電廠煙氣氨法脫碳技術(shù)研究進(jìn)展
摘要：隨著“后京都時代”的到來，電廠煙氣氨法脫碳技術(shù)成為近年來新興的CO2減排方法研究熱點之一。本文對國內(nèi)外有關(guān)氨法脫碳的機(jī)理、主要工藝和參數(shù)等的相關(guān)研究給予了詳細(xì)的總結(jié)與分析，并對存在的問題和技術(shù)未來發(fā)展等方面進(jìn)行了闡述，F(xiàn)有試驗及系統(tǒng)模擬結(jié)果表明，氨法脫碳技術(shù)可實現(xiàn)９０％以上的CO2脫除效率，氨水溶液具有１．０ｋｇCO2／ｋｇNH3 以上的吸收能力；其中，CO2脫除效率、吸收能力及速率等參數(shù)主要受氨水濃度、吸收反應(yīng)溫度、吸收劑再生條件等因素影響。經(jīng)濟(jì)性研究顯示，氨法聯(lián)合脫除技術(shù)有望將CO2捕獲帶來的電價增長控制在２０％以內(nèi)。
關(guān)鍵詞：電廠；煙氣；二氧化碳脫除；氨吸收法
引 言
世界上約７５％的CO2 排放來自化石燃料燃燒，其中，煤炭是一種高CO2排放燃料，單位熱量燃煤引起的CO2排放較石油和天然氣分別高出３６％和６１％［１］。據(jù)經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織（ＯＥＣＤ）和國際能源署（ＩＥＡ）數(shù)據(jù)顯示［２］，現(xiàn)有電廠CO2年排放量約１０６ 億噸，占全世界排放總量的４０．６％， 其中燃煤電廠７６ 億噸，占發(fā)電行業(yè)排放量的７２％。到２０２０ 年， 全球每年將有６５ 億噸CO2來自于２００５年已投運的電廠。由于我國能源儲備具有 “多煤、貧油、少氣” 的特點，煤炭占一次能源生產(chǎn)和消費的６５％ 以上［３］，火電廠CO2排放量穩(wěn)定在總排放的６０％ 左右［４］。因此， 采用捕集、儲存或利用電廠煙氣中CO2的方法被認(rèn)為是近期內(nèi)減緩CO2排放較為可行的措施［５］，F(xiàn)有電廠煙氣中CO2燃燒后捕集技術(shù)主要有吸收法、吸附法、膜法、低溫法等。考慮到電廠煙氣中CO2的分壓低和技術(shù)工藝的成熟性，比較而言，化學(xué)吸收法是目前較好的選擇［６］；瘜W(xué)吸收法脫除合成氣中CO2的技術(shù)在合成氨、尿素等化工產(chǎn)品生產(chǎn)中早已得到廣泛應(yīng)用，但在電廠煙氣CO2捕集方面鮮有工業(yè)應(yīng)用，主要原因是電廠煙氣流量大、壓力接近常壓、CO2體積分?jǐn)?shù)低、使用常規(guī)工藝經(jīng)濟(jì)性較差。盡管如此，由于其在化工行業(yè)運行歷史久、脫除效率高、技術(shù)穩(wěn)定、價格相對低廉，研究者仍致力于將此類化工技術(shù)轉(zhuǎn)化成電廠煙氣CO2捕集技術(shù)的研究， 現(xiàn)已有商業(yè)示范項目。其原理是利用堿性吸收溶液與煙氣中的CO2接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成不穩(wěn)定鹽類，其中，吸收劑吸收能力受化學(xué)反應(yīng)平衡的限制，在一定的條件下可逆向分解釋放出CO2，從而將CO2從煙氣中分離并富集，進(jìn)行再利用或后處理，同時使吸收劑CO2擔(dān)載能力得到再生。常用的吸收劑有醇胺溶液、強(qiáng)堿溶液、熱苛性鉀溶液等。目前，受關(guān)注最多的是醇胺類，該技術(shù)利用帶有羥基和胺基的堿性水溶液作為吸收劑，利用吸收塔和再生塔組成系統(tǒng)對CO2進(jìn)行捕集，一般需消耗０．２～１．６ｋｇ 吸收劑／ｔCO2。其中， 一乙醇胺（ＭＥＡ）分子量小，吸收酸性氣體能力強(qiáng)，對捕集燃燒后煙氣中低濃度的CO2最具優(yōu)勢，是被研究和運用的最主要技術(shù)。醇胺法脫碳的主要問題是循環(huán)過程中CO2吸收效率不高。由于氧化、熱降解、發(fā)生不可逆反應(yīng)和蒸發(fā)等原因，導(dǎo)致吸收劑吸收能力損失；富CO2吸收液（簡稱富液）中降解產(chǎn)物造成系統(tǒng)腐蝕、再生能耗大、初投資和運作成本偏高等［６］。因此，化學(xué)吸收法在電廠煙氣CO2捕集中若要廣泛應(yīng)用，尚需通過嘗試開發(fā)新吸收劑、新處理裝置或改進(jìn)現(xiàn)有脫除工藝等途徑解決上述關(guān)鍵問題。在吸收劑的研究上，主要側(cè)重于尋找新吸收劑，目標(biāo)是吸收能力在１ｋｇCO2／ｋｇ溶劑以上，能同時滿足“高脫碳效率、高吸收能力和低再生能耗”及“低蒸氣壓、抗氧化和低腐蝕性”特點的吸收劑；在吸收工藝改進(jìn)研究方面，主要有低吸收劑損耗和熱聯(lián)合工藝等應(yīng)用研究。
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