CCS技术(Carbon Capture and Storage 的缩写,是将二氧化碳(CO2)捕获和封存的技术。)可以分为捕集、运输以及封存三个步骤,商业化的二氧化碳捕集已经运营了一段时间,技术已经发展得比较成熟,而二氧化碳封存技术各国还在进行大规模的实验。
一、二氧化碳捕集
二氧化碳的捕集方式主要有三种:燃烧前捕集(Pre-combustion)、富氧燃烧(Oxy-fuel combustion)和燃烧后捕集(Post-combustion)。
1.1燃烧前捕集
燃烧前捕集主要运用于IGCC(整体煤气化联合循环发电系统)系统中,将煤高压富氧气化变成煤气,再经过水煤气变换后将产生CO2和氢气(H2),气体压力和CO2浓度都很高,将很容易对CO2进行捕集。剩下的H2可以被当作燃料使用。
该技术的捕集系统小,能耗低,在效率以及对污染物的控制方面有很大的潜力,因此受到广泛关注。然而,IGCC发电技术仍面临着投资成本太高,可靠性还有待提高等问题。
1.2富氧燃烧
富氧燃烧采用传统燃煤电站的技术流程,通过制氧技术,将空气中大比例的氮气(N2)脱除,直接采用高浓度的氧气(O2)与抽回的部分烟气(烟道气)的混合气体来替代空气,这样得到的烟气中有高浓度的CO2气体,可以直接进行处理和封存。
欧洲已有在小型电厂进行改造的富氧燃烧项目。该技术路线面临的最大难题是制氧技术的投资和能耗太高,还没找到一种廉价低耗的能动技术。
1.3 燃烧后捕集
燃烧后捕集即在燃烧排放的烟气中捕集CO2,如今常用的CO2分离技术主要有化学吸收法(利用酸碱性吸收)和物理吸收法(变温或变压吸附),此外还有膜分离法技术,正处于发展阶段,但却是公认的在能耗和设备紧凑性方面具有非常大潜力的技术。
工业上,通常选用呈碱性的化学吸收液来吸收CO2,如:醇胺、钾碱和氨水等。目前较为成熟的化学吸收法工艺多基于乙醇胺类水溶液,如单乙醇胺法(MEA法)和二乙醇胺法(DEA法)和甲基二乙醇胺法(MDEA法)等。
近几年新发展的化学吸收法工艺包括:混合胺法、空间位阻胺法、以及冷氨法等。化学吸收法适用于气体中CO2浓度较低时的CO2分离。
从理论上说,燃烧后捕集技术适用于任何一种火力发电厂。然而,普通烟气的压力小体积大,CO2浓度低,而且含有大量的N2,因此捕集系统庞大,耗费大量的能源。
二、二氧化碳运输
捕集到的二氧化碳必须运输到合适的地点进行封存,可以使用汽车、火车、轮船以及管道来进行运输。一般说来,管道是性价比非常合适的运输方式。2008年,美国约有5800千米的CO2管道,这些管道大都用以将CO2运输到油田,注入地下油层以提高石油采收率(Enhanced Oil Recovery,EOR)。
三、AtmosFIR傅里叶红外气体分析仪在二氧化碳捕集方面的应用
英国Protea公司在全球气体分析领域拥有世界前沿的先进技术和专业的气体分析设备。其中,AtmosFIR傅里叶红外气体分析仪系列产品广泛应用于气体分析领域,为客户解决气体分析的难题。北京乐氏科技作为英国Protea公司在中国区的总代理,承担着该品牌系列产品在中国区的销售和技术支持服务。我们的团队将用专业的技术、严谨的态度、热忱的服务为国内客户提供气体分析全套解决方案。
目前,AtmosFIR傅里叶红外气体分析仪在二氧化碳捕集研究方面拥有广泛应用。该分析仪测试气体种类丰富,除非红外活性气体之外,可以覆盖所有二氧化碳捕集研究方面气体的检测需求。通过先进的化学计量方法可以建立不同浓度范围的气体分析模型,在分析过程中仪器根据样气浓度自动切换量程范围进行检测。
在二氧化碳捕集研究方面,傅里叶变换红外光谱原理是强大且适合的一种分析手段。以下是AtmosFIR在二氧化碳捕集应用的参数展示:
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