烟气中二氧化碳处理及分离现状

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二氧化碳的捕集、封存及综合利用

二氧化碳的捕集、封存及综合利用

二氧化碳的捕集、封存与综合利用前言近年来,温室效应加剧问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。

因此,引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点,如何从源头减少二氧化碳排放和降低大气中二氧化碳的含量成为挑战人类智慧的难题。

中国作为一个发展中国家,主要以煤炭的消费为主,主要的CO2排放源为燃煤的发电厂。

从总量上看,目前我国的二氧化碳排放量已位居世界第二,预计到2025年,我国的CO2总排放量很可能超过美国,位居世界第一。

因此,我国急需对所排放的二氧化碳进行捕获研究,以缓解我国的空气污染压力。

目前CO2的应用领域得到了广泛开拓,除了众所周知的碳酸饮料、消防灭火外,工业、农业、国防、医疗等部门都在使用CO2。

科学研究己经证明,CO2具有较高的民用和工业价值:以CO2为原料可合成基本化工原料;以CO2为溶剂进行超临界萃取;还可应用于食物工程、激光技术、核工业等尖端高科技领域;近年来开发出的新用途如棚菜气肥、保鲜、生产可降解塑料等也展现出良好发展前景。

[1]1.CO2捕集系统CO2捕获技术发展的方向是降低技术的投资费用和运行能耗。

依据捕获系统的技术基础和适用性,通常将火电厂CO2的捕集系统分为以下4种:燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、富氧燃烧技术以及化学链燃烧技术。

1.1 燃烧后脱碳燃烧后脱碳是指采用适当的方法在燃烧设备后,如电厂的锅炉或者燃气轮机,从排放的烟气中脱除CO2的过程。

在燃烧后捕集技术中,由于烟气中CO2分压通常小于0. 15个大气压,因此需要与CO2结合力较强的化学吸收剂分离捕集CO2,用于CO2捕集的化学吸收剂主要是能与CO2反应生成水溶性复合物的有机醇胺类。

目前在CO2捕集方面研究和采用较多是醇胺法(MEA法)。

[2]燃烧后捕集技术是一种成熟的技术,这种技术的主要优点是适用范围广,系统原理简单,对现有电站继承性好。

但捕集系统因烟气体积流量大、CO2的分压小,脱碳的捕集成本较高。

烟气co2捕集分离方法

烟气co2捕集分离方法

烟气co2捕集分离方法
烟气CO2捕集分离方法是指通过一系列的技术手段将燃煤、燃气等化石燃料燃烧产生的二氧化碳(CO2)从排放气体中分离出来,防止其进入大气中,从而减少温室气体的排放量,减缓全球气候变暖和环境污染。

目前,烟气CO2捕集分离方法主要有以下三种:
一、吸收剂法:
该方法主要是指利用氨、胺等化学溶液对CO2气体进行吸收处理,从而将CO2分离出来。

其具体操作流程为:先将烟气通过吸收剂溶液中,溶液中的吸收剂质吸收烟气中的CO2,然后将吸收剂中的CO2再进行脱附,得到纯CO2,同时将吸收剂回收再次利用。

二、膜分离法:
该方法主要是指利用CO2选通性更高的聚合物膜进行分离处理,从而将CO2分离出来。

其具体操作流程为:将烟气通过具有选择性透过CO2的膜材料,使CO2通过膜材料渗透出来,从而实现分离。

三、物理吸附法:
该方法主要是指通过制备具有大表面积的吸附剂,将烟气中的CO2吸附于其表面上,从而实现分离。

其具体操作流程为:将烟气通过具有大表面积的吸附剂床层,在吸附剂表面上的CO2会被吸附,而其他气体则通过床层,从而完成分离。

需要注意的是,不同的燃料、烟气成分和排放规模,需要选择不同的分离技术,将烟气CO2从源头上控制并达到降低排放的目的。

同时,CO2的分离还需要借助其他工艺手段进行进一步的净化和储存处理,确保分离后的CO2安全稳定地存储,不会对环境和人类造成危害。

2024年烟气治理市场发展现状

2024年烟气治理市场发展现状

2024年烟气治理市场发展现状烟气治理是指通过采取一系列措施来减少或消除工业生产过程中产生的烟尘、烟气等污染物排放,保护环境和维护健康。

随着环保意识的提高和环境保护政策的不断完善,烟气治理市场正在迅速发展。

1. 市场需求驱动随着人们对健康环境的关注度增加,对大气污染的治理要求也越来越高。

烟气治理市场因此得到了快速发展。

政府出台的相关政策和法规对烟气治理提出了更高的要求,不合规的企业将面临罚款甚至停产整顿的风险。

因此,企业为了保持经营正常运转,迫切需要采取措施改善烟气排放情况,提高治理效率,符合监管要求。

2. 技术创新推动在烟气治理领域,技术创新一直是市场发展的重要驱动力。

烟气治理技术的不断革新和突破,使得治理设备更加高效、节能和环保。

例如,除尘器的研发和应用为烟气治理提供了有效的解决方案。

此外,新型的脱硫、脱硝、脱氨等技术也得到了广泛应用,有效降低了烟气中的有害物质排放。

3. 市场前景广阔随着环保意识的普及和环境污染问题的日益加重,烟气治理市场的前景非常广阔。

今年,全球多个国家纷纷出台了新的环保政策和法规,加大了大气污染治理的力度。

根据市场研究机构的数据显示,烟气治理市场预计将在未来几年内保持稳定的增长趋势,并且增速将逐渐加快。

国内市场也不例外,我国工业生产庞大,并且经济发展迅猛,因此大气污染治理迫在眉睫。

政府的相关政策也在促进烟气治理市场的发展。

根据中国环保产业协会的数据,我国烟气治理市场规模预计将在未来几年内达到几百亿元。

4. 市场竞争激烈随着烟气治理市场需求的不断增长,市场竞争也变得日益激烈。

许多企业涌入该市场,导致市场上出现了众多的烟气治理设备供应商和服务提供商。

在这个竞争激烈的市场中,企业需要不断提升产品质量和技术水平,才能在激烈的竞争中脱颖而出。

此外,市场监管也在加强,对不合格产品和服务的追责力度逐渐增大。

因此,企业需要不断提升自身的技术实力和服务水平,确保产品的合规性和治理效果。

5. 发展趋势展望随着技术的不断创新和市场需求的扩大,烟气治理市场将继续保持快速发展的趋势。

二氧化碳的排放现状及减排技术

二氧化碳的排放现状及减排技术

二氧化碳的排放现状及减排技术二氧化碳的排放现状及减排技术摘要二氧化碳排放引发的环境问题引起国际社会的广泛关注。

本文介绍了物理法、化学法、生物法回收二氧化碳的现有技术,指出了适用范围,并对烟气二氧化碳回收技术进行了展望。

物理性回收二氧化碳技术可分为溶剂吸收法、物理吸附法两类;化学性回收二氧化碳技术可分为化学固定技术、化学吸收法、化学吸附法、薄膜分离法和二氧化碳重组法;生物性回收二氧化碳技术可分为微生物回收技术。

埋存主要选择的是枯竭的油气藏、深部的盐水储层、不能开采的煤层和深海埋存等方式。

本文还介绍了二氧化碳资源化利用的重要意义和主要方法。

综述了将二氧化碳催化转化成高附加值的燃料、高分子材料、精细化工中间体的各类反应以及二氧化碳作为环境友好介质的研究进展。

对二氧化碳资源化利用的发展前景和面临的挑战进行了展望。

1.背景意义人类社会进入工业文明发展模式后,大量使用化石燃料(如煤、石油等),排放相当多的以CO2为主的温室气体,产生温室效应,导致全球变暖。

全球变暖使得自然生态系统平衡受到危害,威胁人类的食物供应和居住环境。

所以,世界气候变化引起各国政府和学术界等广泛的关注。

在1977年第1次世界气候大会上,气候变化成为重要议题;1997年在日本京都召开的第3次缔约方大会通过具有法律约束力和时间表的减排义务的《京都议定书》,表明经济和环境政策的全球化合作。

目前大力发展低碳经济以应对全球气候变暖对人类生存和发展的严峻挑战,成为世界各国经济发展的共识。

其中,低碳经济指以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式,是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。

自从改革开放以来,中国经济快速增长,经济规模迅速扩大,已成为世界经济发展的主要动力源之一,并预计在本年末成为世界第二大经济体。

中国经济处于工业化和城镇化的发展阶段,对化石能源需求量持续增长,而二氧化碳排放主要来自化石燃料燃烧和水泥、石灰、钢铁等工业生产过程,所以中国二氧化碳排放量也将逐年增加。

膜法分离燃煤电厂烟气中CO2的研究现状及进展

膜法分离燃煤电厂烟气中CO2的研究现状及进展

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第5期·1880·化 工 进展膜法分离燃煤电厂烟气中CO 2的研究现状及进展孙亚伟,谢美连,刘庆岭,马德刚,纪娜,宋春风(天津大学环境科学与工程学院,天津 300072)摘要:目前,对于燃煤电厂燃烧后烟气中CO 2的捕集方法主要包括化学吸收法、吸附法、膜分离法和低温蒸馏法。

化学吸收法是目前最成熟的CO 2捕集方法,但是吸收剂再生能耗较高,且存在二次污染、设备腐蚀等问题。

因此开发新型高效、低能耗的捕集技术尤为重要。

本文主要从两个方面(膜材料的设计、膜分离过程系统设计的优化)对燃煤电厂烟气中CO 2膜分离技术进行综述,并总结了实际燃煤锅炉烟气中共存气态组分和细颗粒物对膜分离CO 2的影响,最后对膜法分离燃煤电厂烟气中CO 2的发展趋势进行展望。

分析表明,近年来膜材料开发、膜分离过程系统的设计及优化等方面的研究发展迅速,使得膜分离法在CO 2捕集效率及能耗等方面展现出巨大的潜力,因此膜分离法在燃煤电厂烟气中CO 2捕集领域有广阔的应用前景。

关键词:燃煤电厂;烟气;CO 2捕集;膜材料;系统设计中图分类号:X701.7 文献标志码:A 文章编号:1000–6613(2017)05–1880–10 DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2017.05.041Membrane-based carbon dioxide separation from flue gases of coal-fired power plant—current status and developmentsSUN Yawei ,XIE Meilian ,LIU Qingling ,MA Degang ,JI Na ,SONG Chunfeng(School of Environmental Science and Technology ,Tianjin University ,Tianjin 300072,China )Abstract :At present ,the method of capturing CO 2 in flue gas after combustion of coal fired power plant mainly includes chemical absorption ,adsorption ,membrane separation ,low-temperature distillation. Chemical absorption is the most mature method ,but the energy consumption of absorbent regeneration is higher ,and there are some problems such as secondary pollution ,equipment corrosion and so on. So it is very important to develop new technology with high efficiency and low energy consumption. This paper mainly reviewed the application of membrane separation technology incoal-fired power plant CO 2 capture. The development in the membrane material design ,optimization of membrane separation processes ,and the influence of coexisting gaseous components and particles on the membrane separation CO 2 in the flue gas of the coal fired boiler was summarized. At last ,future trends of membrane technology has been put forward. Analysis showed that recent advances in the development of membrane materials and the optimization of membrane separation process have been rapidly developed. Therefore ,membrane separation has shown a significant potential in high CO 2 capture efficiency and low energy consumption. So the membrane separation has broad application prospects in the field of CO 2 capture in the flue gas of coal-fired power plants.Key words :coal-fired power plant ;flue gases ;CO 2 capture ;membrane material ;system design第一作者:孙亚伟(1992—),女, 硕士研究生,研究方向为膜-低温复合CO 2捕集技术。

二氧化碳脱除方法的分析与比较

二氧化碳脱除方法的分析与比较

二氧化碳脱除方法的分析与讨论摘要:作为主要的温室气体,CO2减排问题引起全球范围的广泛关注。

本文阐述了燃煤烟气中二氧化碳脱除的多种方法。

研究了各种CO2的吸收方法,包括物理吸收法中的膜吸收法、吸附剂等,物化吸附法,还有化学吸收剂中的氨水、有机氨等吸收方法,并分析各种方法的特点及优缺点。

关键词:温室效应二氧化碳脱除1 引言近年来,越来越多的学者认为全球气候变暖和海平面上升是由CO2为主导因子的温室效应引发的[1-4]。

CO2的排放速度正随着人类利用能源速度的增长而迅速地增长,据政府间气候变化专门委员会(IPCC)预测,人类活动产生的CO2将从1997年的271亿t/a增长到2100年的950亿t/a,而大气中CO2的体积分数也将从现有的360×10-6增长到2050年的720×10-6 [5]。

温室效应的严重性迫使越来越多的国家和国际机构表示出对CO2排放问题的关切。

我国在CO2排放方面正面临着日益增加的巨大压力,预计2030年前后CO2排放问题有可能成为制约我国经济增长最主要的约束之一[6]。

2 物理法2.1物理溶剂吸收法[7]物理溶剂吸收法利用吸收剂对二氧化碳的溶解度与其它气体组份不同而进行分离。

常用的溶剂有水、甲醇、碳酸丙烯酯等。

(1)水洗法应用最早,具有流程简单、运行可靠、溶剂水廉价易得等优点,但其设备庞大、电耗高、产品纯度低并造成污染等特点,一般不采用。

(2)低温甲醇法应用较早,具有流程简单、运行可靠外,能耗比水洗法低,产品纯度较高,但是为获得吸收操作所需低温需设置制冷系统,设备材料需用低温钢材,因此装置投资较高。

(3)碳酸丙烯酯法(简称PC法)是近年来中小型氨厂常用脱碳和回收二氧化碳的方法。

它具有溶液无毒、浓溶液对碳钢腐蚀性小,能耗比甲醇法低等优点,缺点是PC溶剂循环量大,造成溶剂损耗大,操作费用较高。

2.2膜分离法膜分离法利用各种气体在薄膜材料中的渗透率不同来实现分离,用于二氧化碳分离的膜分离器有中空纤维管束和螺旋卷板式两种[7]。

烟气中CO2捕获技术与进展

烟气中CO2捕获技术与进展

烟气中CO2捕获技术与进展学院化工学院专业生物工程年级2011级姓名郑曼琳班级2班学号3011207300烟气中CO2捕获技术与进展郑曼琳天津大学化工学院生物工程2班摘要目前温室效应已经严重影响到了人类的生活,而温室气体的排放主要来源于化石燃料的燃烧,虽然世界各国已经开始节能减排,但是CO2的排放量只增无减,由是,CO2的捕获技术营运而生,CCS技术将是现今各国研究重点。

文本将重点介绍烟气中CO2的捕获技术与进展。

1. 产生背景现今的地球环境逐渐恶劣,其中温室效应就是一大环境问题。

温室效应是由以CO2为主的温室气体造成,而温室气体温室气体对全球环境的影响主要包括:饮用水的减少、海水的盐浓度增加、海平面的上升、平均气温升高、洋流的变化与厄尔尼诺频发等问题,这些都大大影响了人类的生活。

大气中增长的CO2四分之三归因于化石燃料的燃烧,以煤炭、天然气、石油为代表的化石能源占了世界能源结构的85%。

1995年至2005年间,CO2平均浓度上升1.9ppm/年,约为每年4GTc(IPCC,2007)在1970年至2004年间,CO2的排放增加了大约80%(在1990年-2004年间增加了28%),在2004年,CO2的排放占人为GHG总排放的77%。

而我国07年我国CO2排放量为59.6亿吨,已位居世界第一。

由是,二氧化碳捕获与储存技术应运而生,CO2的捕获和固定是目前唯一可以实现继续使用化石燃料而又不会遭受气候变化威胁的可靠选择。

2. CO2的捕获技术CO2的分离成本占总的碳捕获和存储成本的很大一部分(约80%),所以首先要找到高效的CO2捕获方法。

目前工业上使用比较广泛的CO2捕集和分离技术有许多种,主要包括吸收法,吸附法,膜分离法,微生物固定法等。

具体见下表表1 CO2分离方法及其特点2.1. 吸收法吸收法可分为物理吸收法和化学吸收法。

物理吸收是指利用CO2的溶解性,在高压或低温条件下,选择合适的溶剂使CO2并将其除去的方法。

国内利用烟道气回收二氧化碳项目发展状况

国内利用烟道气回收二氧化碳项目发展状况

国内利用烟道气回收二氧化碳项目发展状况国内火力发电厂已投运的CO2捕集装置有三个,分别是于2008年7月投产的华能北京高碑店热电厂年捕获能力0.3万吨CO2项目、2009年12月投产的华能上海石洞口第二电厂年捕获能力12万吨CO2项目和2010年1月中电投四川合川电厂年捕获能力1万吨CO2项目。

一、华能北京高碑店热电厂该项目由澳大利亚联邦科学与工业研究组织开发,西安热工研究院负责实施。

高碑店热电厂拥有两台16.5万千瓦和两台22万千瓦燃煤供热发电机组,其每年约排放400万吨CO2,装置捕集的CO2捕集能力为0.3万吨/年,捕获率达到85%,占该电厂CO2排放总量的0.075%,捕集、纯化、压缩后的CO2用于碳酸饮料以及制作干冰。

该项目总投资约2800万元,捕集装置的电耗约90~95kWh/tCO2,蒸汽耗量约3.5GJ/tCO2,液化电耗180kWh/tCO2,CO2捕集成本约300元/吨。

该厂捕获的二氧化碳,目前以每吨500元至600元的价格外销,相比每吨300元的成本,近半的盈余让碳捕获装置成功地持续运作。

二、华能上海石洞口发电有限责任公司华能上海石洞口发电有限责任公司(上海石洞口二厂)一期工程两台60万千瓦超临界机组于1992年投产,二期工程建设两台66万千瓦国产超超临界机组,配套建设烟气脱硫、脱硝、脱碳装置。

其脱碳装置于2009年7月开工,2009年12月30日正式投运,设计年运行8000小时,年二氧化碳捕集能力为12万吨,是目前全球燃煤电厂已投运最大的二氧化碳捕获装置。

引入CO2捕集装置的烟气量6.6万m3/h,约占单台机组额定工况总烟气量的4%。

脱碳区位于二期工程扩建端中部,分为两大区域,北侧为二氧化碳捕集设备区域,南侧为二氧化碳精制设备区域,电控楼布置在两大区域之间,整个脱碳区域面积3600m2。

该脱碳装置投资概算人民币1.2亿,实际投资约1亿元人民币。

投资高的主要原因是因防腐和低温需要,设备基本上都用不锈钢和特殊钢制造。

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烟气中二氧化碳处理及分离张成12721617(上海大学材料科学与工程学院,上海200072)摘要:本文阐述了二氧化碳各种分离回收方法的原理及工艺特点,分析了各生产工艺的优缺点及适应性,为分离回收利用二氧化碳提供了技术依据,并指出了二氧化碳的应用范围及前景。

利用生物法分离固定大气中的二氧化碳,通过物理法、化学法分离处理燃放气是新世纪解决“温室效应”的主要途径。

关键词:二氧化碳;分离;处理Treatmentand Separationof Carbon Dioxidefrom Flue GasZhangCheng 1272167(School of Materials Science and Engineering,Shanghai University,Shanghai 200072,china)Abstract: Principles and process characteristics of a variety of processes for CO2recovery, advantage and disadvantages of these processes and their adaptabilities were analyzed, the technical basis for reclaim carbon dioxide was offered, and application ranges and prospects of carbon dioxide were also pointed out in this paper.Furthermore ,the effective ways to solve“green-house effect”in the 21centery can be mainly biological methods in separating and fixing carbon dioxide in the air and physical or chemical methods in separating and processing the combusted gases.Key words: carbon dioxide; separation; treatment1.引言20世纪以来,随着工业革命的开始,人类生产和生活活动的扩大,大量的CO2气体排放到了大气环境中,对人类赖以生存的生态环境、水资源、粮食安全、能源等构成严重威胁。

2008年全球年二氧化碳排放量近292亿吨,中国达60亿吨。

科学界一致认为,近100年来气候变暖与人类活动排放的温室气体,特别是CO2浓度剧增导致的温室效应密切相关,CO2是全球最重要的温室气体,其对温室效应的贡献约占全部温室气体的50%,是造成气候变暖的主要原因,也是目前能源环境研究领域受关注最多的温室气体。

在温室效应就是由于大气中二氧化碳等气体含量增加,使全球气温升高的现象。

如果二氧化碳含量比现在增加一倍,全球气温将升高3 ℃~5 ℃,两极地区可能升高10 ℃,气候将明显变暖。

气温升高,将导致某些地区雨量增加,某些地区出现干旱,飓风力量增强,出现频率也将提高,自然灾害加剧。

更令人担忧的是,由于气温升高,将使两极地区冰川融化,海平面升高,许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临海水上涨的威胁,甚至被海水吞没。

据观测数据,1896年CO2的浓度为296×10-6ppmv,1960年达到320×10-6ppmv,目前已经达到380×10-6ppmv,预计21世纪末将会达到650×10-6-700×10-6ppmv。

尽管这一预测浓度水平下CO2可能造成的生态、经济和社会方面的严重后果存在不确定性,但国际社会已经意识到采取切实措施控制和减少大气中CO2浓度的重要性和紧迫性[1]。

此外大气中的二氧化碳的逐渐令全球海洋变酸。

美国科学家估计,到了本世纪末,过酸的海水会导致珊瑚灭绝、浮游生物减少,甚至令海洋食物链崩溃。

目前发电厂、汽车等排放的二氧化碳,有三分之一由海洋吸收。

科学家过去普遍认为,海洋有助缓和温室效应,但这却令海洋酸性增加。

自工业革命以来,海洋pH度已下降了0.1个单位,令海洋酸性升至数百万年的最高水平。

到下一世纪,海洋pH度将再下跌0.3个单位,令海洋生物面临重大威胁[2]。

另外,不论发达国家还是发展中国家,燃用化石燃料电站均是CO2排放的主要来源。

在世界范围内,燃用化石燃料的电站大约占51%(其中燃煤占36%,燃油占9%,燃气占6%)。

能源结构上化石能源占全球总能源的85%[3],在今后的几十年里还会继续利用化石燃料。

我国1999年燃煤电站的发电量为10047亿kW•h,当年供电的标准煤耗为396g/(kW·h)[4],燃煤电站燃用了3198亿吨标准煤。

我国是仅次于美国的第二大CO2排放国,目前每年生产和消费的矿物能源约占全球能源生产和消费总量的10%,这相当于排放出全球CO2总排放量的10%。

但是,CO2气体还是一种重要的资源,在化工合成方面,CO2可以合成尿素、生产碳酸盐、阿司匹林、制取脂肪酸和水杨酸及其衍生物、利用CO2代替传统的农药作杀虫剂,也在研究之中;在农业方面,CO2可用于蔬菜、瓜果的保鲜贮藏,也能用于粮食的贮藏,它比通常所用的薰蒸剂效果更好,把CO2引入蔬菜温室,能增加蔬菜的生长速度,缩短其生长周期,提高温室的经济效益;在工业方面上,CO2是很好的致冷剂,它不仅冷却速度快,操作性能好,不浸湿产品,不会造成二次污染。

在石油工业上,CO2的应用已较成熟,这首先体现在提高石油的采油率上,CO2作为油田注入剂,可有效地驱油。

而且CO2用作油田洗井用剂,效果也十分理想。

所以,不管从环境效益还是经济效益上来看,通过对CO2气体分离回收利用可以收到双重效益。

2.二氧化碳分离回收技术电厂烟气中CO2的脱除也是气体处理工艺中的一个重要部分。

目前有很多技术都可以用于烟气中CO2的有效脱除,但没有哪种技术是普遍适用的。

对于不同的混合气体体系,应该选用不同的工艺过程和工艺条件。

目前工业上采用的CO2分离方法主要有:吸收法、吸附法、膜分离法、低温分离法、O2/CO2循环燃烧法和这些方法的组合应用等。

以上这些方法在经济性、选择性以及适用性等方面都存在各自的特点,但是目前在工业上应用最为广泛的脱碳方法主要是溶剂吸收法和变压吸附法[6]。

2.1 物理吸收法溶剂吸收法是最古老,也是已经成熟应用的脱碳方法,分为物理吸收法和化学吸收法。

2.1.1物理吸收法物理吸收法的原理是利用各组分在溶剂中的溶解度随着压力、温度变化的原理来进行分离,从而达到分离处理二氧化碳的目的。

在整个吸收过程中不发生化学反应,因而消耗的能量要比化学吸收法要少,通常物理吸收法中吸收剂吸收二氧化碳的能力随着压力增加和温度降低而增大,反之则减小[7]。

该法关键是确定优良的吸收剂。

所选的吸收剂必须对CO2的溶解度大、选择性好、沸点高、无腐蚀、无毒性、性能稳定[8]。

物理吸收法中常用的吸收剂有丙烯酸酯、N-甲基-2-D 吡咯烷酮、甲醇、二甲醚乙醇、聚乙二醇以及噻吩烷等高沸点溶剂[9]。

典型的物理吸收法有Shell 公司的环丁砜法,Norton 公司的聚乙二醇二甲醚法、Lurgi公司的甲醇法[10],另外,还有N2甲基吡咯烷酮法、粉末溶剂法(所用溶剂为碳酸丙烯酯),三乙醇胺也可作为物理溶剂使用。

南化集团研究院于80 年代初开发成功一种较为先进的脱碳技术—NHD法[11],它与国外的Selexol工艺类似,只是二者所用溶剂的组分不同。

NHD 溶剂的主要成分是聚乙二醇二甲醚的同系物,脱除二氧化碳效率在物理吸收法中较高。

物理吸收法由于CO2在溶剂中的溶解服从亨利定律,因此这种方法仅适用于CO2分压较高的条件下。

典型的物理吸收工艺流程见图1[12]。

图1中,原料气从吸收塔底部进入,与塔顶喷下的吸收剂逆流接触, 净化气由塔顶引出。

吸收气体后的富液经闪蒸器减压释放出闪蒸气(最高压力下闪蒸出来的气体大部分是溶解的非酸性气体),经低压闪蒸后的半富液送入再生塔顶部即降至常压,并放出大量CO2,即为所需的分离回收的CO2,可用于生产液体CO2或干冰。

其余未解吸的CO2与再生塔底部送来的空气或惰性气体逆流接触,靠汽提使溶剂再生后送往吸收塔顶部。

图1. 物理吸收法工艺流程[12]Fig.1physical absorption process2.1.2 化学吸收法化学吸收法是使烟气和吸收液在吸收塔内发生化学反应,CO2被吸收至溶剂中形成富液,富液进入解析塔加热分解出二氧化碳,吸收与脱吸交替进行,从而实现二氧化碳的分离回收,工艺流程见图2[8]。

图2.化学吸收法工艺流程[8]Fig.2chemical absorption process所用化学溶剂一般是K2CO3水溶液或乙醇胺类的水溶液。

热K2CO3法常见方法有苯菲尔德法(吸收溶剂中K2CO3质量分数为25%~30%,二乙醇胺1%~6%,加适量五氧化二钒作催化吸收剂和防腐蚀剂)、砷碱法(Vetro Cokes 法, K2CO3质量分数23% , As2O312% , 或用氨基乙酸和V2O5来代替As2O3)、卡苏尔法(Carsol 法, K2CO3、胺、V2O5)、改良热碳酸钾法(Cata Carb 法, K2CO3、乙醇胺盐、V2O5)。

以乙醇胺类作吸收剂的方法有MEA法(所用溶剂为一乙醇胺)、DEA 法(二乙醇胺)、MDEA法(甲基二乙醇胺)、联合碳化公司的乙醇胺法(同时添加两种防腐蚀剂)、道化学公司的22烷氧基乙胺法(内添加防腐蚀剂)以及劳尔夫2巴逊斯法(所用溶剂为二乙醇胺)[8]。

化学吸收法的关键是控制好吸收塔和解析塔的温度与压力,以K2CO3作溶剂时,吸收和解吸过程可逆反应为:K2CO3+H2O+CO2→2KHCO3,配制K2CO3时浓度要以生成的溶解度小的KHCO3不析出为依据。

2.1.3 混合溶剂吸收法这类溶剂是由特定组成的物理溶剂和化学溶剂混合而成。

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[19]。

这类工艺应用较少,但在某些情况下也可作为一种有效的气体分离方法。

总之,溶剂吸收法工艺需要复杂的预处理系统,操作比较繁琐,流体需要周期性升温、降温,溶剂再生必须消耗大量的外供热能,这些使得溶剂吸收法的能耗十分巨大,而且湿法操作过程设备腐蚀和环境污染问题也未得到根本的解决。

2.2 吸附法吸附法是利用固态吸附剂对原料混合气中的CO2的选择性可逆吸附作用来分离回收CO2的。

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。

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