O clima da Terra está passando por uma mudança significativa caracterizada pelo aquecimento global, o que terá um impacto importante no ecossistema global e no desenvolvimento social e econômico. Estudos mostraram que isso se deve principalmente ao efeito de aquecimento de gases de efeito estufa, como o CO2 emitido por humanos usando combustíveis fósseis. Nas últimas décadas, as emissões de CO2 têm aumentado com o desenvolvimento econômico. Em 2006, as emissões mundiais de CO2 atingiram 28 bilhões de toneladas, das quais a China representava 20,2%. Os combustíveis fósseis, como carvão, petróleo e gás natural, são as principais fontes de emissões de CO2, e o carvão emite mais CO2. O carvão é uma fonte de energia relativamente "suja". O carvão com o mesmo valor calorífico emite muito mais CO2 do que petróleo e gás natural e é a fonte mais importante de emissões de CO2. Em 2006, o carvão representou apenas 26% do consumo de energia primária do mundo, mas suas emissões de CO2 representavam 41,7%. Esse problema é particularmente proeminente em meu país: em 2007, o consumo de carvão do meu país foi de 2,59 bilhões de toneladas, representando 69,5% do consumo de energia primária do meu país e mais de 80% das emissões de CO2 do meu país. Desse modo, 1,31 bilhão de toneladas foram usadas para geração de energia. Em 2008, a geração de energia térmica representou 80% da geração total de energia do meu país, a maioria das usinas de energia a carvão. Devido ao seu preço baixo, reservas abundantes e fácil acesso, o carvão continuará sendo a principal fonte de energia do meu país por um longo tempo.
Atualmente, existem principalmente as seguintes maneiras de controlar as emissões de CO2: melhorar a eficiência energética, usar energia renovável, como energia eólica, energia solar, energia de biomassa e energia nuclear e usar a tecnologia de captura de CO2 para queimar combustíveis fósseis.
No futuro próximo, os combustíveis fósseis continuarão sendo nossa principal fonte de energia, que exige que adotemos a tecnologia de captura e armazenamento de CO2 (CCS) para reduzir as emissões de CO2. As usinas térmicas são a fonte mais importante de emissões de CO2, e suas emissões de CO2 excedem 40% do total. Devido às suas emissões centralizadas e ao controle fácil, eles se tornaram os principais objetos de aplicação da tecnologia de captura e armazenamento de CO2.
Captura e armazenamento de CO2 referem -se à coleta de CO2 emitido por usinas de energia e depois transportá -lo para um local de armazenamento de CO2 através de um pipeline. Este artigo se concentra principalmente na tecnologia de captura de CO2. Atualmente, existem três tipos principais de tecnologias de captura de CO2:
Tecnologia de captura pós-combustão
Tecnologia de combustão enriquecida com oxigênio
Tecnologia de captura pré-combustão
Palavras -chave: captura de CO2; usina de energia térmica; Combustão enriquecida por oxigênio; captura de gás de combustão; Captura pré-combustão
Tecnologia de captura pós-combustão
A tecnologia de captura pós-combustão é usada para capturar carbono em gás de combustão após a combustão. Ele usa monoetanolamina (MEA) ou outras soluções para absorver diretamente CO no gás de combustão para captura. A MEA Solution é um solvente químico orgânico que tem sido usado para remover as impurezas do gás ácido no gás natural, como CO2, H2s, etc. Mais de 60 anos. Sua absorção de CO2 pertence à adsorção química, que pode liberar CO2 sob aquecimento. O uso deste método para capturar CO2 no gás de combustão pode remover 75%~ 90%de CO2 em gás de combustão e obter CO2 com uma pureza de 99%.
Para capturar o CO2 em gás de combustão, uma torre de absorção e uma torre de regeneração precisam ser adicionadas ao equipamento para absorver e liberar CO2. Além disso, o sistema de vapor precisa ser modificado para extrair vapor para aquecer a solução e liberar CO2. Devido à baixa pressão de gás de combustão (geralmente próxima à pressão atmosférica), baixa concentração de CO2 (10%~ 15%) e enorme fluxo de gás, o sistema de captura é grande e consome muita energia. A principal perda de energia da tecnologia de captura pós-combustão está na regeneração da solução MEA. Estima -se que, para unidades recém -construídas com captura de CO2, a eficiência cairá cerca de 20% ~ 30% em comparação com as unidades com os mesmos parâmetros, e a energia consumida pela regeneração da solução MEA é responsável por mais da metade da energia total consumida. A energia necessária para a regeneração geralmente vem da extração a vapor de baixa pressão da turbina. Alstom estudou a modificação de captura de CO2 de uma unidade nos Estados Unidos, mostrando que 79% do vapor após o cilindro de pressão média é usado para a regeneração da solução MEA. Como a extração do vapor impede que a unidade opere sob condições ideais, a eficiência continuará a diminuir.
Além disso, gases ácidos como SO2 e NO2 no gás de combustão reagirão com a solução MEA para gerar sais estáveis ao calor, resultando na perda da solução MEA. Portanto, o conteúdo de gases ácidos no gás de combustão precisa ser controlado a cerca de 10x10 ". Isso requer a modificação do sistema de dessulfurização para melhorar a eficiência da dessulfurização.X, já que nãoXNo Flue Gas é principalmente não, e o NO2 é responsável apenas por cerca de 5%, o sistema SCR comum pode atender às necessidades.
Tecnologia de combustão enriquecida com oxigênio
A tecnologia de combustão enriquecida com oxigênio usa a tecnologia de produção de oxigênio para passar o oxigênio puro e parte do gás de combustão reciclado na caldeira para combustão, de modo que a concentração de CO2 no gás de combustão atinge mais de 95%, que pode ser diretamente comprimida e purificada.
O equipamento para capturar o CO2 usando a tecnologia de combustão enriquecida com oxigênio inclui principalmente dispositivos de separação de ar, dispositivos de recirculação de gás de combustão e dispositivos de compressão e purificação de CO2. A principal perda de energia da tecnologia de combustão enriquecida com oxigênio está na separação do ar para produzir oxigênio. A tecnologia de refrigeração e separação de ar atualmente usada consome muita energia, e o eletricidade necessário é responsável por cerca de 18% da geração total de energia. Ao mesmo tempo, devido à redução no fluxo de gás de combustão e à redução na perda de calor do escape, a eficiência da caldeira pode ser aumentada em cerca de 3%. No geral, a eficiência de toda a usina cairá em 20%~ 30%. Novas tecnologias de produção de oxigênio de baixo custo estão atualmente sendo estudadas, como a tecnologia de membrana de oxigênio e transporte de íons (OTM). Depois que um avanço é feito, o custo da tecnologia de combustão enriquecido com oxigênio pode ser bastante reduzido.
Devido à circulação contínua do gás de combustão, a concentração de SO2 no gás de combustão é 2 ~ 3 vezes a da combustão do ar. Se o teor de enxofre do carvão for alto, o gás de combustão deve ser extraído após o sistema de dessulfurização para impedir a corrosão do equipamento. Se não estiver alto, o equipamento de dessulfurização pode ser cancelado. NÃOXAs emissões serão bastante reduzidas sob a premissa de adotar a baixa tecnologia de combustão de NOx. Por um lado, é porque há uma falta de N2 no gás de combustão, e sem térmico nãoXé gerado. Por outro lado, o NOX pode ser reduzido ainda mais durante a circulação. Depois que o CO2 é comprimido e liquefeito, gases não condensáveis, incluindo o excesso de oxigênio vazando no ar da caldeira, SO2, nãoX, etc., serão separados; Os poluentes podem ser tratados de acordo com os requisitos locais de proteção ambiental.
A tecnologia de captura pré-combustão é usada principalmente em conjunto com a tecnologia IGCC. O IGCC (ciclo combinado de gaseificação integrado) é uma tecnologia avançada que combina a tecnologia de gaseificação de carvão com um ciclo combinado. O sistema IGCC precisa adicionar um reator de mudança, separação de CO2 e um dispositivo de purificação de compressão para captura de CO2. O carvão é convertido em gás de síntese, composto principalmente por CO e H2, sob alta temperatura, alta pressão e ambiente rico em oxigênio no gaseificador: no reator de mudança, CO e vapor de água no gás de síntese geram CO e hidrogênio sob a ação de um catalisador. Como a pressão do gás é alta no momento, a concentração de CO também é alta e o método de éter de dimetil de polietileno glicol (SELEXOL) pode ser usado para absorver co. Esse método é um método de absorção física. Ao reduzir a pressão da solução, o CO2 pode ser liberado e a solução pode ser regenerada. Seu consumo de energia é muito menor que o do método MEA. Ao mesmo tempo, devido à alta pressão do gás, o consumo de energia do processo de compressão de CO2 subsequente também é reduzido. Alguns estudiosos analisaram o sistema IGCC de 500 MW e acreditam que, após a instalação do sistema de captura de CO2, a eficiência do IGCC cairá de 38,4% (HHV) para 31,2% (HHV). Entre eles, o reator de conversão e a compressão do CO2 têm o maior impacto, o que reduz a eficiência em 4,2% e 2,1%, respectivamente. O custo da remoção de CO2 por esse método é de cerca de 20 $/t.
perspectivas técnicas
A tecnologia de captura pós-combustão é a tecnologia mais madura e foi usada. O primeiro dispositivo de captura de CO2 da usina a carvão do meu país - Huaneng Beijing Power Power Power 3000 ~ 5000t/ano O dispositivo de demonstração de captura CO2 usa essa tecnologia. Atualmente, a tecnologia de combustão enriquecida com oxigênio é um ponto de acesso de pesquisa, mas a tecnologia não é muito madura e permanece principalmente no estágio de laboratório e piloto. O maior projeto de combustão enriquecido com oxigênio do mundo é o projeto Vattenfall de 30 MW construído na Alemanha em setembro de 2008, que usa a tecnologia Alstom. Além disso, Black Hills, juntamente com a B&W, Air Liquide e outras empresas, construirá uma usina de potência de combustão enriquecida com 100MW de oxigênio em Wyoming, EUA. O projeto está programado para ser concluído em 2015. A tecnologia de captura pós-combustão e a tecnologia de combustão enriquecida com oxigênio podem ser usadas para transformar usinas de energia existentes. O custo da tecnologia de combustão enriquecido com oxigênio é relativamente baixo, mas se apenas parte do CO2 for capturada, a tecnologia de captura pós-combustão é mais adequada. O IGCC é a tecnologia mais limpa a carvão do mundo, mas sua tecnologia de alto custo e imaturo limita sua aplicação. No entanto, após a instalação da captura de CO2, seu aumento de custo é o mínimo e o custo de remoção de CO2 também é o mais baixo. Com o desenvolvimento da tecnologia, o IGCC será amplamente utilizado no futuro. A desvantagem é que essa tecnologia só pode ser usada para novas usinas de energia e não pode ser usada para a transformação técnica das usinas de energia existentes.
Não importa qual tecnologia seja usada, existem certos requisitos para o site. Portanto, a usina de energia recém -projetada deve considerar a captura de CO2, pensar em qual tecnologia usar com antecedência, reservar espaço para equipamentos de remoção de CO2 e encontrar um local de armazenamento adequado nas proximidades.
Promoção da tecnologia de captura de CO2
Embora a tecnologia de captura de CO2 tenha se tornado um ponto de pesquisa de pesquisa, ela ainda não foi promovida em todo o mundo. Isso se deve principalmente aos seguintes fatores:
(1) Considerações econômicas: Após a captura de CO2, a eficiência de toda a usina cairá em 20%a 30%e o custo da geração de energia aumentará significativamente. As empresas que já obtiveram lucros não têm motivação para capturar o CO2.
(2) A influência das políticas nacionais: a captura de CO2 deve ser impulsionada pelas políticas nacionais. O governo pode considerar adotar formulários, como impor um imposto sobre emissões de CO2 para promover a aplicação da tecnologia de captura e armazenamento de CO2.
(3) A influência das políticas nacionais: a captura de CO2 deve ser impulsionada pelas políticas nacionais. O governo pode considerar adotar formulários, como impor um imposto sobre emissões de CO2 para promover a aplicação da tecnologia de captura e armazenamento de CO2.
(4) Consciência pública: Após a adoção da tecnologia de captura de CO2, os preços da eletricidade inevitavelmente aumentarão acentuadamente. Seja aumentando os preços da eletricidade ou cobrando impostos sobre o carbono, ele precisa ser reconhecido e apoiado pelo público.
Construir usinas de poder de demonstração é uma medida eficaz para promover a promoção da tecnologia de captura de CO2. A UE planejou construir 12 usinas de demonstração de captura de CO2 em larga escala até 2012 para se preparar para a promoção em larga escala em todo o mundo em 2020.
Conclusão
Três tipos de tecnologias de captura de CO2 para usinas a carvão são introduzidas, são comparadas as vantagens, desvantagens e custos de várias tecnologias, e a promoção da tecnologia de captura de CO2 é analisada. O custo excessivo ainda é o principal fator que restringe o desenvolvimento da tecnologia de captura de CO2. Considerações abrangentes devem ser feitas e os sistemas integrados devem ser razoavelmente projetados para reduzir os custos. Por exemplo, o CO2 gerado pode ser usado para aumentar a taxa de recuperação de petróleo dos campos de petróleo. Na tecnologia enriquecida com oxigênio, a energia fria do gás natural liquefeito importado pode ser usado para separação de ar para reduzir o custo da produção de oxigênio.
