地下注入二氧化碳的技术.doc

地下注入二氧化碳工艺 罗伯特索科洛夫（Robert H. Socolow） ——普林斯顿大学机械制造与空间技术的教授 翻译：宋清；校对：苑惠明 为了避免大气继续升温，可以向地下注入二氧化碳。这项任务是困难的，但是是值得做的。在威廉莎士比亚时代吸入的每百万个分子中就有280个是二氧化碳分子。如今，在我们的每次呼吸中每百万分子含有380个二氧化碳分子，其份量每年增加2个分子。大家都知道，二氧化碳大气浓度上升的后果将会如何：人类在地球范围内将进行无法操纵的实验。众所周知，二氧化碳促使大气增温，这样首先会引起海平面升高和水酸度增加。问题在于，全球气候因此会如何变化，这种情况下生态系统会受到怎样的折磨，所有这些会对人类的健康和福祉产生怎样的影响。目前，人类活动对气候的影响是如此之快，以至于学者们来不及评价其后果会严重到什么程度。如果要清楚，没有专门的工作能降低二氧化碳浓度的增长速度，那么应该立即采取一些必要的措施。相反，人类不得不要适应不可避免的后果。如果减少二氧化碳的排放成为人类社会的首要任务，那么未来可能会实质地降低生态灾害产生的风险。对此必须马上遵循几个方针：更加有效地利用能源和利用可再生能源替换化石燃料（煤、石油和天然气大气中二氧化碳的主要“人工制造”源）。除此之外，可以捕获二氧化碳并将其储存在地下储层中。绝对不能把二氧化碳排放到大气中，到目前为止这是有害排放物的主要储库，因为燃烧产物是自己通过排气通道和烟筒排出的。但是有一个好的新发明，即二氧化碳捕获和埋存工艺，而影响该工艺利用的障碍是完全可以克服的。 如果汽车每100公里需要8升汽油，那么行驶16000千米必须购买1280升汽油，即一吨汽油。在汽油燃烧时通过排汽管排出大约3吨二氧化碳气体。在气体排出之前捕获二氧化碳并返回到加油站实际上是不可能的，而在固定的燃煤发电厂捕获所产生的二氧化碳则要容易得多。 目前，在占全球二氧化碳排放量的四分之一的发电厂尝试捕获和储存二氧化碳不足为怪。功率为1000兆瓦的大型燃煤发电厂，每年产生6,000,000吨的气体（等同于2,000,000辆汽车的排气量）。全球二氧化碳的总排放量（1,000个大型发电厂的工作当量）在未来几十年会增加一倍，因为美国、中国、加拿大和其他国家正在建造新的发电厂（见下文）。因为最近25年会出现新的燃煤企业，最好设计成能尽快滤除二氧化碳的企业。目前，能源公司可以从两种能源生产系统中选择其中一个。第三种系统在研究阶段。传统的燃煤蒸汽发电厂在一个阶段内完全采用空气燃煤，释出的热量把水转化成高压蒸汽使汽轮机转动发电。在最初系统方案中（上个世纪煤炭发电厂的主力）从混合物中分离出硫磺后剩余气体的混合物在大气压下通过高大的烟囱排出。排出的气体中15%是二氧化碳，其余剩下的是氮气和水蒸气。为了使工艺操作用于分离二氧化碳，可以把烟囱替换为吸收塔，吸收塔中分离的气体和少量化学制品（胺）发生反应，部分吸收二氧化碳。在第二个反应塔中（解吸塔）加热含有胺的液体，释放高浓度二氧化碳气体然后还原为化学吸收剂。众所周知，另一个获得能量的“煤”系统是煤气化复合循环。在这个系统中，煤开始部分在气化舱内加氧燃烧，以便获得主要由氢气和一氧化碳（煤气）混合物组成的合成气体。在除去硫化物和其他混合物以后含有空气的合成气体混合物在发电的燃气轮机中燃烧。进入烟囱之前，利用转动燃气轮机排出的热气把水转化为蒸汽，使汽轮机叶片转动，产生额外的能量。为了在这种装置捕获碳，向合成气体添加蒸汽，以便把大部分的一氧化碳转变为二氧化碳和氢气。在主要由氢气组成的剩余气体燃烧之前，滤除二氧化碳并在燃气和蒸汽涡轮机中产生电能。 图 1 位于撒哈拉沙漠中的阿尔及利亚天然气开采公司的解吸塔。在这里用化学方法从专供于欧洲市场的天然气中分离出二氧化碳气体，然后注入到地下2千米深深处第三种方法是加氧燃煤，而不是在空气中燃烧。其中的方案之—是在该系统一期燃烧时使用氧气，以便在排出的混合气体中虑氮，仅剩下二氧化碳和水蒸气，这样就可以轻易分离。在煤复合气化过程中可以加氧燃烧合成气体。在这种情况下，取消转化反应仅分离二氧化碳和水蒸气。但是，能够抗衡氧气中燃烧产生高温的结构材料还没有制造出来。 复杂方案 捕获二氧化碳不仅会增加难度和成本，而且同样降低燃料回收能量的效率。换句话说，为了顺利储存含有碳的副产品必须要开采和燃烧大量的煤。如果企业在滤清含硫的气态产品的同时并将其如二氧化碳那样储存的话，可以节省用于分离硫的一大笔费用，这样就可以补偿部分的开支。 为了在发电厂运行的整个期间内（60年或以上）使利润最大化，应该不能忘记用于维护目前以及未来生态标准的费用。煤气化复合循环企业捕获二氧化碳的附加费用，大概明显低于传统企业的费。高压下去除二氧化碳，如同合成气体情况下比较经济，因为不需要安装庞