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可持续发展

sustainable development

在全球气候变暖的背景下,以低能耗、低污染为基础的“低碳经济”已成为全球热点。欧美发达国家大力推进以高能效、低排放为核心的“低碳革命”,着力发展“低碳技术”,并对产业、能源、技术、贸易等政策进行重大调整,以抢占先机和产业制高点。低碳经济的争夺战,已在全球悄然打响。

碳捕集利用与封存(CCUS)技术

在全球气候变暖的背景下,以低能耗、低污染为基础的“低碳经济”已成为全球热点

低能耗、低污染

在全球气候变暖的背景下,以低能耗、低污染为基础的“低碳经济”已成为全球热点。欧美发达国家大力推进以高能效、低排放为核心的“低碳革命”,着力发展“低碳技术”,并对产业、能源、技术、贸易等政策进行重大调整,以抢占先机和产业制高点。低碳经济的争夺战,已在全球悄然打响。

规范健康持续发展

习近平主席强调:“我国平台经济发展正处在关键时期,要着眼长远、兼顾当前,补齐短板、强化弱项,营造创新环境,解决突出矛盾和问题,推动平台经济规范健康持续发展;实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,拿出抓铁有痕的劲头,如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。”

CO2气驱强化采油技术

顺应绿色经济发展的趋势,海格金谷在碳捕集利用与封存技术上紧跟先进处理方式,投入研发力量进行技术储备。碳捕集的核心技术是捕集利用化工、发电、水泥等高能耗生产过程中产生的CO2。另一方面,CO2又是重要的化工原料,市场对CO2的需求量很大,如可用于生产干冰、食品CO2气体、焊接保护气、烟丝膨胀剂。在化学工业中,CO2已大量用于甲醇、尿素、纯碱等产品。在石油开采领域,CO2气驱强化采油(EOR)也已经成为一项比较成熟的技术,既提高了原油的开采量,又可以在油井中部分储存CO2,基于同样原理的强化煤层气开采技术(ECBM)也处在工程试验阶段。从环保和碳源利用的角度考虑,开发经济、实用的CO2捕集分离技术有着十分重要的意义和市场应用价值

碳捕集的主流技术采用以下几种
胺吸收法、氨水法、热碱法、吸收膜法、化学吸附法、离子液法、

碳捕集的主流技术

胺吸收法:胺吸收法的实质是酸碱中和反应,弱酸(二氧化碳)和弱碱(水溶液中的胺)反应生成可溶于水的盐,这使得胺法可在较低分压水平的烟气中捕获CO2,但吸收负荷受反应平衡限制。该酸碱反应随温度变化是可逆的,一般约在40℃形成盐,CO2被吸收。而在100℃以上反应逆向进行放出CO2,因而利用吸收塔和在圣塔组成系统即可完成对CO2的捕集。但由于循环吸收液中水的含量很高(>50%),其周期性的升温、降温使得系统能耗过高。
胺法工艺中使用的醇胺,包括传统的链状取代基醇胺和带支链的空间位阻胺。依据N原子的个数,醇胺分为伯胺(如一乙醇胺,即MEA)、仲胺(如二乙醇胺,即DEA)、叔胺(如三乙醇胺,即TEA;二异丙醇胺,即MDEA),它们在吸收CO2时各有优点。例如MEA分子量小,对CO2吸收速率快,对捕集烟气中低浓度CO2最具优势,因而也是被研究和运用最多的,但受限于反应平衡,其吸收负荷却最小。另外,为控制胺的氧化降解及其相应的腐蚀问题,还需要吸收液中添加一定的抗氧化剂和缓蚀剂,并对烟气也有一定的要求(一般要求已完成脱氧、除尘和脱硫)。 虽然胺吸收法已在化工行业使用多年,尤其是从天然气中分离酸性气体,但其技术进步仍有空间:当前研究主要集中于开发高效(混合)吸收剂及其添加剂、开发适用于大型分离设备的高效新型塔内件、优化工艺参数和于电厂的热整合、改进或创新再生工艺等,重点解决捕集过程的高能耗和高成本问题。


氨水法、该技术的工艺系统类似于胺吸收法。其关键反应步骤是碳酸铵、二氧化碳和水生成碳酸氢铵,该反应相比胺系统具有较低的反应热,因而具有再生能耗低的优势,此外相比于胺法还具有吸收速率快、吸收能力强、抗氧化降解、腐蚀性低、价格便宜等有点。 但由于氨水的高挥发性,该法在吸收阶段需要将烟气降温至15-26℃以提高氨水对CO2的吸收性和避免氨的逃逸,而在再生阶段则由于需要升温,对氨逃逸的控制则更为迫切,这是当前氨水法需要重点研究解决的问题。


热碱法、另一种较有发展前景的吸收/再生法脱碳工艺是以哌嗪为活化剂的热钾碱法,由于此法的吸收/再生过程的操作温度相差不大,故与常规醇胺法相比,再生热量的消耗有较大下降。


吸收膜法、一般是将微孔膜(多为中空纤维膜)和胺吸收法相结合而出现的一种新型吸收过程。气体和吸收液分别在膜两侧流动而不直接接触,膜本身没有选择性,只起隔离气体与吸收液的作用:微孔膜上的孔足够大,可允许膜一侧被分离的气体分子不需要很高的压力即可穿过膜到另一侧,该过程主要依靠膜另一侧吸收液的选择性吸收达到分离混合气体中某一组分CO2的目的。该法在传质性能、操作、能耗等方面较有优势,使之成为研发的热点之一。


化学吸附法、该法是利用固体吸附剂对混合气中CO2的选择性可逆吸附作用来分离回收CO2,如碱性的金属氧化物可吸收酸性CO2气体生成碳酸盐,在更高温度下反应可逆向进行,当前研究较多的是锂化合物吸附剂。 固体吸附剂也可以是将易与CO2反应的活性物质负载在多孔固体上而成(亦称“吸收剂固化”)。由于载体具有很高的比表面积,为活性物质和CO2的接触反应提供了充分的接触面积,同时与胺溶液吸收法相比,该工艺不含液体水,从而具备了低能耗的潜力。


离子液体是由特定阳离子和阴离子构成的室温下或近于室温下呈液态的一类新型“绿色溶剂”,众多研究表明离子液体具有性质稳定、无挥发、CO2吸收能力强、产物易于分离、循环使用性高以及阴阳离子可设计性等特点,被认为是挥发性有机容纪的立项替代物,近年来在CO2回收利用方面备受关注。离子液体几乎无蒸汽压的特性,可有效缓解有机胺吸收法中VOCs排放引起的污染问题,同时因为其良好的热稳定性,离子液体可以在较低的温度下完成解析并循环使用,更为重要的是,可以针对CO2气体,按实际需求进行分子设计并合成初高吸收容量的功能化离子液体。