烟道气二氧化碳分离回收技术进展 2009.doc

烟道气二氧化碳分离回收技术进展 2009-11-04 ? 陆诗建1，杨向平1，李清芳2，张建2 ??? 全球每年因燃烧化石燃料而排放的CO2达到200亿t左右，由化石能源燃烧产生的CO2总量约占温室气体总量的82％。随着世界各国对地球温室效应问题的关注，CO2减排日益引起全世界的重视。过去20年中，排放人大气中CO2的3/4是由化石燃料燃烧造成的，其中化石燃料发电厂烟道气是CO2长期稳定集中排放源，其所排CO2量占总排放量的大约30％，因此应当成为减排CO2的重点[1]。 ??? 回收烟道气CO2不仅是缓解CO2排放危机最直接有效的手段，还能降低生产成本。由于大多数化石燃料电厂均采用直接燃烧技术，因此CO2只能从烟道气中分离和回收。烟道气的回收具有以下特点：①气体流量大；②CO2分压低；④含有大量的惰性气体N2；④主要杂质气体为O2、SO2等。目前烟道气回收CO2的研究方法有化学回收法、物理回收法、生物固定法3种，主要由原料气的压力、CO2的含量来确定。 1物理性回收二氧化碳技术 ??? 主要指物理溶剂吸收法和物理吸附法。 1.1物理溶剂吸收法 ??? 该法全部采用有机化合物作为吸收溶剂。由于溶液的酸性气体负荷与酸气分压成正比，故适宜于处理高含CO2的烟道气。属于这一类的溶剂有很多，有冷甲醇、多乙二醇醚、Ⅳ．甲基吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、磷酸三丁酯和环丁砜等。 ??? CO2被溶剂吸收时不发生化学反应，溶剂减压后释放CO2(不必加热)，解吸后的溶液循环使用。物理吸收法的最大优点是能耗低，CO2与溶剂不形成化合物，减压后绝大部分CO2被闪蒸出来，然后采用气提或负压实现溶剂的再生。该类方法适合于高压高浓度CO2气源中CO2的脱除。 1．2物理吸附法 ? 物理吸附法主要利用固态吸附剂对原料混合气中的二氧化碳的选择性可逆吸附作用来分离回收CO2。吸附法又分为变温吸附法(TSA)和变压吸附法(PSA)，吸附剂在高温(或高压)时吸附CO2，降温(威降压)后将CO2解析出来，通过周期性的温度(或压力)变化，从而使CO2被分离。常用的吸附剂有天然沸石、活性氧化铝、硅胶和活性炭等。整个过程由吸附、漂洗、降压、抽真空和加压五步组成。其运行系统压力在1.26-2.66 MPa之间变化。 ??? 英国伯明翰大学和皇家科学大学的科学家研究了一种以钾为促进剂的水滑石(potassium-hydrotal-cite)吸附介质[2]。实验表明，此吸附剂能从208～302 cc的烟道气中回收CO2，其吸附二氧化碳能力高于0.8 mol/kg。据称如对吸附剂的再生循环时间严加控制，其脱除CO2的效率可达97％。 2化学性回收二氧化碳技术 ??? 化学性回收处理二氧化碳技术主要可概分为固定化、化学吸收、薄膜分离、吸附及二氧化碳重组等几大类。 2．1二氧化碳化学固定技术 ??? 主要可分以碳酸盐化合物形式进行二氧化碳固定处理及利用海水碱度提高处理固定二氧化碳两类。前者利用某些组成中含有氧化镁、氧化钙成分之矿石，当其与二氧化碳进行化学反应时，其氧化镁、氧化钙成分与二氧化碳结合，以形成碳酸镁和碳酸钙盐类。后者以添加碳酸钠方式来提高海水碱度,进而提高二氧化碳被吸收溶解于海水中的吸收量。在技术上，必须要做到高效率二氧化碳吸收机能、快速反应机能及固液分离机能，方能处理排放源产生的大量气体。 2.2化学吸收法 ??? 对于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，也被认为最经济可行。二氧化碳的化学处理技术包含二氧化碳及其它物质间(如各级醇胺、氨水或氨气、氢氧化钠等)一种或更多的可逆反应已达成分离效果。一般常用于化学吸收法的溶剂为醇胺及氨气(或氨水)，其中胺类主要有一级醇胺(如MEA)、二级醇胺(如DEA、DIPA)及三级醇胺(如MDEA)。除了以醇胺当作二氧化碳吸收剂之外，也有以氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁、热碳酸钾溶液(BV法)等碱剂作为烟道气中二氧化碳的吸收。 ??? 关于未来化学吸收剂的研究进展，不仅在于开发出吸收容量高、低成本、吸收率佳、抗腐蚀性且不易有溶剂损失的吸收剂外，如何寻求出一种低溶剂回收温度或是具有经济价值的添加剂，以再生循环使用吸收剂，来重复吸收二氧化碳，使得吸收剂更具经济价值，也是未来研究发展的方向之一。 2.3化学吸附法 ??? 吸附法系将含有二氧化碳的烟道气通过吸收塔，利用与吸附剂接触的方式达成去除二氧化碳的目的。因没有溶液参与，化学吸附法也称为干法，以固体材料吸附或化学反应来脱除及回收烟道气中的CO2组分。若以设备费、电费及蒸汽等支出费用观点言，吸附法较适用于中小规模的二氧化碳吸收。 ??? 常见的吸收剂有沸石、活性炭及分子筛等，其中以分子筛吸附最具有代表性。用分子筛作为吸附剂除可进行油田气脱水外，同样也可进行烟道气中酸性气体的脱除[3