能源化工知识点--二氧化碳的捕捉与封存技术

二氧化碳的捕捉与封存技术

一、二氧化碳的来源及排放

二氧化碳的来源：二氧化碳的主要排放源为化石燃料燃烧

其中，化石燃料使用所释放的的二氧化碳量占人类活动二氧化碳的排放量的80%以上，而人类毁林行为和生物代谢排放的二氧化碳量占全球温室气体排放总量的17.3%。

需要注意的是，高碳氢比的化石料释放的二氧化碳的量相对较高，煤燃烧释放的二氧化碳量比天然气高80%比石油高出约25%，而石油又比天然气高40%

■ 特征：

⑴主要集中于化石能源消费集中的行业，如电力、工业、

交通运输等部门；

⑵工业化发达国家是二氧化碳的排放主体（这里主要指

历史积累排放量）；

⑶发展中国家呈现迅速增长的态势

二氧化碳的环境效应

减少CO2排放量，目前主要有3种方式：

（1）降低能源强度（2）减少碳排放强度（3）加强CO2隔离

二、二氧化碳的捕捉

1吸收法分离技术2吸附法分离技术3膜分离技术4化学链燃烧技术

化学吸收法是分离回收二氧化碳比较成熟的一种方法。二氧化碳分离与回收技术中以化学溶剂吸收法研究的最多，也被认为是最经济可行的方法之一。但是化学吸收法的缺点是化学溶剂再生时需要对溶剂进行加热能耗很大，因此，吸收溶剂再生技术对吸收分离技术的发展相当重要。

吸附法分离技术

吸附法分离二氧化碳是利用一些特殊的吸附材料，采用物理或者化学的方法对二氧化碳进行吸附分离的技术。

原理

根据langmuir 吸附等温线可知，在同一温度下，吸附质在吸附材料上的吸附量随吸附质的分压上升而增加；在同一吸附质分压下，吸附质在吸附材料上的吸附量随吸附温度的上升而减少，换言之，加压降温有利于吸附质的吸附，降压升温有利于吸附质的解吸或吸附材料的再生。按照吸附材料的再生方法将吸附分离循环过程分为两类，分别是变温吸附和变压吸附.

变温吸附（TSA）

在较低温度（常温或更低）下进行吸附，在较高的温度下使吸附的组分解吸出来。变温吸附过程是在两条不同温度的等温吸附线之间移动进行着吸附和解吸的。

变压吸附（PSA）

在较高压力下进行吸附，在较低压力（甚至真空状态）下使吸附组分分离出来。由于吸附循环周期短，吸附热可供给解吸用，因此吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化很小，可以近似看做等温过程。

吸附剂是变压吸附的关键和核心，吸附剂的吸附性能在一定程度上决定了变压吸附工艺的分离效果。

可供变压吸附法回收二氧化碳的主要气源：

• 油田伴生气

• 石灰窑气

• 合成氨变换气

• 甲醇裂解气

• 氨长脱碳尾气烟道气

膜分离技术

膜分离技术的基本原理是：根据混合气体中各组分在压力的推动下透过膜传递速率的不同从而达到分离目的。

二氧化碳膜分离法是当今世界上发展迅速的一项节能二氧化碳分离技术，它具有装置简单、操作容易、投资费用低等优点。迄今已被工业上付诸应用的二氧化碳分离膜材质主要有醋酸纤维、乙基纤维素、聚苯醚及聚枫等

化学链燃烧技术（chemical-looping combustion,CLC)是一种崭新的洁净燃烧技术。

在该技术中，燃料和空气不直接接触，无需消耗额外的能量即可将二氧化碳从燃烧产物中直接分离出来，实现了燃烧和分离的一体化，并且还可以控制氮氧化物的生成，此外，化学链燃烧系统还实现了能量的梯级利用，使得该系统的热效率很高。化学链燃烧技术是解决能源与环境问题的创新突破口。

这种能量释放方法是新一代的的能源环境动力管理系统，它开拓了根除燃料型、热力型氮氧化物的产生与回收二氧化碳的新途径。金属氧化物（MO）与金属（M）在两个反应之间循环使用，一方面分离空气中的氧，另一方面传递氧，这样，燃料从MO获取氧，无需与空气接触，避免了被氮稀释。燃料侧的气体生成物为高浓度的二氧化碳和水蒸气，用简单的物理方法，将排气冷却，使水蒸气冷凝为液态水，即可分离回收二氧化碳，燃烧分离一体化，不需要常规的二氧化碳分离装置，节省了大量能源。为燃料反应器的吸热反应提供低温热，因而提高高温空气反应器产生的热量。

二、二氧化碳的封存技术

目前可行的二氧化碳封存或处置方式有四种，分别是：

▲ 地质（地下）封存

二氧化碳的地质封存是将二氧化碳压缩液注入地下岩石构造中，含流体的或曾经含流体的（图天然气、石油或盐水）的多孔岩石构造（如枯竭的油气储层）都是潜在的二氧化碳封存点，在陆地和沿海的沉积盆地存在适合二氧化碳的地质构造。另外假设煤层有充分的渗透性且这些煤炭以后不可能开采，则该煤层也可用于封存二氧化碳，该研究正处于示范阶段

■ 海洋封存

一个潜在的二氧化碳封存方案是将捕集的二氧化碳直接注入海洋（1000m深度以上），大部分的二氧化碳将再此与大气隔绝几个世纪。该方法的实施途径是通过管道或船舶将二氧化碳运输到海洋封存点，在该封存点将二氧化碳注入海洋的水柱体或海底，被溶解和消散的二氧化碳随后会成为全球碳循环的一部分。该方法还处于研究阶段，尚未应用。

■ 矿石碳化

矿石碳化封存二氧化碳是利用二氧化碳与碱和碱土氧化物（如碳酸镁和氧化钙）发生化学反应，将二氧化碳转化成为固体的无机碳酸盐（如碳酸镁和碳酸钙），从而使二氧化碳得到固定。

■ 森林和陆地生态系统封存

森林和陆地生态系统封存是指通过保护森林、重建森林（退耕还林）和植树造林等措施加强森林和陆地生态系统吸收二氧化碳的能力来达到控制二氧化碳含量的目的。