天津大学研究生分离工程大作业.docx

化工分离过程课程报告 烟道气碳捕集过程模拟 组员：  伍泓宇 1015207050 邢瑞哲 1015207052 席倩文 2015207303 刘天阔 2015207302 赵雅楠 2015207307 张  倩 2015207306 天津大学化工学院 2016 年 4 月 6 日 33 3 3 -1 一、烟道气碳捕集过程的研究进展及现状 我国乃至世界都面临着严峻的能源和环境问题。传统化石能源日益枯竭， 煤炭、石油等化石能源的燃烧还造成了严重的环境污染。 CO  2 是最主要的温室气体。过量 CO  2 的排放导致全球性极端气候频发，严 重威胁地球生命的生存。全球 CO 2 排放量的 50-60%来源于火电厂和工业过程烟 道气（主要成分为 N 2 和 CO 2 ），对这部分 CO 2 进行捕集和封存（CCS）是当前 控制和减少 CO 2 排放的有效手段。从烟道气中分离 CO 2 过程的费用约占整个 CCS 过程费用的 60-80%。因此，如何高效捕集烟道气中的 CO 排取得突破的关键。 2 是温室气体减 我国是能源消耗大国，同时也是 CO2 排放大国，面临着严重的能源危机和 巨大的温室气体减排压力。因此，我国迫切需要开发高效的 CO2 分离过程，以 实现在保证经济持续发展和社会需求的条件下，采用清洁能源逐步代替传统能 源，并有效控制和减少 CO2 的排放，从而达到经济的可持续发展和缓解能源、 环境问题的“双赢”。 目前，对于大部分化石燃料发电厂而言，产生烟道气量为数千吨/小时（数 百万 m /h），烟道气流量极大，但 CO 备体积庞大，能耗高。  2 浓度低以及组分复杂等原因导致分离设 烟道气组成：其成分为氮气、二氧化碳、氧和水蒸气和硫化物等，无机污 染物占 99%以上；灰尘、粉渣和二氧化硫含量低于 1%。 传统燃煤电厂烟道气中 CO2 的体积分数一般为 14%-16%，气源特点： （1）气体流量非常大；（2）CO2 的分压较低；（3）出口温度较高；（4）含 有大量惰性气体 N2；（5）主要杂志气体为 O2，SO2，NOX 等。表 1 为 500MW 粉煤电厂脱硫后的常规烟道气。 表 1 500MW 粉煤厂脱硫后的常规烟道气 流量/（m .h ） 温度 /℃ 压力 /kPa 组成，%（v） 流量/（m .h ） 温度 /℃ 压力 /kPa N 2 CO 2 O2 Ar NO X SO 2 1722890 50 101.3 79.85 14.10 5.04 0.95 0.04 0.02 火电厂是 CO  2  的集中排放源，其烟气中 CO  2  排放量约占人类活动引起的 CO 2 总排放量的 30%。为了实现 CO 2 的减排，必须考虑对现有电厂采取减排措 施。而发展研究捕集 CO 2 的新型高效节能技术及相关理论，是减排 CO 2 、避免 温室效应、保护环境的关键技术，也是当今世界该领域研究的热点之一。目前， 有多种具体的 CO  2 分离技术，包括传统的吸收法、吸附法、低温分离法等。以 及新兴起的金属氧化物法、电化学法、膜分离法、水合物法等。 大规模捕集 CO2 的成本过高是 CCS 技术至今难以真正获得实际应用的瓶颈 之一。实现 CO2 的减排有三种主要的方式，即提高能量利用效率以降低能量消 耗，开发可再生清洁能源以降低碳消耗，以及采用 CO2 的捕集和封存技术(CCS)以 存储所排放的 CO2。在全球范围内，CO2 的大型排放源主要集中在发电厂、水 泥生产企业、钢铁工业以及石油和天然气加工行业。其中，以化石燃料为主要 能源的火电厂是最大的 CO2 集中排放源，电厂烟道气中 CO2 占总的碳排放量的 37.5%。然而，在 21 世纪前 50 年左右，化石燃料将继续主导热力和电力生产， 化石燃料燃烧过程仍将排放大量的 CO2。在化石能源中，煤炭占全球能源份额 的 40%，并且呈逐年上升趋势。对于我国而言，75%的电力仍将由燃煤电厂生 产。因此，研究燃煤电厂的 CCS 技术，对于我国在保障能源供应安全的同时， 控制和减少温室气体的排放，以积极应对全球变暖等气候问题具有重要的意义。 其中，吸附法由于操作范围广(适用于不同温度)、设备简单易控以及能耗 低等优势，在燃煤厂 CO  2 的捕集过程中得到了大量的研究，并且也有工业示范 装置的报导。但是吸附法目前的成本仍旧较高，如果在吸附剂研制方面取得突 破，并进一步在吸附工艺的设计和优化方面得到强化，吸附法可以成为一种极 有竞争力的 CO  2 捕集技术。而当下用于烟道气中碳捕集的膜分离技术尚未实现 工业化应用。表 2 现有及新建燃煤发电机组（含企业自备燃煤发电机组）大气 污染物排放浓度限值。 表 2