃烧工艺用氧气替代燃烧过程中的空气，因此废气中主要含有CO2和水。
CO2可以通过冷凝分离出来。
现有电站可以根据全氧燃烧工艺的要求进行翻新，这一工艺颇具前景，目前一些示范电站已在建设之中。
碳捕集难题传统火电站的废气率非常高，例如一座400 MW的天然气发电设备废气率超过200万立方米/小时。
另外，高浓缩的溶剂输送到再生塔后释放出CO2，然后稀释的溶剂被输送回吸收塔中。
如何使液体分布器在塔柱交叉部位均匀喷洒是一大难题。
解决方案苏尔寿的液体分布器测试装置可以解决这些难题。
co2富集技术
co2富集技术
CO2富集技术主要有三种：燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集
燃烧前捕集：主要应用在IGCC（整体煤气化联合循环）系统中。
该技术将煤炭气化与燃气—蒸汽联合循环有效地结合起来，实现了能量的梯级利用。
煤炭在气化炉中被转化为煤气，煤气再经过处理，将其中的CO2分离出来，剩下的H2则被当作燃料使用。
这种技术的捕集系统小，能耗低，效率高，对污染物的控制能力强。
富氧燃烧：采用传统燃煤电站的技术流程，但通过制氧技术，将空气中大比例的氮气脱除，直接采用高浓度的氧气与烟道气的混合气体来替代空气。
这样得到的烟气中有高浓度的CO2气体，可以直接进行处理和封存。
然而，该技术面临的最大难题是制氧技术的投资和能耗太高。
燃烧后捕集：即从燃烧设备（锅炉、燃气机等）化石燃料燃烧的烟气中采用化学或物理方法对CO2进行选择性富集。
目前常用的CO2分离技术主要有化学吸收法（利用酸碱性吸收）和物理吸收法（变温或变压吸附），此外还有膜分离法技术。
这种技术相对成熟和简单，不需要大面积改造电厂，只需对原有电厂小幅改造即可满足脱碳要求，因此被认为是未来应用范围最广泛的碳捕集技术。
CO2回收及捕集技术
吸附——解吸
含CO2混合气
吸附剂颗粒
吸附剂放其中
吸附选择性 吸附可逆性
选择吸附
解吸
变压吸附法
其它气体Leabharlann 吸 附 量CO2其它
二氧化碳产品
加压吸附
降压解吸
压力
二氧化碳原料气
膜分离法
• 膜分离法是利用某些聚合材料制成的薄膜 对不同气体的渗透率的不同来分离气体的。 • 分离 CO2的膜材料通常采用醋酸纤维素膜、 聚砜膜、聚醚砜膜、 聚肽膜、 聚酰胺(PI)膜 等。新型膜材质如聚酰亚胺膜、聚苯氧改 性膜、二胺基聚砜复合膜、含二胺的聚碳 酸酯复合膜、丙烯酸酯的低分子含浸膜等
• 低温蒸馏法主要用于分离回收油田伴生气中的 CO2，本法设备庞大、能耗较高，一般很少使 用，只适用于油田开采现场，提高采油率。
常用回收二氧化碳的技术汇总
吸收法 吸附法 化肥厂变换 气脱碳 膜分离法 还没有大规模 工业化实例 催化燃烧法 脱出可燃杂质 操作成本高 低温蒸馏法 只适用于油田 提高采油率
吸收——解吸
含CO2混合气
吸收选择性
液滴吸收CO2 CO2解吸
7
吸收可逆性
化学吸收法
化学吸收法 低温吸收 高温解吸
8
物理吸收法
物理吸收法 加压吸收 降压解吸
9
吸附法
• 吸附法又分为变温吸附法(TSA)和变压吸附 法(PSA) • 吸附剂在高温(或高压)时吸附CO2，降温(或 降压)后将CO2解析出来，通过周期性的温度 (或压力)变化，从而使CO2分离出来。 • 常用的吸附剂有天然沸石、分子筛、活性 氧化铝、硅胶和活性炭等。
催化燃烧法
能够把碳氢化合物 氧化成CO2和H2O.
操作条件: >300º C, 充足的 O2，净化度 低。反应后需要进 一步低温液化，耗 能高。
二氧化碳捕集技术
４ 结 语
冷却 水 流量 。前 馈 变 量 （ Ｖ） 定 为 碳 二 进 料 中 乙 Ｆ 设 炔进 入 反应 器前 的 体积 分数 及 冷却 水 温度 。在 保 障
装置 安 全生 产 的基 础 上 ， 反 应 器 的转 化 率 和 选 择 使 性保 持恒 定 ； 与此 同时 ， 他 的 控 制 变 量 （ 反 应 器 其 如
版 社 ， ０ ０ ２０ ．
鬻罐 溉
二 氧 化 碳 捕 集 技 术
据相 关资 料报 道 ， 着人 类对 能 源需 求 的 不断 增加 ， 随 大量 煤炭 、 油 等化 石燃 料 被开 采 利用 ， 石 全球 排放 出 的 Ｃ 将从 ２ ０ Ｏ２ ０ ２年 的 ２ ６ ０ ｔ 加 到 ２ ３ ３ ×１ ｋ 增 ０ ０年 的 ３ ０ ０ ｔ 年 平 均增 长率 达 １ ７ 。这 期 间 ， 国 ８ ×１ ｋ ， ．％ 我 Ｃ 排放 也将 净 增 ３ ． ７ Ｏ ｔ 以 Ｃ Ｏｚ ８ ３ ×１ ｋ 。 Ｏ。为主 的 温 室气 体 排放 量 增 加 ， 仅导 致 了全 球 气候 急 剧 恶化 ， 不 而 且 威胁 着企 业 的安 全 生产 。２ ０ ０ ５年 ， 内某企 业合 成 氨 装 置就 因空 分 系 统 吸人 大量 Ｃ 结 冰后 堵 塞 冷 箱 ， 国 Ｏ 造 成装 置跳 车 ， 不得 不停 产 改 造 。 同时 ， 油 、 炭 资源 的 Ｅ渐 枯竭 也 需要 有 新 的碳 源进 行补 充 。 因此 ， 现 石 煤 ｔ 实
纯度 Ｃ 过 １０ ０ｋ ， 造 了显著 的社 会 效 益和 经 济效 益 。 ０超 ０ ｔ创
术 已 占据 ９ 的 国内市 场份 额 ， Ｏ 其应 用 范 围 已从传 统 的合 成 气 ｃ 捕 集 拓 展 到 天 然气 、 厂气 、 Ｏ Ｅ 循 Ｏ 炼 Ｅ ／Ｇ
co2的捕集和利用
co2的捕集和利用
二氧化碳的捕集和利用主要分为以下步骤：
1.捕集：将二氧化碳从工业生产、能源利用或大气中分离出来，以备后续处理的过程。
主要分为燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧、化学链捕集和直接从大气中捕集（DACCS）。
2.输送：将捕集的二氧化碳通过管道、压缩运输等方式，运送到可利用或可封存场地的过程。
3.封存：将捕集的二氧化碳注入深部地质储层，使二氧化碳与大气长期隔绝，从而进入“休眠态”。
主要的封存方式有陆地封存、海洋封存和碳酸盐化固体封存三种。
4.利用：通过工程技术手段，对捕集的二氧化碳实现资源化利用的过程。
这也是“化碳为宝”的关键一步，二氧化碳可以被用于生产聚乙烯，也可以用于生产植物油、碱式碳酸钠、纤维素、乙烯等用途。
请注意，二氧化碳的捕集和利用是一个复杂且成本较高的过程，但随着环保意识的增强和技术的进步，相信未来会有更多的发展。
气候变化与二氧化碳捕集与封存精品PPT课件
storage(CCS)
CO2捕集与封存是指CO2从相关源分离出来，输送 到一个封存地点，并且长期与人类生存空间隔绝 的过程。 这其中包括两个最主要的部分，源以及封存地点。
CCS过程包括 1、捕集 2、运输 3、封存
气候变化 与 二氧化碳封存
前言
我国西南地区旱灾
全球变暖的背景 ——我们面临的现状
• 什么是全球变暖 • 全球变暖的根源 • 目前的现状
1000年到2000年地表温度的变化的预测
（IPCC，2001）
预计，全球平均地表气温在未来100年将上升 1.4－5.8℃，这可能是近一万年中增温最快的。
遏制全球变暖的行动 ——我们在行动
存在的问题
1、海洋处置费用昂贵 2、对海洋生态系统产生危害 3、CO2可能会再次逸出海洋
矿物封存
即利用含镁和钙的硅酸盐矿物（如玄 武岩，橄榄石，蛇纹石等）与CO2反应， 将气态的CO2转化为可在地质时期内长 期保存的碳酸盐矿物。
矿物封存
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
3CO2的捕获讲解
主要内容
➢捕获的概念、分类 ➢吸收法 ➢吸附法 ➢膜分离法 ➢其他方法
气体吸附
➢吸附
用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中 的组分浓集于固体表面
吸附质－被吸附物质 吸附剂－附着吸附质的物质 ➢ 优点：效率高、可回收、设备简单 ➢ 缺点：吸附容量小、设备体积大
吸附——解吸
含CO2混合气 选择吸附
➢ 选择性较低，分离效果不理想，回收率低 ➢ 物理吸收工艺适于处理新型火电厂烟气中CO2 气
体高分压、高浓度的工况，目前的研究方向是寻 找性能更加优越的吸收剂，尤其是能够在CO2 低 分压下工作的
化学吸收法
➢ 烟气和吸收液在吸收塔内发生化学反应，CO2被 吸收至溶剂中，贫液变为富液，富液进入解析塔 加热分解出CO2，从而达到分离CO2的目的。
吸收设备要求
➢气液之间有较大接触面积和一定接触时间 ➢气液之间扰动强烈、吸收阻力低、吸收效
率高 ➢气流通过时压损小 ➢结构简单，制作维修方便 ➢具有相应的抗腐蚀和防堵塞能力
吸收设备
吸收剂选择
➢溶ห้องสมุดไป่ตู้度大，提高吸收速度并减少吸收剂用 量
➢选择性好，对溶质组分以外其他组分溶解 度很低或基本不吸收
➢挥发度低 ➢对设备腐蚀性小
空气
燃料
O2 N2
电、热
CO2， H2O
干燥 CO2
捕获方法
燃烧后捕集按捕集原理分类 ➢吸收法 ➢吸附法 ➢膜分离法
吸收法
➢ 概念：吸收法是根据气体混合物中各组分在液体 溶剂中物理溶解度和化学反应活性不同而将混合 物分离的一种方法。
➢ 优点：效率高、设备简单、一次投资相对较低等； ➢ 缺点：产生废液、设备易受腐蚀。 ➢ 分类：
二氧化碳捕集利用技术
二氧化碳捕集利用技术二氧化碳捕集利用技术是目前人们关注的话题。
我们都知道，二氧化碳是一种主要的温室气体，长期排放会导致地球气候变化，进一步加剧全球变暖等问题。
因此，通过二氧化碳捕集利用技术来减少二氧化碳的排放并将其转化为有用的化学品和材料，已经成为许多科学家和工程师所探索和研究的方向之一。
一、二氧化碳捕集技术二氧化碳的捕集技术可以分为三类：物理和化学吸收和分离。
物理吸收:物理吸收通过物理作用将二氧化碳从气体中分离。
常用的包括温度和压力摩尔吸收(desorption of carbon dioxide)。
这种方法可以通过调整气氛的温度和压力来改变二氧化碳的溶解度，使其转化成液体或固体或气体。
其中，温度摩尔法主要是通过改变温度来引起物质状态的转化。
压力摩尔法主要是通过改变压力来引起物质状态的转化。
物理吸收技术的特点在于，它具有易于操作和维护的优势，而且不需要高能耗。
化学吸收:化学吸收法通过化学反应将二氧化碳从气体中分离出来。
主要包括氨和MEA吸收，其中MEA吸收被广泛应用于电厂和化工厂中。
这种分离方法常常通过在吸收剂中加入反应物来将二氧化碳与其他物质分离出来。
其中，MEA吸收法原理是二氧化碳与MEA之间的化学反应，可以制备出MEA-carbonate溶液，在高温下进行再生。
分离技术:分离技术将碳捕集的流体中的碳与其他物质分离。
由于二氧化碳可溶于水，因此许多分离方法（如膜分离）都依赖于二氧化碳在水中的溶解度。
当二氧化碳溶液经过不同的膜时，不同大小的分子会被过滤出来，以此达到纯化和分离的目的。
相对而言，膜分离是一种成本低，效率高和易于维护的分离技术。
二、二氧化碳利用技术当二氧化碳被捕集、分离后，还可以进一步通过化学或生物转化为其他化学品或能源。
以下是主要的二氧化碳利用技术：1. 资源回收：捕集的二氧化碳可以经过分离和纯化后，制备出一些实用的产品，如烷基化物开合反应中的催化剂。
在这个过程中，二氧化碳充当反应过程中的关键物质，使其更加经济和环保。
CO捕集材料 ppt课件
反应过程如下：
常用胺类吸收剂
一级胺（伯胺）
有机胺结构
二级胺（仲胺） 三级胺（季胺）
液胺系统捕集吸收CO2反应顺序
醇胺吸收CO2反应机理
一、二级醇胺吸收剂的CO2反应机理
氨基酸 氨基酸盐
氨基酸（amino acid）： 含有氨基和羧基的一类有 机化合物的通称。生物功 能大分子蛋白质的基本组 成单位，是构成动物营养 所需蛋白质的基本物质。 是含有一个碱性氨基和一 个酸性羧基的有机化合物。 氨基连在α-碳上的为α-氨 基酸。组成蛋白质的氨基
氨基酸盐Amino-acid salts
相变吸收剂吸收CO2性能
几种相变试剂与MEA的吸收性能比较
DMCA再生能耗与MEA再生能耗对比
相变吸收剂DMCA的再生能耗 相比MEA标准试剂下降约35%
氨水吸收剂（NH3溶液）
优点：
CO2吸收能力高，约是MEA溶液的3倍 良好的CO2吸收反应速率 较低的再生能耗 不存在腐蚀、氧化降解等问题
未来几年新兴产业技术革新将刺激有机胺 需求的增长，因为有机胺正在用作包括风 能和页岩气抽提等新兴产业的替代产品。 比如，聚醚胺正在替代聚酯用于风机叶片 应用领域的环氧树脂固化剂生产。同时有 机胺类产品正在替代氯化钾用于页岩气抽 提领域。
未来五年美国乙醇胺需求将以年均6.2%的 速度快速增长，到2015年市场份额将达到 6.55亿美元，约占到有机胺市场19%的份额。
温室气体（CO2）捕集材料
二氧化碳控制技术
CCS（Carbon Capture & Storage）
CCS主要技术路线
二氧化碳捕集2
电厂减排CO2主要是从烟气中分离回收CO2.分离回收的技术有吸收分离法、吸附分离法、膜法、低温蒸馏法等.2. 1吸收分离法吸收分离法可按照吸收分离原理的不同,分为化学吸收法、物理吸收法和混合溶剂吸收法.这种方法只在气源中φ(CO2)低于20%时才适用[7].化学吸收法是利用CO2和某种吸收剂之间的化学反应将气体从烟道气中分离出来的方法.由于CO2为酸性气体,其反应原理为弱碱和弱酸进行可逆反应生成一种可溶于水的盐,然后在还原塔内加热富CO2的吸收液使CO2解析出来,同时吸收剂得以再生[8].化学吸收剂有机吸收剂、无机吸收剂和混合吸收剂,如MEA、DEA、MDEA、K2CO3等.化学吸收法中吸收液直接与烟道气接触,因此有很高的选择性,应用广泛,技术成熟,但此法耗能较大.该法适合于中等或较低CO2分压的烟气[9],所以适用于火电厂烟道气中低浓度CO2的分离回收.物理吸收法主要是以水、甲醇、碳酸丙稀脂等作为吸收剂,利用在这些溶液中的溶解度随压力的改变而改变的原理来吸收气体.所选的吸收剂须对CO2的溶解度大、选择性好、沸点高、无腐蚀、无毒性、性能稳定[10].此方法中的吸收剂多为有机溶剂,一般来讲,有机溶剂吸收的能力随压力增加和温度下降而增大,反之则减小.溶剂中的溶解度服从亨利定律,因此本法适用于较高分压的烟气,而CO2去除率较低.混合溶剂吸收法的溶剂是由特定的物理溶剂和化学溶剂混合而成[11].在常用的溶液中,以环丁矾最为著名,吸收过程一般采用吸收再生系统.此类工艺应用较少,但在某些情况下也可作为一种有效的分离方法.2. 2吸附分离法吸附法按吸附原理的不同可分为变压吸附法(PSA)和变温吸附法(TSA)及变温变压吸附法(PT-SA),是通过填充沸石的流化床来实现的,适用于φ(CO2)<50%的气体[7].PSA法是基于固态吸附剂对原料气中CO2的选择性吸附作用,在高压时吸附,低压时解吸的方法.TSA法是通过改变吸附剂的温度来进行吸附和解吸的,低温度下吸收,高温度下解吸.由于TSA法能耗较大,目前工业上较多采用变压吸附法.吸附法常用吸附剂有沸石、活性炭、分子筛、氧化铝凝胶等.鉴于PSA法和TSA法的不足,近年来对PTSA的研究比较活跃.吸附法对火电厂烟气而言,现有吸附剂吸附能力和对CO2选择性较差,从而导致能耗巨大、成本太高[12].若烟道气含CO2量较低,需大量的能量去压缩无用组分来满足吸附压力而且需预处理烟气中的和颗粒物.所以,其更适合于φ(CO2)为20% ~80%的工业气.2. 3膜法膜法可以分为膜分离法和膜吸收法2类.膜分离法是依靠待分离混合气体与薄膜材料(如醋酸纤维、聚酰胺PI、聚矾、聚砜[13-14])间产生的不同化学或物理反应,使某种组分可快速溶解并穿过薄膜,从而将混合气体分成穿透气流和剩余气流2部分.其分离能力取决于薄膜材料的选择性以及穿透气流对总气流的流量比和压力比.主要优点为操作程序简单,高选择性和高稳定性,但缺点是薄膜耐久性差,且分离效率低,因此需要使用2段以上的薄膜分离程序,才能达到一定的分离效率[15].另外受其自身材质的影响,这类膜在高温、高腐蚀性环境中的应用还受一定的限制,在使用过程中容易老化,不大适合于矿物燃料燃烧产生的气体脱除[16],适合处理含量较高的气体.膜分离法非常适用于天然气的处理.膜吸收法是一种将膜分离法和化学吸收法优点相结合的方法.膜吸收法中,在薄膜的一侧有化学吸收液存在,气体和吸收液不直接接触, 2者分别在膜两侧流动,膜本身对气体没有选择性,只起隔离气体和吸收液的作用,膜壁上的孔径足够大,气相组分在驱动力(浓度差)作用下,从气相主体扩散通过气相边界层,到达膜壁,再通过膜孔扩散至液相边界层,通过吸收液的选择性吸收达到分离气体某一组分的目的[17-19].由于吸收液不和烟气直接接触,就克服了化学吸收法中起泡、携带等问题,也解决了膜分离法中烟道气脱除CO2压差不够的缺点,是一种很有前途的气体分离法.膜吸收法主要采用中空纤维膜接触器进行气体吸收.膜法对φ(CO2)高(80% )的原料气的处理在经济上最有利.在燃煤电厂烟气中CO2分离方面,由于膜材料的选择性低、分离纯度不高等问题,目前还处于试验阶段[3].2. 4低温蒸馏法低温蒸馏法是通过低温冷凝分离CO2的一种物理过程,一般是将烟气多次压缩和冷却,以引起CO2的相变,达到从烟气中分离CO2的目的.低温蒸馏法对于φ(CO2)高(60% )的回收较为经济,适用于油田现场.其优点在于能够产生高纯、液态的CO2,便于管道输送.在未来的IGCC或者O2/CO2烟气循环系统中较有前景[12].从烟道气中回收利用CO2,由于烟气温度高,烟气量大,而压力和CO2含量较低,一般来说,用物理溶剂法、薄膜分离法和低温分离法是不太经济的.t燃烧后捕集主要应用于传统燃煤电厂烟道气中CO2与NOX和SOX的分离.由于电厂排放废气中p(CO2)低、处理量大,且同时含有少量氧.所以此技术路线是以气体净化工业上相当成熟的化学溶剂吸收法工艺为基础的,也是当前仅有的已进入工业规模试验的技术路线[20],并已在天然气工业中应用了60 a.对燃煤电厂而言,燃烧产生的烟气含有很多污染物等杂质,杂质的存在会增加捕集的成本.因此,烟气进行吸收处理前要进行预处理,去除其中活性杂质,如硫、氮氧化物和颗粒物等,否则这些杂质会优先与溶剂发生化学反应,消耗大量的溶剂并腐蚀设备[23].燃烧后CO2捕集可分离出高压高浓度的CO2气流,但能耗较高[21].此外,膜法也可用于燃烧后捕集的工艺路线中.工艺流程见图1.燃烧前捕集技术燃烧前捕集技术主要应用于以气化炉为基础(如联合循环技术IGCC)的发电厂[16], IGCC的工艺路线是煤在压力下与氧或空气发生气化及转化反应生成主要由CO和H2组成的混合气体燃料.待混合气体冷却后,在催化转化器中与水蒸汽发生反应,其中的CO转化为分压较高有利于捕集的CO2,并产生更多的H2[22, 23].然后, CO2被分离出来,H2则作为燃气联合循环系统的燃料送入燃气轮机,进行燃气轮机与蒸汽轮机联合循环发电(图2).许多捕集方法都可用于此项技术, IGCC电厂所产生的CO2浓度较高,可采用选择性不强的气体分离技术如物理溶剂吸收、吸附等技术来分离CO2,从而减少能量消耗.另外,膜法对于能产生高压烟气的综合煤气化联合循环电厂而言,也具有无比的诱惑力,因为它可提供膜法所需的压力和动力,从而节省投资.3. 3富氧燃烧捕集富氧燃烧技术是针对燃煤电厂特点所发展的一种既能直接获得高浓度CO2,又能综合控制燃煤污染排放的新一代CO2减排技术[24-26].富氧燃烧技术也称为O2/CO2燃烧技术,或空气分离/烟气再循环技术.该法用空气分离获得的O2和一部分锅炉烟气循环气构成的混合气体代替空气作为化石燃料燃烧时的氧化剂,来保持熔炉中的温度低于可承受点,以提高燃烧烟气中CO2浓度.此燃烧反应发生在O2/CO2混合气的环境中,其主要步骤为空气压缩分离燃烧、电力产生烟气压缩和脱水.见图3.该技术主要优越性在于[5]: 1)采用烟气再循环,以烟气中的CO2来替代助燃空气中的氮气,与氧气一起参与燃烧,这样能使排烟中的φ(CO2)>95%,可直接回收CO2; 2)SO2、NOx排放低,同时矿物质的蒸发量也可比常规空气燃烧时有显著地下降,是一种污染物综合排放低的环境友好型燃烧方式; 3)烟气再循环使得燃烧装置的排烟量仅为传统方式的1/5,从而大大减少排烟损失,由此锅炉热效率得以显著提高; 4)通过调整CO2的循环比例有可能实现燃烧、传热的优化设计[27-28].该技术的缺点是废气中增加的SO2会腐蚀设备,且技术尚不成熟.3. 4化学链燃烧技术化学链燃烧(Chemical Looping Combustion,CLC)技术是一种基于零排放理念的先进技术,其利用氧载体(通常是金属氧化物)中的氧原子来代替空131气中的氧来完成燃料的燃烧过程.它包括两个串联的反应器:燃料反应器和空气反应器.燃料反应器中(还原反应):燃料+MO(金属氧化物)→CO2+H2O+M(金属);空气反应器中(氧化反应):M(金属)+O2(空气)→MO(金属氧化物).燃料从固体金属氧化物获取氧,无需与空气直接接触.还原反应的生成物为高浓度的CO2、水蒸汽和固体金属M.氧化反应是前一个反应中生成的固体金属与空气中的氧反应,重新生成固体金属氧化物MO.金属氧化物MO与金属M在两个反应之间循环使用,起到传递氧的作用.目前主要的氧载体是金属氧化物,包括Fe、Cu、Ni、Mn、Co等的氧化物.空气反应器中产生的废气是无害的,其大部分为N2.整个过程中不会产生NOX,采用物理冷凝法即可分离回收CO2,从而以较低的能耗实现CO2的高浓度富集[29].3. 5以煤制氢为核心的近零排放技术在此技术中,煤与氢在高温、高压下反应生成甲烷,然后在CaO存在的情况下,甲烷与H2O进行重整反应,生成氢气和CaCO3,其中一部分氢气在系统内循环,另一部分被用作燃料电池的燃料产生电力; CaCO3在高温下煅烧产生高纯度的CO2,CaO则被循环利用.煤在该过程中的生成物只是高纯度的H2和CO2[30].该技术为煤的高效洁净利用提供了极大的发展空间,为减少煤利用过程中温室气体CO2的排放提供了一个崭新的途径.技术流程见图4.该技术中,能量与物质在系统中充分循环.一方面,能够充分利用系统自身的能量维持各过程的进行,从而减小了系统的能量损失,提高效率;另一方面,烟气循环使大量污染物在系统内循环,从而减小了污染物的排放量.由于没有空气参与燃烧,避免了颗粒物和其他污染物的释放[5].。
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《CO2捕集技术》
• 工艺配置：不循环工艺、循环工艺。（吸收剂是 否循环）
不循环：工艺配置简单，净化能量消耗小，吸收剂 消耗费用增加，废液吸收剂处理困难。
循环：吸收剂消耗少，能耗高，工艺配置复杂。 （采用较多）
新技术、新工艺应用与烟气脱除CO2
《CO2捕集技术》
已经在化工、食品行业得到广泛应用
《CO2捕集技术》
第二章 CO2吸收分离技术
2.1 CO2吸收分离原理
CO2吸收分离法： CO2在溶液中的溶解度与混合气中 其他组分的溶解度不同。
CO2吸收分离法
物理吸收法 化学吸收法 物理-化学吸收法
《CO2捕集技术》
不循环
（吸收剂不再生）
循环
（吸收剂循环使用）
2.1.1 CO2物理吸收分离原理
吸附过程中，流动的气体或液体中的一个或多个组分 被吸附剂固体表面吸附，实现组分分离。（通常固定床）
加热或其它方式解吸再生，循环使用。
《CO2捕集技术》
3.1吸附分离原理
合成氨、制氢、天然气净化过程含有吸附脱除CO2工艺
PSA-变压吸附
吸附工艺
TSA-变温吸附
PSTA-变压变温吸附
电厂烟气特点：气体流量大，CO2分压低，出口温度高， 含大量杂质气体。
《CO2捕集技术》
2.2.4典型化学吸收技术
1.碳酸钾法 CO2+K2CO3+2H2O=2KHCO3
适用于合成氨工艺气、天然气和粗氢气回收CO2 活化热碳酸钾法：提高吸收温度、压力，同一温度下降压解吸 反应速率提高，需加入活性剂提高吸收、解吸速率并减轻腐蚀。
2.Solfinol法
物理-化学法，低压：有机胺与CO2反应，高压：CO2物理溶解。缺点： 溶剂易降解，价格高
典型CO2化学吸收分离五大系统： 吸收装置、解吸装置、能量交换装置、系统动力装
置、系统辅助装置。
《CO2捕集技术》
《CO2捕集技术》
2.2.1吸收剂优化选择
• 1.溶剂吸收容量（溶解度、与温度压力关系） • 2.溶剂选择性 • 3.饱和蒸汽压力（不应太大，以免溶剂损耗，溶剂沸点
要高） • 4.沸点（高于150℃） • 5.凝固点（较低） • 6.密度（影响较低，选用密度较低的吸收剂） • 7.黏度（影响传质传热，选用黏度小的吸收剂） • 8.热化学稳定性 腐蚀性、环境影响、毒性等等。
特征：CO2、液体溶剂不发生化学反应。
常用吸收剂： 水、有机溶剂（不反应的非电解质）、有机溶剂水溶液。
特点：1、适用CO2分压高、净化要求不高的情况。 2、再生不需加热，降压、气提。 3、工艺简单，操作压力高，CO2回收率低。 4、气体一般需预处理（烟气脱硫脱硝）。
《CO2捕集技术》
2.1.2 CO2化学吸收分离原理
CO2捕集与封存技术
CO2捕集：燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧捕集
CO2封存： 转化为无机碳酸盐、工业应用、注入海洋深处、 注 入地下岩层
燃烧后捕集
吸收分离法
吸附分离法 膜法 低温蒸馏法 化学链燃烧法 《CO富2捕集氧技术燃》 烧法
第二章 CO2吸收分离技术
吸收分离法：国际上采用的主要方法之一
CO2吸收分离法特点： 设备投入成本低、 分离效果好、 运行稳定、 技术相对成熟
2.3.2 吸收剂种类、浓度选择
（1）吸收剂选择：被处理气体的压力、温度、组成、净化要求、吸 收剂物性、 价格；工艺要求：高CO2反应速率、高CO2负荷，易再生、价廉、无毒无腐蚀 等等。
（2）吸收剂浓度：根据腐蚀性和操作经验，一般20%-30%。
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• 2.3.3 物料平衡计算 （1）气液平衡关系； （2）操作线方程以及最小液气比 （3）解吸过程的最小液气比
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• 电厂烟气特征：烟气分压低、流量大、处理前后压降要 求高。
• 目前电厂常用吸收剂：一乙醇胺（MEA） 缺点：再生能耗大、易与杂质气体反应、高温腐蚀、黏 度偏大、价格偏高。
新吸收剂研究方向： 1.氨水: 效率优于MEA，价格优势；易挥发，再生分离困
难，易二次污染。 2.离子液体：新型熔融盐，高CO2吸收负荷，再生简单；
• 2.3.4 填料吸收塔和解析塔设计 （1）填料选择。 （2）塔径计算 （3）塔高计算
《CO2捕集技术》
第三章 CO2吸附分离技术
《CO2捕集技术》
目录
1
吸附分离原理
2 吸附分离CO2技术
3
吸附工艺
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3.1吸附分离原理
吸附分离：基于气体、液体与吸附剂活性点之间的分 子间引力来实现。
3.醇法
分子含羟基（可使蒸汽压降低增加水溶性）、胺基（使水 溶液显碱性）与CO2反应机理相当复杂。吸收能力决定于 其碱性强弱。
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2.3 CO2化学吸收分离工艺设计
2.3.1 收集基础资料，明确设计目标
（1）基础资料收集：空间、位置、温度、压力； （2）明确任务：气体处理量、分离要求、操作温度、操作压力、物料腐蚀等。
黏度高，易分解产生毒性。 3.混合胺：一二级醇胺CO2反应效率高，三级醇胺CO2吸
收负荷高。
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2.2.2反应设备传质强化技术
• 传统化学吸收法反应设备：填料塔。
优点：技术成熟，强有力的市场应用。 缺点：混合、传质速率低，塔设备尺寸巨大，气液
直接接触导致吸收剂夹带、沟流、鼓泡等。
降低尺寸和投资的关键： 1.反应设备传质强化（填料革新、应用新吸收设备） 2.解决气液接触操作问题
新设备：中空纤维膜反应器、超重力旋转反应器
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2.2.3高效低能耗富液再生技术
• 传统化学吸收法再生工艺：能耗高
• 美国Praxair：抗氧化吸收工艺 • 美国DOE/NETL：CO2压缩热回收利用工艺 • Jassim：变压再生、再生气体分级压缩 • Teramoto：毛细管式超滤膜 • Bhaumik：减压工艺。
原理：气体与吸收剂活性组分反应，升温分
解
释放起始组分。
气体溶解度影响因素： 物理溶解度、化学反应平衡常数、化学反应当量比
吸收剂再生：升温，不是降压。
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2.2 CO2化学吸收分离关键技术
化学吸收法：气液反应脱除气相中易溶于吸收液的方法。 实质：碱性吸收剂与混合气中CO2发生化学反应，形成不