El clima terrestre està experimentant un canvi significatiu caracteritzat per l’escalfament global, que tindrà un impacte important en l’ecosistema global i el desenvolupament social i econòmic. Els estudis han demostrat que això es deu principalment a l'efecte d'escalfament dels gasos d'efecte hivernacle com el CO2 emès pels humans amb combustibles fòssils. En les darreres dècades, les emissions de CO2 han augmentat amb el desenvolupament econòmic. El 2006, les emissions del CO2 mundials van arribar a 28.000 milions de tones, de les quals la Xina va representar el 20,2%. Els combustibles fòssils com el carbó, el petroli i el gas natural són les principals fonts d’emissions de CO2 i el carbó emet més CO2. El carbó és una font d’energia relativament “bruta”. El carbó amb el mateix valor calorífic emet molt més CO2 que el petroli i el gas natural i és la font més important d’emissions de CO2. El 2006, el carbó va representar només el 26% del consum d’energia primària mundial, però les seves emissions de CO2 van representar el 41,7%. Aquest problema és especialment destacat al meu país: el 2007, el consum de carbó del meu país va ser de 2.59 mil milions de tones, representant el 69,5% del consum d’energia primària del meu país i més del 80% de les emissions de CO2 del meu país. D’aquesta manera, es van utilitzar 1.31 mil milions de tones per a la generació d’energia. El 2008, la generació d'energia tèrmica va representar el 80% de la generació d'energia total del meu país, la majoria de les centrals elèctriques a carbó. A causa del seu baix preu, abundants reserves i fàcil accés, el carbó seguirà sent la principal font energètica del meu país durant molt de temps.
Actualment, hi ha principalment les maneres següents de controlar les emissions de CO2: millorar l’eficiència energètica, utilitzar l’energia renovable com l’energia eòlica, l’energia solar, l’energia de biomassa i l’energia nuclear i utilitzar la tecnologia de captura de CO2 per cremar combustibles fòssils.
En el futur previsible, els combustibles fòssils continuaran sent la nostra principal font d’energia, que requereix que adoptem la tecnologia de captura i emmagatzematge de CO2 (CCS) per reduir les emissions de CO2. Les centrals tèrmiques són la font més important d’emissions de CO2 i les seves emissions de CO2 superen el 40% del total. A causa de les seves emissions centralitzades i el seu fàcil control, s'han convertit en els principals objectes d'aplicació de la tecnologia de captura i emmagatzematge de CO2.
La captura i l’emmagatzematge de CO2 es refereix a la recollida de CO2 emeses per les centrals elèctriques i després transportar -la a una ubicació d’emmagatzematge de CO2 a través d’un pipeline. Aquest article se centra principalment en la tecnologia de captura de CO2. Actualment hi ha tres tipus principals de tecnologies de captura de CO2:
Tecnologia de captura després de la combustió
Tecnologia de combustió enriquida en oxigen
Tecnologia de captura pre-combustió
Paraules clau: captura de CO2; central elèctrica tèrmica; Combustió enriquida per oxigen; Captura de gas de combustió; Captura pre-combustió
Tecnologia de captura després de la combustió
La tecnologia de captura posterior a la combustió s'utilitza per capturar carboni en gas de combustió després de la combustió. Utilitza monoetanolamina (MEA) o altres solucions per absorbir directament la CO en gas de combustió per a la captura. La solució MEA és un dissolvent químic orgànic que s’ha utilitzat per eliminar les impureses àcides de gas en gas natural, com ara CO2, H2S, etc. més de 60 anys. La seva absorció de CO2 pertany a l’adsorció química, que pot alliberar CO2 sota calefacció. Utilitzant aquest mètode per capturar CO2 en gas de combustió, pot eliminar el 75%~ 90%del CO2 en gas de combustió i obtenir CO2 amb una puresa del 99%.
Per capturar el CO2 en gas de combustió, cal afegir una torre d’absorció i una torre de regeneració a l’equip per absorbir i alliberar CO2. A més, cal modificar el sistema de vapor per extreure vapor per escalfar la solució i alliberar CO2. A causa de la baixa pressió de gas de combustió (generalment propera a la pressió atmosfèrica), la baixa concentració de CO2 (10%~ 15%) i un gran flux de gas, el sistema de captura és gran i consumeix molta energia. La principal pèrdua energètica de la tecnologia de captura de post-combustió rau en la regeneració de la solució MEA. Es calcula que per a les unitats de nova construcció amb captura de CO2, l'eficiència baixarà al voltant d'un 20% ~ 30% en comparació amb les unitats amb els mateixos paràmetres i l'energia consumida per la regeneració de la solució MEA representa més de la meitat de l'energia total consumida. L’energia necessària per a la regeneració sol provenir de l’extracció de vapor de baixa pressió de la turbina. Alstom ha estudiat la modificació de captura de CO2 d’una unitat als Estats Units, demostrant que el 79% del vapor després del cilindre de pressió mitjana s’utilitza per a la regeneració de la solució MEA. Com que l’extracció del vapor impedeix que la unitat funcioni en condicions òptimes, l’eficiència continuarà disminuint.
A més, els gasos àcids com SO2 i NO2 en gas de combustió reaccionaran amb la solució MEA per generar sals estables de calor, donant lloc a la pèrdua de solució MEA. Per tant, el contingut de gasos àcids en gas de combustió ha de ser controlat a uns 10x10 ". Això requereix la modificació del sistema de desulfurització per millorar l'eficiència de la desulfurització.X, ja que noXEn el gas de combustió és principalment no, i NO2 només representa aproximadament un 5%, el sistema SCR ordinari pot satisfer les necessitats.
Tecnologia de combustió enriquida en oxigen
La tecnologia de combustió enriquida per oxigen utilitza la tecnologia de producció d’oxigen per passar l’oxigen pur i una part del gas de combustió reciclat a la caldera per a la combustió, de manera que la concentració de CO2 al gas de combustió arriba a més del 95%, cosa que es pot comprimir i purificar directament.
L’equip per capturar CO2 mitjançant la tecnologia de combustió enriquida en oxigen inclou principalment dispositius de separació d’aire, dispositius de recirculació de gas de combustió i dispositius de compressió i purificació de CO2. La principal pèrdua d’energia de la tecnologia de combustió enriquida per l’oxigen rau en la separació de l’aire per produir oxigen. La tecnologia de refrigeració i separació d’aire que s’utilitza actualment consumeix molta energia i l’electricitat requerida representa al voltant del 18% de la generació d’energia total. Al mateix temps, a causa de la reducció del flux de gasos de combustió i la reducció de la pèrdua de calor d’escapament, l’eficiència de la caldera es pot augmentar al voltant d’un 3%. En general, l'eficiència de tota la central elèctrica baixarà un 20%~ 30%. Actualment s’estan estudiant noves tecnologies de producció d’oxigen de baix cost, com ara la tecnologia de membrana d’oxigen i transport d’ions (OTM). Un cop fet un avenç, es pot reduir molt el cost de la tecnologia de combustió enriquida per oxigen.
A causa de la circulació contínua del gas de combustió, la concentració de SO2 al gas de combustió és de 2 vegades la de la combustió de l'aire. Si el contingut de sofre de carbó és alt, el gas de combustió s’ha d’extreure després del sistema de desulfurització per evitar la corrosió dels equips. Si no és alt, es pot cancel·lar els equips de desulfurització. NoXLes emissions es reduiran molt sota la premissa d’adoptar una baixa tecnologia de combustió de NOx. D'una banda, és perquè no hi ha N2 al gas de combustió i no hi ha cap tèrmicXes genera. D'altra banda, el NOX es pot reduir encara més durant la circulació. Després que el CO2 estigui comprimit i liqui, gasos no condensibles, incloent-hi un excés de filtració d’oxigen a l’aire de la caldera, SO2, NOX, etc., es separarà; Els contaminants es poden tractar segons els requisits locals de protecció ambiental.
La tecnologia de captura pre-combustió s’utilitza principalment conjuntament amb la tecnologia IGCC. IGCC (Cicle combinat de gasificació integrada) és una tecnologia avançada que combina la tecnologia de gasificació del carbó amb un cicle combinat. El sistema IGCC ha d’afegir un reactor de canvi, separació de CO2 i un dispositiu de purificació de compressió per a la captura de CO2. El carbó es converteix en gas de síntesi, compost principalment per CO i H2, a alta temperatura, alta pressió i entorn ric en oxigen en el gasificador: en el reactor de canvi, el vapor i el vapor d’aigua del gas de síntesi generen CO i hidrogen sota l’acció d’un catalitzador. Com que la pressió del gas és alta en aquest moment, la concentració de CO també és alta i el mètode de polietilenglicol dimetil dimetil (selexol) es pot utilitzar per absorbir CO. Aquest mètode és un mètode d’absorció física. En reduir la pressió de la solució, es pot alliberar CO2 i es pot regenerar la solució. El seu consum d’energia és molt menor que el del mètode MEA. Al mateix temps, a causa de l’elevada pressió de gas, també es redueix el consum d’energia del procés de compressió de CO2 posterior. Alguns estudiosos han analitzat el sistema IGCC de 500 MW i creuen que després d’instal·lar el sistema de captura de CO2, l’eficiència d’IGCC baixarà del 38,4% (HHV) al 31,2% (HHV). Entre ells, el reactor de conversió i la compressió de CO2 tenen el major impacte, cosa que redueix l'eficiència en un 4,2% i un 2,1%, respectivament. El cost de l’eliminació de CO2 per aquest mètode és d’uns 20 dòlars/t.
perspectives tècniques
La tecnologia de captura de post-combustió és la tecnologia més madura i s'ha utilitzat. El primer dispositiu de captura de CO2 de la central elèctrica del meu país - Huaneng Beijing Penal Thermal Power 3000 ~ 5000T/any de captura de CO2 Dispondació del dispositiu de demostració utilitza aquesta tecnologia. Actualment, la tecnologia de combustió enriquida per oxigen és actualment un punt de partida de recerca, però la tecnologia no és gaire madura i es manté majoritàriament en la fase de laboratori i pilot. El projecte de combustió enriquit en oxigen més gran del món és el projecte de 30 MW Vattenfall construït a Alemanya el setembre del 2008, que utilitza la tecnologia Alstom. A més, Black Hills, juntament amb B & W, Air Liquide i altres empreses, construiran una central de combustió enriquida en oxigen de 100MW a Wyoming, EUA. El projecte està previst que s’acabi el 2015. Tant la tecnologia de captura de post-combustió com la tecnologia de combustió enriquida en oxigen es poden utilitzar per transformar les centrals existents. El cost de la tecnologia de combustió enriquida per oxigen és relativament baix, però si només es captura part del CO2, la tecnologia de captura de post-combustió és més adequada. IGCC és la tecnologia més neta de carbó del món, però el seu elevat cost i tecnologia immadur limita la seva aplicació. Tot i això, després d’instal·lar la captura de CO2, el seu augment de costos és el menys i el cost d’eliminació de CO2 també és el més baix. Amb el desenvolupament de la tecnologia, IGCC s’utilitzarà àmpliament en el futur. L’inconvenient és que aquesta tecnologia només es pot utilitzar per a les centrals elèctriques noves i no es pot utilitzar per a la transformació tècnica de les centrals elèctriques existents.
Independentment de quina tecnologia s’utilitzi, hi ha alguns requisits per al lloc. Per tant, la central elèctrica recentment dissenyada ha de considerar la captura de CO2, pensar en quina tecnologia utilitzar amb antelació, reservar espai per a equips d’eliminació de CO2 i trobar una ubicació d’emmagatzematge adequada a prop.
Promoció de la tecnologia de captura de CO2
Tot i que la tecnologia de captura de CO2 s’ha convertit en un punt de partida de recerca, encara no s’ha promogut a tot el món. Això es deu principalment als següents factors:
(1) Consideracions econòmiques: després de la captura de CO2, l'eficiència de tota la central elèctrica baixarà un 20%~ 30%i el cost de la generació d'energia augmentarà significativament. Les empreses que ja han aconseguit beneficis no tenen motivació per capturar CO2.
(2) La influència de les polítiques nacionals: la captura de CO2 ha de ser impulsada per les polítiques nacionals. El govern pot considerar l’adopció de formes com imposar un impost sobre les emissions de CO2 per promoure l’aplicació de la tecnologia de captura i emmagatzematge de CO2.
(3) La influència de les polítiques nacionals: la captura de CO2 ha de ser impulsada per les polítiques nacionals. El govern pot considerar l’adopció de formes com imposar un impost sobre les emissions de CO2 per promoure l’aplicació de la tecnologia de captura i emmagatzematge de CO2.
(4) Sensibilització pública: Després de l'adopció de la tecnologia de captura de CO2, els preus de l'electricitat augmentaran bruscament. Tant si augmenta els preus de l’electricitat com si es cobra impostos sobre el carboni, ha de ser reconegut i recolzat pel públic.
La creació de centrals de demostració és una mesura eficaç per promoure la promoció de la tecnologia de captura de CO2. La UE ha previst construir 12 centrals de demostració de captura de CO2 a gran escala el 2012 per preparar-se per a la promoció a gran escala a tot el món el 2020.
Conclusió
S’introdueixen tres tipus de tecnologies de captura de CO2 per a centrals elèctriques a carbó, es comparen els avantatges, els desavantatges i els costos de diverses tecnologies i s’analitza la promoció de la tecnologia de captura de CO2. El cost excessiu és el principal factor que restringeix el desenvolupament de la tecnologia de captura de CO2. S’han de fer consideracions completes i els sistemes integrats s’han de dissenyar raonablement per reduir els costos. Per exemple, el CO2 generat es pot utilitzar per augmentar la taxa de recuperació de petroli dels camps de petroli. En la tecnologia enriquida per l’oxigen, l’energia freda del gas natural liquat importat es pot utilitzar per a la separació d’aire per reduir el cost de la producció d’oxigen.
