低成本捕集燃煤电厂烟气中CO2技术研究.doc

低成本捕集燃煤电厂烟气中CO2研究 设计者: 指导教师： （华北电力大学环境科学与工程学院，河北省保定市，邮编：071003） 摘要：本论文研究了一种低成本燃煤电厂碳捕集方法。系统地介绍了氨法吸收和解吸烟气CO2的工作原理、关键参数、能耗对比等。研究表明，采用此工艺不仅能减少大气中CO2的排放，还能产生有商业利用价值的高纯度CO2，既能达到节能减排的目的，又有潜在的经济价值。 关键词：氨法 碳捕集 节能减排 自动控制 作品内容简介 实验研究了燃煤电厂烟气中CO2捕集技术，普遍适合我国电力企业的节能减排与清洁生产的长远发展目标，并且可实现可持续发展战略。 方案主要内容 第一部分：用氨水吸收烟气中的二氧化碳，同时达到用氨水吸收烟气中其他成分如SO2的目的。通过实验研究确定最佳氨水浓度、反应时间、pH、烟气流速、氨水流量、烟气温度等影响因素对模拟烟气中多污染物脱除效率的影响。确定CO2脱除的最佳反应条件，为整体脱碳工艺设计提供实验支持。 第二部分：对氨法碳捕集过程中脱碳吸收液解吸CO2开展实验研究，研究解吸温度、溶液浓度、pH和CO2担载程度等因素对脱碳吸收液解吸CO2的影响。确定CO2解吸的最佳反应条件。 第三部分：设计工业应用模型，改进工艺流程，设计换热器对烟气余热进行利用，降低CO2吸收和解吸的能耗，以该技术适合在电厂的大规模应用。 创新点和特色 （1）实现电厂烟气中CO2的低排放，缓解电厂环境压力； （2）用氨水作为吸收剂，实现了氨的化学循环再生，减少吸收剂成本； （3）有效利用烟气余热，降低CO2的脱除成本，使该技术大规模应用成为可能; （4）通过高纯度CO2的商业利用，实现电力企业的额外利润。 应用价值 本套实验方案采用氨法脱除烟气CO2具有可行性，能在一定程度上推进“节能减排”工作，有效解决我国燃煤造成的大气污染。 工艺设备的运行可采用自动控制系统，操作简单方便，也有利于电力企业的人员结构调整，一方面可以大幅度降低设备设施所需的经济投入，另一方面还可以有效缓解我国CO2排放量持续增长的紧张的局面。总体而言，此技术存在巨大的发展空间。 总的来看，该方案可以解决大多数电厂对烟气污染物脱除及排放的标准，且造价低廉，易施工，占地面积小，减轻电厂的经济压力，以达到节能减排的目标。 1 研制背景及意义 1.1 研究背景 随着全球变暖趋势的持续和异常天气现象的频繁出现，温室气体CO2的排放 控制已引起世界各国的高度关注。CO2是最重要的人为温室气体。1750年前65万年中，大气中CO2浓度约为280ppm，到2005年，这一数值上升为379ppm。并且，当前大气中CO2浓度正加速增大[1,2]。图1为全球CO2浓度变化情况。1960~2005年，大气中CO2浓度平均每年增加1.4ppm，最近10年（1995~2005年）这一增幅加大到每年1.9ppm[2,3]。据国际气候变化控制委员会（IPCC）测算，如果温室气体以目前趋势持续增长，到2030年全球气温将上升1.5~4.5。图为全球气温变化情况。而温度的变化将会导致一系列的事件发生，地球温度每上升1.5~4.5，全球海平面平均会上升0.25~0.5m，全球气温变暖将会给人类带来空前的灾难，云、风和降雨的方式将会发生改变，因此导致农业生产受到很大的冲击，沿海的生态环境也将遭到破坏，同时也加速土壤中水分的大量流失，大量的农田沙漠化现象严重。 图1-1 全球CO2浓度变化 图1为全球CO2浓度变化情况 图1-2 全球气温变化情况 图2全球气温变化情况 世界上约75%的CO2排放来自化石燃料燃烧，其中，煤炭是一种高CO2排放燃料，单位热量燃煤引起的CO2排放较石油和天然气分别高出36%和61%[4]。据经济合作发展组织(OECD)和国际能源署(IEA)数据显示，现有电厂CO2年排放量约106亿吨，占全世界排放总量的40.6%，其中燃煤电厂76亿吨，占发电行业排放量的72%。到2020年，全球每年将有65亿吨CO2来自于已投运的电厂[5]。由于我国能源储备具有“多煤、贫油、少气”的特点，经济发展对能源的供给主要依赖煤炭，随着近年我国GDP逐年提高，煤炭燃烧产生的CO2排量也逐年上升，加上西方国家对石油天然气的利用也不断增加，导致全球CO2排量持续增加。无论是燃烧前脱除系统还是燃烧后捕集系统，其中关键技术都是CO2的分离。根据过程机理，目前CO2分离方法主要有：吸收法、吸附法、膜分离法、低温分离法等。 1.2.1 吸收法 吸收法根据吸收机理及所采用吸收剂的不同又分为：物理吸收法、化学吸收法、物理化学吸收法。 1.2.1.1 物理吸收法 物理吸收法就是溶剂吸收CO2仅通过