二氧化碳的捕获和封存技术进展_黄斌
二氧化碳捕集与储存技术的研究现状与发展趋势
二氧化碳捕集与储存技术的研究现状与发展趋势随着人类对能源和工业的需求增加，大量的二氧化碳排放导致了全球气候变暖等环境问题，迫切需要探索新的解决方案。
二氧化碳的捕集和储存技术被认为是目前有效的减少二氧化碳排放的手段之一。
本文将探讨二氧化碳捕集与储存技术的研究现状及其未来发展趋势。
1. 二氧化碳捕集技术的研究现状二氧化碳捕集技术基本上可以分为三类：吸收、吸附和化学反应。
吸收法是将空气或烟气通过化学液体，如氨水、碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾等，从中吸收二氧化碳。
吸附法是通过多孔吸附剂，如活性炭、沸石、硅胶等，将二氧化碳吸附在其表面上。
化学反应法是将二氧化碳和其他物质反应生成固体产物，如钙碳酸盐、镁碳酸盐等。
吸收法是目前应用最广泛的方法，主要用于工业排放和纯化二氧化碳。
吸附法在实验室中取得了一定的成果，但目前还需要进一步提高其效率和稳定性。
化学反应法的研究还处于初步试验阶段。
2. 二氧化碳储存技术的研究现状二氧化碳储存技术主要包括地下埋存、化学固化和生物转化三个方向。
地下埋存是将二氧化碳直接储存到地下岩石层中，防止其进入大气。
化学固化是将二氧化碳和其他物质反应生成永久性固体。
生物转化是利用微生物、植物等生物体将二氧化碳转化为有机物质。
地下埋存是目前应用最广泛的方法，可以分为“扩散”、“溶解”和“封存”三类。
扩散是指将二氧化碳扩散到岩石孔隙中，使其在地下形成稳定的气体储集体。
溶解是将二氧化碳溶入岩石中的水中，形成酸性水溶液。
封存是将二氧化碳封存在地下盐穴和煤层之中。
3. 二氧化碳捕集与储存技术的发展趋势尽管二氧化碳捕集与储存技术已经取得了一定的进展，但还面临着许多挑战。
其中最重要的问题之一是成本。
由于以下设备和材料的高成本，这些技术的投资并不划算：吸收剂、吸附剂、反应催化剂、压缩和输送设备，以及地下岩石层钻探和储存设备。
另一个问题是安全性。
由于二氧化碳是一种不可见、难以感觉到的气体，如果泄漏，无形的气体对人和环境造成的风险不能忽略。
二氧化碳的捕获和封存技术进展
１．３ 纯氧燃烧技术［５］
该技术是利用空分系统获得富氧或纯氧， 然后燃
料与氧气共同进入专门的纯氧燃烧炉进行燃烧， 一般需
要对燃烧后的烟气进行重新回注燃烧炉， 这一方面降低
燃烧温度； 另一方面也进一步提高了 ＣＯ２ 的体积分数。 由于烟气中 ＣＯ２ 的体积分数高， 可显著降低 ＣＯ２ 捕获 的能耗， 但必须采用专门的纯氧燃烧技术， 需要专门材
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。从分离作用在燃烧的不同阶段分， 主 要有 ４ 种［２］ ， 即： 燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、纯氧燃烧 技术以及化学链燃烧技术。
１．１ 燃烧后脱碳技术［３］
在燃烧后的烟气中捕获或者分离 ＣＯ２。电厂中 产生 ＣＯ２ 的系统主要是锅炉和燃机， 现有的绝大多 数火力发电技术， 包括新建和改造， 都只能采用燃烧 后烟气捕获的方法进行 ＣＯ２ 的分离， 可使用的范围 非常广； 而另一方面， 烟 气 体 积 大 、排 放 压 力 低 、ＣＯ２ 的分压小， 投资和运行成本很高。
２．３ 膜分离法
膜分离法是被认为最有发展潜力的脱碳方法， 它
１５
发电技术
（ 绿色煤电专栏）
中国电力
第 ４０ 卷
表 １ 主要 ＣＯ２ 捕获技术［１］ Ｔａ ｂ．１ Ｍａ ｉｎ ＣＯ２ ｃａ ｐｔｕｒｅ ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｉｅ ｓ
技术
工业应用
吸
化学法（ ＭＥＡ）
脱除天然气中的 ＣＯ２， 脱 除 烟气中的 ＣＯ２
２．２ 吸附法
吸 附 法 是 通 过 吸 附 体 在 一 定 的 条 件 下 对 ＣＯ２ 过 恢 复 条 件 将 ＣＯ２ 解 析， 从而达到分离 ＣＯ２ 的目的。按照改变的条件， 主 要有变温吸附法（ ＴＳＡ） 和变压吸附法（ ＰＳＡ） 。由于温 度的调节控制速度很慢， 在工业中较少地采用变温 吸附法。吸附法主要依靠范德华力吸附在吸附体的 表面， 吸附能力主要决定于吸附体的表面积以及操 作的压（ 温） 差， 一般其效率较低， 需要大量的吸附 体， 使此种技术成本非常高。现在 ＣＣＰ 项目正在研 究 另 一 种 新 的 吸 附 法— ——变 电 吸 附 （ ＥＳＡ） ， 它 通 过 活性炭纤维对 ＣＯ２ 进行 吸 附 ， 通 过 电 流 的 改 变 进 行 解析分离出 ＣＯ２［１］ 。
二氧化碳捕捉与利用技术的发展和展望
二氧化碳捕捉与利用技术的发展和展望随着全球气候变化的加剧和气候变暖的威胁日益严重，人们对于减少温室气体的排放以及减缓全球变暖的需求也越来越迫切。
而二氧化碳（CO2）作为主要的温室气体之一，其大量排放对气候变化的影响不可忽视。
因此，二氧化碳捕捉与利用技术作为一种关键的解决方案，得到了越来越多的关注和研究。
二氧化碳捕捉技术是指将二氧化碳从燃烧排放物或工业废气中分离出来，以防止其进入大气中并造成温室效应。
常用的二氧化碳捕捉技术包括吸收、吸附、膜分离和化学吸收等。
其中，吸收是最常用的方法之一，通过在废气中混入具有高亲和力的溶剂，使二氧化碳与溶剂发生物理或化学反应，将二氧化碳从气体中分离出来。
吸附则是利用特定的吸附材料，通过吸附和脱附的循环作用来分离二氧化碳。
膜分离则是利用特殊的薄膜材料，将二氧化碳从废气中分离出来。
目前，二氧化碳捕捉技术在工业应用中取得了显著的进展。
例如，煤炭发电厂、石油精炼厂和钢铁厂等大型工业设施已经开始采用二氧化碳捕捉技术，以减少其温室气体排放。
此外，一些创新的二氧化碳捕捉技术也在不断涌现，如碱性离子液体吸收 technology、氨溶液吸收技术以及金属有机配位化合物吸附技术等。
同时，二氧化碳的利用也是解决气候变化问题的重要方向之一。
通过二氧化碳的利用，可以将其转化为高附加值的化学品和燃料，实现二氧化碳的资源化利用。
目前，常见的二氧化碳利用途径包括碳捕捉储存（CCS）、碳中和、化学品制造、燃料生产和生物质转化等。
碳捕捉储存技术是将二氧化碳永久地封存于地下储层中，以减少其对大气的释放。
碳中和是指通过植树造林、湿地保护和农业碳汇等手段，将二氧化碳从大气中吸收并进行固定。
此外，通过利用二氧化碳生产化学品和燃料，可以减少对化石燃料的依赖，缓解能源安全和气候变化的双重压力。
尽管二氧化碳捕捉与利用技术在应对气候变化方面具有巨大潜力，但其在商业化规模上的应用仍面临一些挑战。
首先，二氧化碳捕捉技术的成本相对较高，特别是传统吸收技术的运行费用较高，导致其难以在商业层面上实现可行性。
二氧化碳的捕获和封存技术进展
中国华能绿色煤电二氧化碳捕获和封存示范工程
总结词
华能绿色煤电二氧化碳捕获和封存示范工程是中国华能 集团建设的全球规模最大的绿色煤电项目之一，通过集 成多项清洁煤电技术和二氧化碳捕获与封存技术，实现 了高效率、低排放的煤电能源利用。
详细描述
华能绿色煤电工程采用了先进的清洁煤电技术，如超超 临界燃煤发电、整体煤气化联合循环发电等，同时集成 了二氧化碳捕获与封存技术。通过这些技术的应用，工 程实现了高效率、低排放的煤电能源利用，为全球的碳 减排提供了重要的技术支持和实践经验。
经济挑战
投资成本高
01
二氧化碳捕获和封存技术需要大量投资，且回报周期长，给企
业带来较大经济压力。
运营成本高
02
由于技术不成熟和设备维护费用高，二氧化碳捕获和封存的运
营成本也较高。
经济效益不明显
03
二氧化碳捕获和封存技术的经济效益并不明显，难以吸引企业
积极参与。
社会接受度挑战
公众对二氧化碳捕获和封 存技术不了解
燃烧后捕获
要点一
直接空气捕获
直接空气捕获技术是一种从大气中直接捕获CO2的方 法。该技术主要涉及化学反应和吸附过程，将大气中 的CO2转化为固体形态，随后进行压缩和封存。
要点二
工业排放源捕获
工业排放源捕获技术主要针对钢铁、电力、化工等重 工业排放源进行捕获。这些排放源通常包括高浓度的 CO2，因此可以直接进行压缩和封存。
随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，二氧化碳的捕获和封存技术将会得到更加广泛的应用和 推广。
02
CATALOGUE
二氧化碳捕获技术
燃烧前捕获
煤气化联合循环发电的燃烧前捕获
在燃烧前将煤炭转化为煤气，然后通过水煤气变换反应将一部分CO2留在煤气中，随后将混合气体燃烧并发电。
二氧化碳捕集与封存技术
二氧化碳捕集与封存技术《二氧化碳捕集与封存技术》二氧化碳，这看不见摸不着的气体，在如今的世界里可算是个大明星。
为啥呢？因为它和全球变暖这事儿脱不了干系。
那怎么办呢？这就引出了二氧化碳捕集与封存技术。
先来说说二氧化碳捕集。
这就好比是抓小偷，要把那些散落在空气中的二氧化碳给逮住。
发电厂、工厂的烟囱可是二氧化碳的大排放源。
捕集技术就得在这些地方大显身手。
有一种化学吸收法，就像是给二氧化碳设了个甜蜜的陷阱。
利用特殊的化学溶剂，二氧化碳一进去就被黏住了，就像小虫子掉进了黏黏的蜘蛛网。
还有吸附法，这就像是给二氧化碳准备了一个个小房子，这些小房子的墙壁有着特殊的材料，二氧化碳一来就被吸附在上面，乖乖地待着，动弹不得。
捕集到了二氧化碳，那得找个地方存放啊，这就是封存。
往地下存二氧化碳，这事儿听起来有点玄乎。
就好像是把宝藏藏到地底下。
地质封存是比较常见的方式。
有些枯竭的油气田就像是一个个大仓库。
这些地方原本就储存着油气，现在油气没了，就可以把二氧化碳存进去。
这些地方的岩石层就像坚固的城墙，把二氧化碳牢牢地锁在里面。
还有海洋封存，大海那么大，看起来是个不错的选择。
不过这就像是把东西扔到一个超级大的杂物间，虽然空间大，但也得小心别弄出乱子。
往海洋里封存二氧化碳，得考虑对海洋生态的影响，不能为了解决一个问题又制造出一堆新问题。
在农村，我们知道要储存粮食，得把粮仓弄得严严实实的，不能让老鼠进去，也不能让粮食受潮。
二氧化碳的封存也有点像这个道理。
要确保封存的地方密封性好，不能让二氧化碳偷偷跑出来。
要是二氧化碳跑出来了，那就像抓回来的小偷又越狱了，之前的努力可就白费了。
二氧化碳捕集与封存技术在实际操作中也面临不少挑战。
成本就是个大问题。
捕集设备、运输管道还有封存场地的建设，都得花钱。
这就像盖房子，从买材料到请工人，哪一样不需要钱呢？而且这技术还得不断改进。
就像一个孩子，得慢慢长大，变得更聪明、更能干。
现在的捕集技术还不能把所有排放源的二氧化碳都高效地捕集起来，就像捕鱼的网，还有很多漏网之鱼。
二氧化碳捕集与地下储存技术的发展现状
二氧化碳捕集与地下储存技术的发展现状随着气候变化的加剧，二氧化碳排放越来越严峻。
目前，减少二氧化碳的排放已成为全球热议的话题，然而，捕集和储存二氧化碳也成为一个备受关注和讨论的重要领域。
此文将从二氧化碳捕集和储存技术的现状入手，探究这个领域的前景和挑战。
二氧化碳捕集技术现状二氧化碳捕集技术被广泛应用于化工、钢铁、水泥和石油炼制等工业过程中，为减少大气中二氧化碳的排放，改善环境保护提供了积极的作用。
因此，发展捕集技术已经成为了全球环境保护的重要议题之一。
一种广泛采用的二氧化碳捕集技术是化学吸收法，该方法利用氢氧化物、氨或胺等化学物质与二氧化碳进行反应，吸收其在气体中的成分。
由于该技术被大规模应用于工业生产中，因此它可以应用于捕集二氧化碳并将其转换为实用的产品，例如生产氮、碳酸钠等。
除了化学吸收法，物理吸附法也是一种常见的二氧化碳捕集技术，利用介孔材料或土壤表面等各种吸附材料，从环境中捕集二氧化碳。
而最新的捕集技术，利用微生物的生物技术，将微生物嵌入到微纳米级多孔金属材料中，利用这些材料进行二氧化碳的吸收和转化。
这种技术提供了一种廉价和有效的捕集二氧化碳技术，可以将生物技术与化学工艺相结合，从而更好地应对气候变化的挑战。
二氧化碳储存技术现状除了捕集技术，地下储存二氧化碳也是一种可行且重要的利用方式。
二氧化碳储存技术，利用地质形态和气体的物理特性可以封存二氧化碳，并将其长期储存在地下。
这种技术的优点在于二氧化碳不会对环境造成直接的影响，因此它是减少大气中二氧化碳含量的主要方式之一。
目前，二氧化碳的储存主要采用两种方式：一种是储存在空腔或空穴之中的调节岩石；另一种是通过气藏封存二氧化碳。
由于调节岩石具有较高的机械和盐酸抗性，因此这种方法适用于地下的岩石层或空穴；而气藏是天然的地下储存空间，可以通过在某些特殊的地层中封存二氧化碳以达到储存的目的。
除了上述的方法，一些新技术已经被开发出来，为地下储存创造了新的可能性。
二氧化碳捕获与封存技术研究进展
二氧化碳捕获与封存技术研究进展随着全球工业化进程的加快和人口的持续增长，二氧化碳排放量的增加已经成为人类面临的一大环境挑战。
二氧化碳是主要的温室气体之一，直接导致气候变化，加剧了全球变暖问题。
为了控制和减少温室气体排放，科学家们不断钻研二氧化碳捕获与封存技术。
本文将从捕获技术和封存技术两个方面，介绍二氧化碳捕获与封存的研究进展。
二氧化碳捕获技术是通过将大气中的二氧化碳捕获并分离出来，以减少其在大气中的浓度。
目前主要有三种常见的捕获技术：吸收法、压缩法和吸附法。
吸收法是指采用溶剂吸收二氧化碳，其中最常用的溶剂是胺类物质。
吸收法具有高效、成熟稳定的特点，已经在工业中得到广泛应用。
然而，吸收法需要大量的能源，且对溶剂的选择和升级仍然是研究的热点。
压缩法是指将二氧化碳气体压缩成液体或超临界流体，使其容积减小，便于储存和运输。
压缩法具有较高的能源消耗，但相对来说碳捕获效率较高。
近年来，超临界二氧化碳技术成为压缩法的研究热点之一，它采用高温高压状态下的超临界二氧化碳作为压缩介质，能够提高碳捕获效果。
吸附法是指利用吸附材料吸附二氧化碳，常用的吸附剂有活性碳、金属有机骨架材料和硅胶等。
吸附法具有较高的选择性和较低的能源消耗，但吸附材料的稳定性和成本问题仍需解决。
在二氧化碳捕获技术的基础上，封存技术被提出用于长期地储存和隔离被捕获的二氧化碳。
目前主要有三种封存技术：地质封存、海洋封存和矿化封存。
地质封存是指将捕获的二氧化碳在地下储存，主要通过注入到地下的岩石层或含有大量孔隙地层中。
地质封存技术已经在一些工业规模项目中得到了应用，但对于储存层稳定性和封存过程中可能产生地震的风险仍需关注。
海洋封存是指将捕获的二氧化碳溶解在海水中，储存于海洋深处。
海洋封存技术相对成本较低，但涉及到生态环境和环境安全问题，需要更多的科学研究和评估。
矿化封存是指将二氧化碳转化为矿物形式，贮存在地下。
这种技术具有较高的稳定性和长期的封存效果，但目前仍面临产量低、技术成本高等挑战。
化学吸收法捕集二氧化碳研究进展
化学吸收法捕集二氧化碳研究进展吴彬;黄坤荣;刘子健【摘要】化学吸收法是目前电厂捕集烟气中二氧化碳应用最广泛的方法.本文主要介绍了以醇胺、热钾碱溶液、氨水等为吸收剂的化学吸收法,从目前的研究现状、吸收原理及优缺点进行分析,并探讨了未来二氧化碳捕集研究的方向,化学吸收法捕集CO2的研究主要集中在对吸收剂的探寻中,同时,离子液体、金属有机骨架、膜分离技术等其他捕集技术的发展大大推进了二氧化碳捕集的进展.%The method of chemical absorption is most widely used for the capture of carbon dioxide in flue gas at power plants.The chemical absorption method based on alkylol amine,hot potassium alkali solution and ammonia water as the absorbent was introduced.The current research status,absorption principle,advantages and disadvantages were analyzed,and the development of carbon dioxide capture in the future was discussed.The chemical absorption method of CO2 was mainly focused on the exploration of the absorber.At the same time,the development of other capture technologies will greatly promote the progress of the carbon dioxide capture,such as ionic liquid,metal organic skeleton and membrane separation technology.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)011【总页数】4页(P11-14)【关键词】化学吸收法;二氧化碳;捕集【作者】吴彬;黄坤荣;刘子健【作者单位】南华大学机械工程学院,湖南衡阳 421001;南华大学机械工程学院,湖南衡阳 421001;南华大学机械工程学院,湖南衡阳 421001【正文语种】中文【中图分类】TQ110.2我国CO2排放的50%来自燃煤电厂，这意味着电力行业二氧化碳的减排对抵制温室效应有着非常显著的作用。
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１．３ 纯氧燃烧技术［５］
该技术是利用空分系统获得富氧或纯氧， 然后燃
料与氧气共同进入专门的纯氧燃烧炉进行燃烧， 一般需
要对燃烧后的烟气进行重新回注燃烧炉， 这一方面降低
燃烧温度； 另一方面也进一步提高了 ＣＯ２ 的体积分数。 由于烟气中 ＣＯ２ 的体积分数高， 可显著降低 ＣＯ２ 捕获 的能耗， 但必须采用专门的纯氧燃烧技术， 需要专门材
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。从分离作用在燃烧的不同阶段分， 主 要有 ４ 种［２］ ， 即： 燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、纯氧燃烧 技术以及化学链燃烧技术。
１．１ 燃烧后脱碳技术［３］
在燃烧后的烟气中捕获或者分离 ＣＯ２。电厂中 产生 ＣＯ２ 的系统主要是锅炉和燃机， 现有的绝大多 数火力发电技术， 包括新建和改造， 都只能采用燃烧 后烟气捕获的方法进行 ＣＯ２ 的分离， 可使用的范围 非常广； 而另一方面， 烟 气 体 积 大 、排 放 压 力 低 、ＣＯ２ 的分压小， 投资和运行成本很高。
膜
聚合体
产 氢 工 艺 中 ＣＯ２ 分 离 ， 脱 除天然气中的 ＣＯ２
工作压力 分压 ３．５￣１７．０ ｋＰａ 分压大于 ５２５ ｋＰａ
高压
高压 高压 高压
大型化应用的关键问题
未来研发的方向
再生的能耗； 体的预处理
其他酸性气
开 发 具 有 更 高 ＣＯ２ 容 量 和 更低能耗需求的吸附剂；
新的接触反应器
再生的优化
开 发 具 有 更 高 ＣＯ２ 容 量 和 更低能耗需求的吸附剂； 新的接触反应器
吸附剂容量低， 选择性差， 受到低温的限制， 产生的 ＣＯ２ 纯度不高， 压力较低
开发新的具有能在水蒸气
存 在 的 情 况 下 吸 附 ＣＯ２ 的 吸附剂； 开发能产生更高 纯度 ＣＯ２ 的吸附／脱附方法
开发新的具有能在水蒸气
热 能 、金 属 单 质 以 及 ＣＯ２ 和 水 ， 金 属 单 质 通 过 输 送 到空气反应器中与氧气进行反应（ ２） ， 再生为金属氧
化物。燃料反应器里的反应：
ＭｅＯ＋燃料→Ｍｅ＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２
（ １）
空气反应器里的反应：
Ｍｅ＋１／２Ｏ２→ ＭｅＯ
（ ２）
因为燃 料 反 应 器 生 成 ＣＯ２ 和 水 ， 所 以 ＣＯ２ 的 捕
按照材料的结构不同， 无机膜又分为多孔膜和致 密膜。对于多孔膜， 通常是利用一些多孔金属物作为支 撑， 将膜覆在支撑物上。氧化铝、碳、玻璃、碳化硅、沸石 和氧化锆是最常用的多孔膜材料。多孔膜过滤的机理主 要是努森扩散、表面扩散、毛细浓缩以及分子筛作用。
２．２ 吸附法
吸 附 法 是 通 过 吸 附 体 在 一 定 的 条 件 下 对 ＣＯ２ 进 行 选 择 性 地 吸 附 ， 然 后 通 过 恢 复 条 件 将 ＣＯ２ 解 析， 从而达到分离 ＣＯ２ 的目的。按照改变的条件， 主 要有变温吸附法（ ＴＳＡ） 和变压吸附法（ ＰＳＡ） 。由于温 度的调节控制速度很慢， 在工业中较少地采用变温 吸附法。吸附法主要依靠范德华力吸附在吸附体的 表面， 吸附能力主要决定于吸附体的表面积以及操 作的压（ 温） 差， 一般其效率较低， 需要大量的吸附 体， 使此种技术成本非常高。现在 ＣＣＰ 项目正在研 究 另 一 种 新 的 吸 附 法— ——变 电 吸 附 （ ＥＳＡ） ， 它 通 过 活性炭纤维对 ＣＯ２ 进行 吸 附 ， 通 过 电 流 的 改 变 进 行 解析分离出 ＣＯ２［１］ 。
１．２ 燃烧前脱碳技术［４］
在碳基燃料燃烧前， 首先将其化学能从碳转移 到 其 他 物 质 中 ， 然 后 再 将 其 进 行 分 离 ， ＩＧＣＣ 就 是 最 典型的可以进行燃烧前脱碳的系统。如图 １， 燃料 首先进入气化炉气化， 生产出煤气， 然后再将煤气 进 行 重 整 ， 使 煤 气 变 为 ＣＯ２ 和 Ｈ２， 将 燃 料 化 学 能 转 移 到 Ｈ２ 中 ， 然 后 再 对 ＣＯ２ 和 Ｈ２ 进 行 分 离 。 一 般 ＩＧＣＣ 系 统 的 气 化 炉 都 采 用 富 氧 或 纯 氧 技 术 ， 所 需 分 离 气 体 体 积 大 幅 度 变 小 、ＣＯ２ 体 积 分 数 显 著 变 大 ， 从 而 大 大 降 低 投 资 和 运 行 费 用 ， 使 ＩＧＣＣ 成 为 未来电力行业发电技术的优选。美国的未来电力、 中国的绿色煤电 、日 本 的 鹰 计 划 以 及 澳 大 利 亚 的 零 排 放 发 电 等 技 术 均 计 划 采 用 ＩＧＣＣ 作 为 基 础 ， 进 行 燃烧前的脱碳。
获非常容易， 此技术仍处于研究阶段， 现在主要采用
热重分析仪、流化床和固定床进行探索性研究， 研究
的金属物质 主 要 有 Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｎ 和 Ｃｄ， 燃 料 大
多采用 Ｈ２、ＣＨ４ 和 ＣＯ。
２ ＣＯ２ 分离技术
主要的 ＣＯ２ 捕获技术见表 １。
２．１ 吸收法［７］
吸 收 法 分 离 ＣＯ２ 主 要 有 物 理 吸 收 法 和 化 学 吸
发电技术
（ 绿色煤电专栏）
第４０ 卷第 ３ 期 ２００７ 年３ 月
中国电力 中ＥＬ国ＥＣＴ电ＲＩＣ力ＰＯＷＥＲ
Ｖｏｌ． ４０ ， Ｎｏ． ３
Ｍａｒ第． ２０４００７ 卷
二氧化碳的捕获和封存技术进展
黄 斌， 刘练波， 许世森
（ 西安热工研究院有限公司， 陕西 西安 ７１００３２）
摘 要： 人 类 活 动 产 生 的 ＣＯ２ 长 期 积 累 有 可 能 对 全 球 气 候 造 成 严 重 影 响 ， 通 过 ＣＯ２ 捕 获 和 封 存 （ ＣＣＳ） 技 术 进行电厂脱碳是减少 ＣＯ２ 进入大气的一个重要切入点。电厂 ＣＯ２ 捕获技术路线分为燃烧 前 脱 碳 技 术 、 燃 烧 后 脱 碳 技 术 、 纯 氧 燃 烧 技 术 以 及 化 学 链 燃 烧 技 术 ； ＣＯ２ 捕 获 技 术 则 主 要 有 吸 收 法 、 吸 附 法 和 膜 分 离 法 等 ， 其中膜分离法是最有发展潜力的技术。油气田、煤层田以及盐水层具有长期安全封 存 ＣＯ２ 的 能 力 ， 且 有 巨 大的封存容量。
关键词： ＣＯ２； 捕获； 封存； 脱碳； 膜分离法
中图分类号： Ｘ５１
文献标识码： Ａ
文章编号： １００４－９６４９（ ２００７） ０３－００１４－０４
０ 引言
１ 电厂 ＣＯ２ 捕获技术路线
随着温室效应对世界气候的影响日益显现， ＣＯ２ 已经成为公众最为 关 注 的 焦 点 之 一 。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［１］， 人 类活动产生的折算 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， 减 少 ＣＯ２ 的 排 放 是 一 个 关 系 到 人 类 社 会 持 续 发展的问题。
主要是在一定条件下， 通过膜对气体渗透的选择性把 ＣＯ２ 和其他气体分离开。按照膜材料的不同， 主要有聚 合体膜、无机膜以及正在发展的混合膜和其他过滤膜。
聚 合 体 膜 又 分 为 玻 璃 质 膜 （ ｇｌａｓｓｙ ｐｏｌｙｍｅｒｓ ） 和 橡 胶 质 膜 （ ｒｕｂｂｅｒｙ ｐｏｌｙｍｅｒｓ） ， 因 为 前 者 具 有 更 好 的 气体选择性和机械性能， 现在几乎所有的工业选择 性渗透分离膜均采用玻璃质膜［１］ 。聚合体膜容易装 配， 单位体积具有较大的过滤面积， 能大大减少过滤 设备的体积， 从而使其投资较低。但其不能在较高的 温度（ ＞１５０ ℃） 和腐蚀环境中工作， 这也阻碍 了 其 在 电力行业的发展。
收 法 ， 物 理 吸 收 法 就 是 采 用 对 ＣＯ２ 溶 解 度 大 、选 择 性 好 、性 能 稳 定 的 有 机 溶 剂 ， 通 过 加 压 溶 解 ＣＯ２ 来 完成捕捉过程， 然后 降 压 进 行 ＣＯ２ 的 释 放 和 溶 剂 的 再 生 。典 型 的 物 理 吸 收 法 主 要 有 环 丁 砜 法 、聚 乙 二 醇 二甲醚法以及甲醇法等； 化学吸收法则主要采用碱 性溶液对 ＣＯ２ 进行溶解 分 离 ， 然 后 通 过 脱 析 分 解 分 离出 ＣＯ２ 气体同时对溶 剂 进 行 再 生 ， 典 型 的 化 学 吸 收溶剂主要是 Ｋ２ＣＯ３ 水溶剂（ 再加少部分胺盐或钒、 砷 的 氧 化 物 ） 和 乙 醇 胺 类 水 溶 液 （ 如 ＭＥＡ、ＤＥＡ 和 ＭＤＥＡ 等） 。此种方法在化工类已较为普遍和成熟， 对 ＣＯ２ 的捕获效果好， 但 由 于 溶 剂 再 生 耗 能 大 ， 用 于电力行业还是存在运行成本昂贵的问题。值得注 意的是， ＣＣＰ 项 目 近 期 研 究 开 发 的 胺 喷 淋 法 不 管 在 投资运行费用还是在效率上都获得了极大的改善， 这 也 使 得 这 项 被 认 为 开 发 潜 力 不 大 的 “成 熟 ”的 技 术 在电力行业中运用产生了希望。
２．３ 膜分离法
膜分离法是被认为最有发展潜力的脱碳方法， 它
１５
发电技术
（ 绿色煤电专栏）
中国电力
第 ４０ 卷
表 １ 主要 ＣＯ２ 捕获技术［１］ Ｔａ ｂ．１ Ｍａ ｉｎ ＣＯ２ ｃａ ｐｔｕｒｅ ｔｅ ｃｈｎｏｌｏｇｉｅ ｓ
技术
工业应用
吸
化学法（ ＭＥＡ）
脱除天然气中的 ＣＯ２， 脱 除 烟气中的 ＣＯ２
在人类 排 放 的 ＣＯ２ 中 ， 电 厂 是 最 大 最 集 中 的 排 放源， 控制电厂 ＣＯ２ 的 排 放 是 人 类 减 少 ＣＯ２ 进 入 大 气最重要的切入点。美国能源部 １９９９ 年提出了减少 碳进入大气的 ３ 条主要途径［１］ ： （ １） 更高效地使用能 源以减少利用碳基燃料的使用量； （ ２） 增加低碳燃料 和无碳燃料的使用， 如核能、太阳能、风能、水电以及 生物质能； （ ３） 发展安全可靠的 ＣＣＳ。ＣＣＳ 技术就是 将利用燃料而产生的 ＣＯ２ 与 其 他 气 体 分 离 开 ， 然 后 经过压缩、脱水和输送， 最后将其安全长久地封存在 地质层中。各国都在通过发展能源技术， 调整能源结 构以提高能源使用效率， 降低高碳基燃料的使用， 取 得了巨大的进步。而对于 ＣＣＳ 技术， 虽然在化工、食 品等行业， ＣＯ２ 的分离已经较为成熟， 在石油开采行 业， 也已经有了较成熟的 ＣＯ２ 驱油技术（ ＥＯＲ） ， 但是 对于电力行业， ＣＣＳ 技术的研究仍处于起步阶段， 迄 今还未有大容量和低廉价格的技术产生。