附件 二氧化碳捕集、利用与封存环境风险评估技术指南（试行）Technical Guideline on Environmental Risk Assessment for Carbon Dioxide Capture,Utilization and Storage(on Trial)
目次 前言 (5) 1总则 (6) 1.1适用范围 (6) 1.2规范性引用文件 (6) 1.3术语与定义 (6) 2环境风险评估工作程序 (7) 2.1评估流程 (7) 2.2评估范围 (8) 3主要环境风险源 (8) 3.1捕集环节的环境风险源 (8) 3.2运输环节的环境风险源 (9) 3.3地质利用与封存环节的环境风险源 (9) 4环境风险受体 (10) 5确定环境本底值 (10) 6环境风险评估 (10) 6.1环境风险可能性界定 (10) 6.2影响界定 (10) 6.3环境风险水平评估 (11) 7环境风险管理 (11)
前言 为贯彻落实《关于加强碳捕集、利用和封存试验示范项目环境保护工作的通知》（环办[2013]101号）要求，规范和指导二氧化碳捕集、利用与封存项目的环境风险评估工作，制定本指南。 本指南以当前技术发展和应用状况为依据，规定了一般性的原则、内容以及框架性程序、方法和要求，可作为二氧化碳捕集、利用和封存环境风险评估工作的参考技术资料。 本指南为首次发布，将根据环境管理要求及技术发展情况适时修订。 本指南由环境保护部科技标准司组织制定。 本指南主要起草单位：环境保护部环境规划院、中国科学院武汉岩土力学研究所、环境保护部环境工程评估中心和中国地质调查局水文地质环境地质调查中心。 本指南自2016年7月1日起实施。 本指南由环境保护部解释。
二氧化碳捕集、利用与封存技术调研报告 一、调研背景 为减缓全球气候变化趋势，人类正在通过持续不断的研究以及国家间合作，从技术、经济、政策、法律等层面探寻长期有效地减少以二氧化碳为主的温室气体排放的解决途径。中国作为一个发展中国家，在自身扔面临发展经济、改善民生等艰巨情况下仍然对世界做出了到2020年全国单位国内生产总值CO2放比2005年下降40%至45%的承诺，这将会给中国的能源结构产生深渊的影响，也将会给经济发展带来一场深刻的变革。 二、CCUS技术与CCS技术对比 CCS（Carbon Capture and Storage，碳捕获与封存）技术是指通过碳捕捉技术，将工业和有关能源产业所生产的二氧化碳分离出来，再通过碳储存手段。潜在的技术封存方式有：地质封存（在地质构造种，例如石油和天然气田、不可开采的煤田以及深盐沼池构造），海洋封存（直接释放到海洋水体中或海底）以及将CO2固化成无机碳酸盐。 CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage，碳捕集、利用与封存）技术是CCS技术新的发展趋势，即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中，可以循环再利用，而不是简单地封存。与CCS相比，可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。 中国的首要任务是保障发展，CCS技术建立在高能耗和高成本的基础上，该技术在中国的大范围推广与应用是不可取的，中国当前应当更加重视拓展二氧化碳资源性利用技术的研发。 三、二氧化碳主要捕集方法 目前主流的碳捕集工艺按操作时间可分为3类———燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集（燃烧中捕集）。三者个有优势，却又各有技术难题尚待解决，目前呈并行发展之势。 燃烧前捕集技术以煤气化联合循环（IGCC）技术为基础，先将煤炭气化呈清洁气体能源，从而把二氧化碳在燃烧前就分离出来，捕进入燃烧过程。而且二氧化碳的浓度和压力会因此提高，分离起来较为方便，是目前运行成本最低廉的捕集技术，问题在于，传统电厂无法用这项技术，而是需要重新建造专门的OGCC电站，其建造成本是现有传统发电厂的2倍以上。 燃烧后捕集可以直接应用于传统电厂，这一技术路线对传统电厂烟气中的二氧化碳进行捕集，投入相对较少。这项技术分支较多，可分为化学吸收法、物理吸收法、膜分离法、化学链分离法等等。其中，化学吸收法被认为市场前景最好，受厂商重视程度也最高，但设备
二氧化碳的捕集、封存与综合利用
前言 近年来，温室效应加剧问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点，如何从源头减少二氧化碳排放和降低大气中二氧化碳的含量成为挑战人类智慧的难题。中国作为一个发展中国家，主要以煤炭的消费为主，主要的CO2排放源为燃煤的发电厂。从总量上看，目前我国的二氧化碳排放量已位居世界第二，预计到2025年，我国的CO2总排放量很可能超过美国，位居世界第一。因此，我国急需对所排放的二氧化碳进行捕获研究，以缓解我国的空气污染压力。目前CO2的应用领域得到了广泛开拓，除了众所周知的碳酸饮料、消防灭火外，工业、农业、国防、医疗等部门都在使用CO2。科学研究己经证明，CO2具有较高的民用和工业价值:以CO2为原料可合成基本化工原料；以CO2为溶剂进行超临界萃取；还可应用于食物工程、激光技术、核工业等尖端高科技领域；近年来开发出的新用途如棚菜气肥、保鲜、生产可降解塑料等也展现出良好发展前景。[1]
1.CO2捕集系统 CO2捕获技术发展的方向是降低技术的投资费用和运行能耗。依据捕获系统的技术基础和适用性，通常将火电厂CO2的捕集系统分为以下4种：燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、富氧燃烧技术以及化学链燃烧技术。 1.1 燃烧后脱碳 燃烧后脱碳是指采用适当的方法在燃烧设备后，如电厂的锅炉或者燃气轮机，从排放的烟气中脱除CO2的过程。 在燃烧后捕集技术中，由于烟气中CO2分压通常小于0. 15个大气压，因此需要与CO2结合力较强的化学吸收剂分离捕集CO2，用于CO2捕集的化学吸收剂主要是能与CO2反应生成水溶性复合物的有机醇胺类。目前在CO2捕集方面研究和采用较多是醇胺法(MEA法)。[2] 燃烧后捕集技术是一种成熟的技术，这种技术的主要优点是适用范围广，系统原理简单，对现有电站继承性好。但捕集系统因烟气体积流量大、CO2的分压小，脱碳 的捕集成本较高。 过程的能耗较大，设备的投资和运行成本较高，而造成CO 2 1.2 燃烧前脱碳 燃烧前脱碳就是在碳基原料燃烧前，采用合适的方法将化学能从碳中转移出来，然后将碳与携带能量的其他物质分离，从而达到脱碳的目的。燃烧前分离捕集CO2实质上是H2和CO2的分离，由于合成气的压力一般在2. 7MPa以上(取决于气化工艺)，CO2的分压远高于化石燃料在空气燃烧后烟气中的CO2分压。典型的燃烧前CO2捕集流程分三步实施: (1)合成气的制取：将煤炭、石油焦、天然气等燃料与水蒸气、氧气进行不完全的燃烧反应，生成CO和H2的合成气。 (2)水煤气变换：将合成气的CO进一步与水蒸气发生CO变换反应，生成CO2和H2。 (3)H2/CO2分离：将不含能量的CO2同能量载体H2分离，为后续的氢能量利用和CO2封存等作准备。[3] 燃烧前捕集技术的成本比燃烧后捕集技术的成本低，具有较大的发展潜力。
863计划资源环境技术领域重点项目 “二氧化碳的捕集与封存技术”课题申请指南 一、指南说明 全球气候变暖已成为国际热点问题，二氧化碳因具有温室效应被普遍认为是导致全球气候变暖的重要原因之一。如何减少二氧化碳排放，降低大气中二氧化碳浓度，是人类面临的共同难题。研究开发具有我国自主知识产权的、经济高效的二氧化碳捕集与封存技术，推动二氧化碳减排，对于实现我国社会经济可持续发展和营造良好的国际环境具有重要意义。 本项目针对二氧化碳减排的迫切需求，瞄准国际技术前沿，研发吸附、吸收等二氧化碳捕集技术，探索二氧化碳封存技术，为我国二氧化碳减排提供科技支撑，项目下设3个课题。 二、指南内容 课题一、二氧化碳的吸收法捕集技术 研究目标： 研发先进实用的CO2高效吸收溶剂、吸收塔填料以及新型高效吸收分离设备和分离技术，发展CO2吸收分离过程模拟和集成优化新技术，通过关键技术的突破，着重研究解决CO2捕集的高能耗和高费用问题，进行中间试验并进行技术经济与风险评价，形成具有自主知识产权的吸收法捕集CO2的技术方案。 研究内容： （1）新型高效吸收溶剂的研制 针对燃煤电厂等工业的CO2排放源，采用分子模拟、分子设计和
实验研究相结合的方法开发高性能、低能耗和低腐蚀性的化学、物理及化学物理耦合吸收溶剂。测定其中CO2的吸收溶解度和吸收-解吸动力学，建立相应的溶解度和动力学模型，研究吸收性能和溶剂分子结构的定量关系，根据不同气体情况研制和优化溶剂体系，并进行硫、碳一体化脱除、以及膜—吸收耦合等新技术的探索性研究。 （2）特大型吸收设备强化和过程优化 通过先进的实验测量技术、计算流体力学模拟和实验相结合的方法，研究特大型分离设备强化的途径,研制高效吸收塔填料等塔内构件；发展CO2吸收分离过程模拟优化技术，研究节能降耗的新流程，继而形成吸收法捕集CO2的集成技术方案及开发平台。进行中间试验，获取工艺和能耗数据，进行技术经济与风险评价。 主要考核指标： （1）针对燃煤电厂等工业的CO2排放源，研发1～2项具有自主知识产权的、国际先进水平的高效吸收溶剂。 （2）研发1～2项具有自主知识产权的、国际先进水平的高效吸收塔填料。 （3）通过过程模拟优化和中间实验，形成1～2种具有自主知识产权的吸收法捕集CO2的新技术。 （4）中间试验规模和指标： 常压（1bar），试验规模为吸收塔径≥200mm，气体处理量≥60万标准立方米/年，对溶剂的指标要求是在气体含8－15％的CO2的情况下对CO2的循环吸收量≥50～60克/升； 中高压（≥20bar），试验规模为吸收塔径≥60mm，气体处理量≥60万标准立方米/年，对溶剂的指标要求是在气体含30～40％CO2的情况下对CO2的吸收量≥37～50克/升；
二氧化碳捕集与封存成本估算 一、假想项目 在我国，化石燃料主要用于电力、交通运输和化工等行业。而交通运输业用能较分 散，不易大规模捕集二氧化碳；所以，电力和化工是我国控制二氧化碳排放量的重点行业。由于海洋封存还仅停留在实验室研究阶段，在本文中也未考虑，仅考虑EOR（强化石油开采）、ECBM（强化煤层气开采）和Aqufier（深部盐水层封存）。本文共假想了8 个中国CCS 项目。这些CCS 项目有如下假设：1. 原料均为煤；2. 所有CCS 项目都采用燃烧后脱碳技术，吸收剂为MEA；3. 国内燃煤机组的运行小时数为5500 小时，即负荷运行系数为5500/(24×365)=0.63；4. 合成氨厂负荷运行系数为0.85；5. 燃煤电厂的CO2 排放因子为0.81kg/KWh，合成氨厂的CO2 排放因子为3.8t/t 氨；6. 采用管道运输CO2；7. EOR和ECBM的封存量不大于现行项目的最大封存量，100Mt/y，深部含盐水层封存则不受此限制。 表1假想ccs项目 注释:EOR 二、CCS 项目成本分析 2.1总论 CCS 项目按照过程可分为捕集、压缩、运输和封存四个主要过程。有些文献也将压缩过程合并到捕集过程中。IPCC、Hendriks、David等对CCS 项目进行了经济性分析， 本文将主要参考这些研究成果对中国假想的CCS 项目进行成本分析。 Hendriks研究了燃烧后脱除CO2 的各种过程的碳捕集成本，得出： 对于煤基合成氨厂，变换后的合成气要进行脱硫、脱碳处理而获得氢气，脱硫、脱碳剂均为MEA。脱硫过程中，合成气中大约30-40％的CO2 也会随着H2S 和SO2 等硫化物一起脱除；而在随后的脱碳过程中60-70% 的CO2 会以纯CO2 的形式被脱除。对于60 万吨 合成氨厂，仅有52％的CO2 被捕集，所有的CO2 均可以来自脱碳过程产生的纯CO2，因
常用的CO2回收利用方法有： （1）溶剂吸收法：使用溶剂对CO2进行吸收和解吸，CO2浓度可达98％以上。该法只适合于从低浓度 CO2废气中回收CO2，且流程复杂，操作成本高。 （2）变压吸附法：采用固体吸附剂吸附混合气中的 CO2，浓度可达60％以上。该法只适合于从化肥厂变换气中脱除CO2，且CO2浓度太低不能作为产品使用。 （3）有机膜分离法：利用中空纤维膜在高压下分离 CO2，只适用于气源干净、需用CO2浓度不高于90％的场合，目前该技术在国内处于开发阶段。 （4）催化燃烧法：利用催化剂和纯氧气把CO2中的可燃烧杂质转换成CO2和水。该法只能脱除可燃杂质，能耗和成本高，已被淘汰。 上述方法生产的CO2都是气态，都需经吸附精馏法进一步提纯净化、精馏液化，才能进行液态储存和运输。吸附精馏技术是上述方法在接续过程中必须使用的通用技术。 美国电力研究院（EPRI）所作的研究指出，在发电厂中采用氨洗涤可使CO2减少10%，而较老式的MEA（胺洗涤）法可使CO2减少29%。 世界新的CO2回收和捕集技术正在加快发展之中。 1? 脱除CO2新溶剂 巴斯夫公司和日本JGC公司已开始联合开发一种新技术，可使天然气中含有的CO2脱除和贮存费用削减 20%。该项目得到日本经济、贸易和工业省的支持。 CO2可利用吸收剂如单乙醇胺（MEA）从燃烧过程产生的烟气中加以捕集，然而，再生吸收剂需额外耗能，对于MEA，从烟气中回收CO2需耗能约 900kcal/kgCO2，通常这是不经济的。日本三菱重工公司（MHI）与关西电力公司（KEPCO）合作，开发了新工艺，可给CO2回收途径带来新的变化。MHI发现的CO2新吸收剂是称为KS-1和KS-2的位阻胺类，其回收所需能量比MEA所需能量约少20%。因为KS-1和 KS-2对热更稳定、腐蚀性也比MEA小，因此操作时胺类的总损失约为常规吸收剂的1/20。对于能量费用不昂贵的地区，大规模装置使用新的工艺，CO2回收费用（包括压缩所需费用）约为20美元/tCO2，它比基于MEA的常规方法低约30%。MHI已在马来西亚一套尿素装置上验证了这一技术，可从烟气中回收 200tCO2/d。 巴斯夫公司实验室试验表明，采用新型溶剂从发电厂排放物中脱除CO2，具有耐用和耗能少的优点。这种溶剂由巴斯夫公司与欧盟“捕集CO2并贮存”开发项目组共同开发。2006年3月已在位于丹麦Esbjerg（埃斯比约）的世界最大的中型煤发电装置上试用。首次试验采用MEA作为参比溶剂。捕集CO2所用溶剂的重点在于减少脱除CO2所需的能量，如果需要能量太高，会减少电厂的电力产量。例如，燃煤电站使用常规的MEA溶剂捕集CO2，会使发电量减少30%～45%。新开发的溶剂可除去或收集燃烧过程中排放出来的CO2。从电厂排放气中除去CO2，先是用化学溶剂把CO2结合住，然后，溶剂在返回到工艺前释放出这种CO2。为防止CO2跑到大气中，需要将它冷凝和储存，例如，存放在岩石的含水层（砂石含水层）中、矿层中或原来的石油天然气矿层中。但常规的溶剂容易被电厂废气中夹带的氧气分解，这种工艺要达到吸收、释放和储存CO2，需要很大的能量输入。实验室试验表明，巴斯夫开发的胺基新溶剂比常规溶剂要稳定得多，并可使用较长时间，在吸收和释放CO2过程中，耗能也比较低，用新溶剂进行气体洗涤能大大降低除去CO2的费用。 巴斯夫公司、RWE电力公司和林德集团2007年9月底宣布，联手开发并将推广使用从燃煤电厂烟气中捕集CO2的新工艺。目标是先去除，然后在地下贮存超过 90%的CO2。这些公司的合作包括在RWE电力公司德国 Niederaussem的褐煤燃烧发电厂建设和运作中型装置，试验巴斯夫公司用于CO2洗涤的新溶剂。林德公司进行该中型装置的工程建设。目标是到2020年在褐煤燃烧发电厂上商业化应用CO2捕集。一旦中型试验完成，合作方将于2010年对此进行验证，为新工艺的商业化应用提供可靠的设计基准。RWE和巴斯夫公司是30家CO2从捕集到贮存（CASTOR）合作项目的成员，该项目得到了欧盟的资助。2005年，巴斯夫开发了新的
某发电厂二氧化碳捕集及利用项目可行报告
大唐户县第二发电厂 烟气CO2捕集及利用项目可行性报告 一、燃煤电厂烟气CO2捕集及利用项目背景 根据国务院常务会议的决定，2020年中国单位GDP碳排放量将比2005年下降40%-45%。我国的碳减排工作压力巨大，任重道远。我国有近40%-50%的二氧化碳排放来自于燃煤发电，即便到了2020年，非化石能源仅有望占一次能源消费比重的15%左右，而更大的份额仍然为传统化石能源所占据。因此在电厂开展二氧化碳捕集是我国最重要的碳减排技术路径之一。 目前，电厂二氧化碳捕集技术路线主要有3种：燃烧前脱碳、燃烧后脱碳及富氧燃烧技术。其中，基于IGCC(整体煤气化联合循环)的燃烧前捕集技术可能是能耗最低的路线，但我国没有商业运行的IGCC电站，且超过6亿千瓦的发电装机是传统燃煤电站。而燃烧后烟气二氧化碳捕集技术是最适合传统燃煤电厂并且已经实现商业化示范的技术。因此，燃烧后烟气二氧化碳捕集技术是我国近期降低单位GDP碳排放量的最佳及最有效手段之一。 二、燃煤电厂烟气CO2捕集及利用技术简介 燃煤电厂烟气CO2捕集系统由烟气预处理系统、填料吸收塔、填料再生塔、排气洗涤系统、溶液煮沸器、胺回收加热器、产品气处理系统（包括冷凝器、气液分离器、压缩机）以及系统水平衡维持系统组成。
脱硫后的烟道气由脱碳引风机送入吸收塔，其中CO2被胺溶液吸收，尾气由塔顶排入大气。吸收CO2后的富液由塔底经泵送入换热器，回收热量后送入再生塔。解析出的CO2气，经处理后送入精处理系统。经过压缩加压、除湿、脱硫、制冷等工序，得到最终产品——液态CO2。 烟气CO2捕集系统工艺流程如下图所示： 目前国际上燃煤电厂烟气CO2捕集及利用项目少之又少。美国和日本在上世纪末通过燃烧后捕集，并生产二氧化碳，生产的规模在1万～3万吨/年，主要在化工厂的自备电厂开展。我国在运行的燃煤电厂烟气CO2捕集及利用项目仅有2个，均由西安热工研究院在中国华能集团公司所属发电企业开发建设。 三、西安热工研究院开发能力 西安热工研究院有限公司是我国电力行业国家级热能动力科学
CO2的捕集与封存技术 摘要：温室气体过量排放严重威胁着人类的生存和发展，CO2的减排措施迫在眉睫。近年来兴起的碳捕集与碳封存(CCS)技术被看做是最具发展前景的解决方案之一。本文从燃烧前、富氧燃烧、燃烧后捕集技术和封存技术介绍全球二氧化碳捕集与封存技术发展现状及示范项目实施情况。针对传统二氧化碳捕集与封存技术的不足，介绍了目前最具发展潜能的新兴的二氧化碳捕集与封存技术。 关键词：温室气体；CO2；碳捕集与封存 二氧化碳是温室气体的主要成分，对温室效应的贡献占60%以上，而人类活动中CO2的产生主要来自于工业排放。据调查显示：近几年CO2平均每年放量在300亿吨以上，其中40%来自电厂，23%来自运输行业，22%来自水泥厂[1]。CO2由于其生命期可长达200年，对气候变化影响最大，因此被认为是全球气候变暖的首要肇事者，成为全球减缓温室气体排放的首要目标。近年来兴起的CO2捕集封存技术则日趋得到人们关注，成为各个国家竞相研究的热点以及国际社会应对气候变化的重要策略。碳捕获和存储技术是一种将工业和能源排放源产生的CO2进行收集、运输并安全存储到某处使其长期与大气隔离的过程，从而减少CO2的排放。科学家预测到2050年，CCS 技术可以减少全球20％的碳排放。 1CCS技术的发展现状 CCS技术是指将二氧化碳从相关排放燃烧源捕获并分离出来，输送到油气田、海洋等地点进行长期(几千年)封存，从而阻止或显著减少温室气体排放，以减轻对地球气候的影响。目前，处于研究阶段、工业试验或工业化应用的封存场所主要有深度含盐水层、枯竭或开采到后期的油气田、不可采的贫瘠煤层和海洋[2]。 目前按燃烧工艺划分二氧化碳捕集技术可以有燃烧前、富氧燃烧、燃烧后等三个主要发展方向。二氧化碳封存技术可分为陆上咸水层封存、海底咸水层封存、CO2 驱油、CO2驱煤层气、枯竭气田注入、天然气生产酸气回注等六个方向。现有二氧化碳捕集与封存技术各具特点同时也都有其发展的局限性，每个发展方向都有与之对应的大规模集成示范项目。目前全球很多地方都开展了二氧化碳捕集与封存的大规模集成
火电厂CO2 捕集技术路线 近年来,越来越多的学者认为全球气候变暖和海平面上升是由CO2 为主导因子的温室效应引发的。CO2 的排放速度正随着人类利用能源速度的增长而迅速增长,据联合国政府间气候变化专门委员会( IPCC) 预测, 人类活动产生的CO2 将从1997年的271亿t/ a至2100年的950亿t/ a,而大气中CO2 也将从现有的360 ×10- 6增长到2050年的720 ×10- 6。欧盟委员会在2006年发表的《欧洲安全、竞争、可持续发展能源战略》中,明确地将“加大研发CO2 捕集和埋存新技术、努力减少温室气体 排放”作为其一系列政策与措施之一。 在人类排放的CO2 中,电厂是最大的排放源。电厂烟气是CO2 长期、稳定、集中的排放源,其CO2 排放量占全球排放总量的37. 5%。从电厂烟气中捕集回收CO2 不仅是缓解CO2 排放危机的有效手段,还能通过回收有价值副产品而降低减排成本。控制电厂CO2 的排放是人类减少CO2 进入大气最重要的切入点。 针对火电厂排放的CO2 ,考虑到燃料主要由碳、氢、氧三种元素构成,而空气是助燃气体,从燃烧的不同阶段划分, CO2 捕集技术路线主要可以分为4种:燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、富氧燃烧以及化学链燃烧技术。 燃烧后脱碳技术是在燃烧后的烟气中捕集或分离CO2。由于火电厂排放烟气中CO2 分压低、处理量大,投资和运行成本比较高。 燃烧前脱碳是在碳基燃料燃烧前,将其化学能从碳转移到其他物质中,再将其分离。 作为当今国际上最引人注目的高效清洁发电技术之一, IGCC是最典型的可以进行燃烧前脱碳的系统。它将煤炭气化与燃气—蒸汽联合循环有效地结合起来,实现了能量的梯级利用,将煤中的化学能尽可能多地转化为电能,极大地提高了机组发电效率。燃料进入气化炉气化,生产出煤气,然后再将煤气重整为CO2和H2 ,将燃料化学能转到H2 中,然后再分离CO2 和H2。一般IGCC系统的气化炉都采用富氧或纯氧技术,所需气体体积大幅度减小、CO2 体积分数显著变大,从而大大降低投资和运行费用。目前世界上已经运行的IGCC机组,其供电效率已经达到43%左右,随着相关关键技术的不断发展,还能进一步提高到50%左右。 富氧燃烧技术技术是利用空气分离系统获得富氧,然后燃料与O2 共同进入专门的富氧燃烧炉进行燃烧,一般需要将燃烧后的烟气重新回注燃烧炉,这一方面降低了燃烧温度,另一方面也提高了CO2 的体积分数。由于惰性成分氮气浓度大大降低,无谓的能源消耗大幅度降低, 30% ～40%的富氧空气燃烧就可以降低燃料消费20% ～30% ,提高了热效率,同时,
CO2的捕集技术的研究进展 能科1306王雪颖学号：1131540619 摘要：主要内容是介绍二氧化碳的捕集技术。首先通过对气候变化的相关背景进行综述，引出对二氧化碳排放问题的重视，接下来对现有主要的二氧化碳捕集进行全面介绍，最后对发展二氧化碳减排技术的前景和潜力进行展望。 关键字：二氧化碳捕捉收集减排 近年来，温室效应加剧问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点，如何从源头减少二氧化碳排放和降低大气中二氧化碳的含量成为挑战人类智慧的难题。中国作为一个发展中国家，主要以煤炭的消费为主，主要的CO2排放源为燃煤的发电厂。从总量上看，目前我国的二氧化碳排放量已位居世界第二，预计到2025年，我国的CO2总排放量很可能超过美国，位居世界第一。因此，我国急需对所排放的二氧化碳进行捕获研究，以缓解我国的空气污染压力。1.含胺基官能团化合物溶液吸附 溶液吸附法主要是利用含胺基官能团的化合物对二氧化碳进行化学吸附。化学吸附法是利用CO2和吸附液之间的化学反应将CO2从排气中分离回收的方法。典型的化学吸收剂有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）和甲基二乙醇胺（MDEA）等。此法为湿式吸收法可与湿式脱硫装置联合使用。其反应式为： - CO 此反应为一可逆反应，温度对反应有很大的影响，反应一般在38℃左右吸收CO2，吸收CO2，反应向右进行，当温度在100℃，反应向左进行，放出CO2。化学吸收法目前存在的主要问题是：①由于在吸收塔内有起泡、夹带等现象，使烟气净化系统复杂，能量消耗和投资都很大；②由于烟气中含有少量的O2、CO、SO2等气体，在再生塔的高温条件下，一方面会与吸收液反应，使吸收液浓度下降，吸收效率降低，另一方面会腐蚀再生塔，影响设备寿命。③处理高炉咽气时，由于反应的温度是在100℃以下，就要对高温气体换热，处理的设备增多，加大了投资。 2.基于氨的新工艺 美国Powerspan公司开发了ECO2捕集工艺，可使用含水的氨溶液从电厂烟气（FG）中捕集CO2。这是该公司与美国能源部国家能源技术实验室共同研究的成果。BP替代能源公司与Powerspan公司正在开发和验证Powerspan公司称为ECO2基于氨的CO2捕集技术，并将使其用于燃煤电厂推向商业化。这种后燃烧CO2捕集工艺适用于改造现有的燃煤发电机组和新建的燃煤电厂。ECO2捕集工艺与Powerspan公司的电催化氧化技术组合在一起，使用氨水吸收大量二氧化硫(SO2)、氮氧化合物(NO x)和汞。CO2加工步骤设置在ECO的SO2、NO x和汞脱除步骤的下游。 根据美国国家能源技术实验室等对使用含水的氨吸收CO2进行的研究表明，传统的单乙醇胺（MEA）工艺用于CO2脱除，CO2负荷能力（吸收每kg CO2/ks吸收剂）低，有高的设备腐蚀率，胺类会被其他烟气成分降解，同时吸收剂再生时能耗高。比较而言，氨水加工有较高的负荷能力，无腐蚀问题，在烟气环境下不会降解，可使吸收剂补充量减少到最小，再生所需能量很少，而且成本大大低于MEA。尤其是，NETL采用Powerspan公司开发的氨水工艺与常规胺类相比，有4大优点：蒸汽负荷小；产生较浓缩的CO2携带物；较低的化学品成本；产生可供销售的副产物实现多污染物控制。[1]
实用标准文档 二氧化碳的捕集、封存与综合利用
前言 近年来，温室效应加剧问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点，如何从源头减少二氧化碳排放和降低大气中二氧化碳的含量成为挑战人类智慧的难题。中国作为一个发展中国家，主要以煤炭的消费为主，主要的CO 2 排放源为燃煤的发电厂。从总 量上看，目前我国的二氧化碳排放量已位居世界第二，预计到2025年，我国的CO 2总排放量很可能超过美国，位居世界第一。因此，我国急需对所排放的二氧化碳进行 捕获研究，以缓解我国的空气污染压力。目前CO 2 的应用领域得到了广泛开拓，除了 众所周知的碳酸饮料、消防灭火外，工业、农业、国防、医疗等部门都在使用CO 2 。 科学研究己经证明，CO 2具有较高的民用和工业价值:以CO 2 为原料可合成基本化工原 料；以CO 2 为溶剂进行超临界萃取；还可应用于食物工程、激光技术、核工业等尖端高科技领域；近年来开发出的新用途如棚菜气肥、保鲜、生产可降解塑料等也展现出良好发展前景。[1]
1.CO 2 捕集系统 CO 2 捕获技术发展的方向是降低技术的投资费用和运行能耗。依据捕获系统的技 术基础和适用性，通常将火电厂CO 2 的捕集系统分为以下4种：燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、富氧燃烧技术以及化学链燃烧技术。 1.1 燃烧后脱碳 燃烧后脱碳是指采用适当的方法在燃烧设备后，如电厂的锅炉或者燃气轮机，从 排放的烟气中脱除CO 2 的过程。 在燃烧后捕集技术中，由于烟气中CO 2 分压通常小于0. 15个大气压，因此需要 与CO 2结合力较强的化学吸收剂分离捕集CO 2 ，用于CO 2 捕集的化学吸收剂主要是能与 CO 2反应生成水溶性复合物的有机醇胺类。目前在CO 2 捕集方面研究和采用较多是醇胺 法(MEA法)。[2] 燃烧后捕集技术是一种成熟的技术，这种技术的主要优点是适用范围广，系统原理简单，对现有电站继承性好。但捕集系统因烟气体积流量大、CO 2 的分压小，脱碳 过程的能耗较大，设备的投资和运行成本较高，而造成CO 2 的捕集成本较高。 1.2 燃烧前脱碳 燃烧前脱碳就是在碳基原料燃烧前，采用合适的方法将化学能从碳中转移出来， 然后将碳与携带能量的其他物质分离，从而达到脱碳的目的。燃烧前分离捕集CO 2 实 质上是H 2和CO 2 的分离，由于合成气的压力一般在2. 7MPa以上(取决于气化工艺)， CO 2的分压远高于化石燃料在空气燃烧后烟气中的CO 2 分压。典型的燃烧前CO 2 捕集流 程分三步实施: (1)合成气的制取：将煤炭、石油焦、天然气等燃料与水蒸气、氧气进行不完全的燃烧反应，生成CO和H 2 的合成气。 (2)水煤气变换：将合成气的CO进一步与水蒸气发生CO变换反应，生成CO 2 和 H 2 。 (3)H 2/CO 2 分离：将不含能量的CO 2 同能量载体H 2 分离，为后续的氢能量利用和 CO 2 封存等作准备。[3] 燃烧前捕集技术的成本比燃烧后捕集技术的成本低，具有较大的发展潜力。
《污染物控制技术》课程期末考核论文题目：二氧化碳捕集与处理 院（系）：材料科学与工程学院 专业：热能与动力工程 姓名： 学号： 完成时间 2014 年 12 月 20 日
二氧化碳捕集与处理 摘要：近年来，大量二氧化碳的排放使得全球气温持续升高，气候问题越来越受到各国人民的关注。本文从降低二氧化碳排放量出发，总结了当前常用的二氧化碳捕集方法有吸收法、吸附法、膜分离法、结霜分离法、生物捕捉法，分别阐述了各方法及其优缺点，结合当前技术分析了二氧化碳捕集技术的发展方向；随后介绍了液态封存和固态封存二氧化碳的现状及技术水平，并分析二氧化碳海洋封存带来的影响。 关键词：二氧化碳捕集、膜分离技术、二氧化碳处理 前言 随着我国现代工业的快速发展和人口的不断增长，我国能源消耗量急剧增加，尤其是以煤炭为主的能源消耗位居世界前列，导致了二氧化碳等大量的温室气体的排放，所带来的气候变暖成为全球性的环境问题，越来越受到各国的政府和人民的关注。由于温室效应的加剧而带来的气候反常，海平面上升等坏境的问题已经直接威胁到全人类的生存和发展了。我国二氧化碳排放量仅次于美国，现居世界第二位。C02捕集以及的处理已经迫在眉睫了。 1 二氧化碳捕集技术概况 二氧化碳捕集是指燃烧后的烟气通过分离设备以得到浓度较高的二氧化碳的过程。目前已知的二氧化碳捕集方法主要有燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧捕集。当前主要从燃烧后烟气中着手，比较普遍的二氧化碳捕集手段有吸收法、吸附法、膜分离法、结霜分离法、生物捕捉法等技术。 1.1吸收法 吸收法捕捉 CO的技术根据吸收剂的选择不同又可分为低温甲醇吸收技术、醇胺溶2 液化学吸收技术。 1.1.1低温甲醇吸收技术 该技术是20世纪50年代由德国林德(Linde)公司和鲁(Lurgi)公司联合开发的。其中大庆甲醇厂合成气脱碳即采用此项技术，但存在着操作成本高的问题。 1.1.2醇胺溶液化学吸收工艺 目前在世界范围内，醇胺化学溶剂吸收法是烟道气酸性气处理使用最多的方法。国内很多类似装置均采用以MDEA(甲A-乙醇胺)溶剂为吸收液的脱除技术。 1.2吸附法
学号：06112654 姓名：刘永操 二氧化碳捕集分离方法综述 摘要：二氧化碳是重要的温室气体，如何将CO2从混合气体中分离出来并加以合理利用是消除温室效应的根本所在。本文对国内外关于CO2的分离技术进行了综合阐述并介绍了各种分离技术的机理发展现状分离效果和及其优缺点。 关键词：温室效应；二氧化碳；捕集；分离技术 1引言 目前温室效应所导致的平均气温上升冰川融化、海平面升高等问题已经威胁到人类的生存，成为全球亟待解决的问题。温室气体这主要包括CO2、CH4、N2O等，其中CO2是最主要的温室气体，对环境的影响最大在导致气候变化的各种温室气体中，二氧化碳对温室效应的贡献率达到63 %。因此，降低二氧化碳的排放量将是抵制温室效应的一项重要措施。 2009年12月，联合国气候变化大会在丹麦哥本哈根召开，192个国家的领导人共同研讨京都议定书到期后的后续方案，即2012-2020年的球减排协议。国际能源机构机构（IEA）24日公布统计称，2011年全球二氧化碳排放量比2010 年增长3.2%，达到316亿吨创历史新高。其中中国、印度等新兴国家的排放量增长迅速。全球最大的二氧化碳排放国中国2011年排放量增加7亿吨以上，增加幅度达9.3 %。因此中国实现在哥本哈根会议上公布的二氧化碳减排目标的更需要付出很大的努力。 根据CO2分离过程在动力系统中的位置和不同的循环方式，可分为3种不同的捕集路线，即燃烧前脱碳、燃烧后脱碳以及富氧燃烧技术。目前，对于天然气净化合成氨、合成甲醇和制氢过程中的CO2脱除，工业上比较成熟的分离脱碳技术主要包括吸附分离技术、吸收分离技术、膜分离技术、化学循环燃烧分离技术、水合物分离技术、低温分离技术、电化学分离技术等。 2二氧化碳捕集技术 2.1燃烧后碳捕集技术 燃烧后碳捕集是指利用适合的捕集方法从化石燃料燃烧后的烟气中分离捕 集CO2，燃烧后碳捕集原理图如下所示：
1背景 气候变化已成为一个世界性的热点话题。2007年6月举行的八国集团德国海利根达姆首脑会议、9月举行的澳大利亚亚太经合组织峰会、第62届联合国大会等一系列国际会议上，气候变化成为国际外交舞台的主旋律。此外，2007年度诺贝尔和平奖授予了致力于温室气体减排的美国前副总统戈尔与联合国政府间气候变化专家小组（IPCC）。 全球气候变化所造成的影响十分明显，这种影响是全方位的、多层面的，既包括正面影响，同时也包括负面效应。但目前它的负面影响更受关注，因为这可能会对人类社会的生存与发展不利，特别是对一些脆弱的生态系统和社会经济的脆弱地区及部门。 IPCC预测，21世纪全球平均气温升高的范围可能在1.4℃~5.8℃之间，实际上升多少，取决于21世纪人类化石燃料的消耗量，而其中最主要是电力行业的消耗，因为其几乎占据了近一半的份额。 我国经济持续高速增长导致能源大量消耗，特别是煤炭消耗大幅提高，二氧化碳减排的形势严峻，中国政府在国际上承担遏制全球变暖的政治压力很大。据《中国电力工业CO2排放的现状及减排的潜力评估》报告分析，我国燃煤电厂2005年排放的二氧化碳约21亿吨，而到了2007年这一数字就超过了27亿吨。 燃煤电厂二氧化碳 捕集、利用与封存技术 西安热工研究院有限公司许世森郜时旺 摘要：结合华能集团在CO2捕集方面所开展的工作，介绍了国内外在燃煤电厂CO2捕集、利用与封存方面的技术进展。建设附CO2捕集和封存（CCS）的低碳排放燃煤电厂，是今后燃煤发电所必须面对的课题，同时对CO2的资源化利用也应引起足够的重视。 关键字：二氧化碳捕集与封存（CCS）；利用；燃煤电厂 Capture,Utilization and Storage Technology of Carbon Dioxide in Coal-fired Power Plant Xu shi sen,Gao shi wang Abstract:Based on capture tasks of carbon dioxide in huaneng group,the article introduces capture,utilization and storage technology development of carbon dioxide in domestic and oversea countries.Planning to construct a low carbon emission coal-fired power plant with capture,utilization and storage technology of carbon dioxide,which is a important topic to coal-fired power plant and great attention is paid to resource utilization of carbon dioxide. Keywords:CCS(capture and storage of carbon dioxide);utilization;coal-fired power plant
CO2 捕集及分离技术的简述 摘要:随着科学技术的发展和环保要求的提高，控制CO2的排放量成为了工业化 发展的一个不可回避的课题。本人详细介绍了电厂CO 2 捕集方法及相关原理和三 种CO 2 分离技术。 关键词：CO2捕集；脱碳；分离；吸收 前言 据统计，现在每年排入大气中的CO 2高达290亿t，而约有一半的CO 2 存留于 大气中。在工业化前CO 2 在空气中的含量是280×10-6 mg/L，目前已高达约370 ×10-6mg／L[1]。大气中CO 2 的含量过高是引发引发温室效应的主要原因，它带给人类的危害是多方面的，如由冰川融化、北极层缩减、降雨形态改变等异常现象造成的飓风、干旱、海洋风暴、沙漠面积增大等自然灾害，物种灭绝及生物多样性的丧失，饮用水的减少及平均气温上升等[2]。 二氧化碳主要是来自石燃料——煤炭、石油和天然气燃烧产生，随着经济 及工业的发展，CO 2 排放量越来越大，温室效应加剧等问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排及 回收净化和再利用技术成为各国关注的焦点[3]。本文主要介绍几种CO 2 的捕集及分离方法。 1 CO 2 捕集方法 在人类排放的CO 2 中，电站是燃烧化石燃料最大、最集中的排放源，控制电 厂CO 2的排放是人类减CO 2 最重要的切入点[4]。依据捕获系统的技术基础和适用 性，通常将火电厂CO 2 的捕集系统分为以下4种：燃烧后脱碳（post-combustion）、 燃烧前脱碳（pre-combustion）、富氧燃烧技术（oxyfule）以及化学链燃烧技术（CLC）。 1.1 燃烧后脱碳 所谓燃烧后脱碳是指采用适当的方法在燃烧设备后，如电厂的锅炉或者燃气 轮机，从排放的烟气中脱除CO 2 的过程。这种技术的主要优点是适用范围广，系 统原理简单，对现有电站继承性好。但捕集系统因烟气体积流量大、CO 2 的分压 小，脱碳过程的能耗较大，设备的投资和运行成本较高，而造成CO 2 的捕集成本较高[5]。
二氧化碳捕集技术的思路与方法 摘要：全球变暖的日益加剧引起了人们对二氧化碳减排的关注。对于燃用化石燃料所释放出的二氧化碳气体，二氧化碳的捕集与封存技术是一种有效的减排手段。本文对于目前二氧化碳捕集技术常用的燃烧前捕集、燃烧后捕集、氧燃料燃烧三种主流技术思路进行了论述。同时介绍了吸收法、吸附法、膜分离法等具体的捕集方法。 关键词：二氧化碳捕集；吸收法；吸附法；膜分离法 Abstract: There is growing concern that anthropogenic carbon dioxide (CO2) emissions are contributing to global climate change. The capture and storage of CO2 is gaining attention as an option for limiting CO2 emissions from the use of fossil fuels. This article reviews the current status of the development of CO2 separation and capture research and engineering. Three popular CO2 capture from coal-derived power generation pathways (post-combustion capture, pre-combustion capture, and oxy-combustion) are introduced .Various technologies, such as absorption, adsorption, and membrane separation are also discussed. key words: C arbon dioxide capture; absorption; adsorption; membrane separation 1. 发展CO2捕集技术的目的和意义 《京都议定书》第一期承诺将于2012年到期，然而在哥本哈根会议至今的历次世界气候大会上，各国在责任划分上尚未达成有效的共识。这场发展中国家与发达国家之间的博弈也许仍要继续，但是温室效应带来的全球变暖及其引发的一系列环境问题，无时无刻不提醒着世界各国高度关注二氧化碳减排问题。根据《京都议定书》中的规定，温室气体包含二氧化碳(CO2)，甲烷(CH4)，氧化亚氮(N2O)，氟氯碳化物(CFCs)，全氟碳化物(PFCs),六氟化硫(SF6)等6种。在所有温室气体中，CO2对全球变暖应负主要责任，占60%以上，甲烷占20%，N2O、氯氟烃等工业气体和臭氧占剩下的20%。因此，控制温室效应和全球气候变化，关键是控制CO2的排放[1]。 因此，随着《京都议定书》第二承诺期的到来，中国承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，这显然要承受巨大的国际压力，同时也意味着开发减排CO2的新技术和新方法已成为中国必须面对的课题。CO2的排放，主要来自工业生产与汽车、飞机、轮船的废气排放和煤炭、石油、天然气等化石燃料的燃烧排放。其中化石燃料燃烧是最主要的排放来源，占到70%。我国的能源结构以煤炭为主，燃煤所排放的CO2成为减排的重点。 常规燃气、燃油、燃煤烟道气的组成(体积分数)如下:N2 82 %~89 % ,CO2 8 %~15 % ,O2 3 %~5 % ,少量SO2和NOX[2]。从排烟中分离CO2 将使电厂热效率降低7%~29% ,大幅度增加发电成本,造成这种损失的主要原因是:在较低的压
. 二氧化碳的捕集、封存与综合利用… .
前言 近年来，温室效应加剧问题使环境与经济可持续发展面临严峻的挑战。因此，引起温室效应和全球气候变化的二氧化碳的减排技术成为各国关注的焦点，如何从源头减少二氧化碳排放和降低大气中二氧化碳的含量成为挑战人类智慧的难题。中国作为一个发展中国家，主要以煤炭的消费为主，主要的CO 2 排放源为燃煤的发电厂。从总 量上看，目前我国的二氧化碳排放量已位居世界第二，预计到2025年，我国的CO 2总排放量很可能超过美国，位居世界第一。因此，我国急需对所排放的二氧化碳进行 捕获研究，以缓解我国的空气污染压力。目前CO 2 的应用领域得到了广泛开拓，除了 众所周知的碳酸饮料、消防灭火外，工业、农业、国防、医疗等部门都在使用CO 2 。 科学研究己经证明，CO 2具有较高的民用和工业价值:以CO 2 为原料可合成基本化工原 料；以CO 2 为溶剂进行超临界萃取；还可应用于食物工程、激光技术、核工业等尖端高科技领域；近年来开发出的新用途如棚菜气肥、保鲜、生产可降解塑料等也展现出良好发展前景。[1]
, 捕集系统 CO 2 捕获技术发展的方向是降低技术的投资费用和运行能耗。依据捕获系统的技 术基础和适用性，通常将火电厂CO 2 的捕集系统分为以下4种：燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、富氧燃烧技术以及化学链燃烧技术。 】 燃烧后脱碳 燃烧后脱碳是指采用适当的方法在燃烧设备后，如电厂的锅炉或者燃气轮机，从 排放的烟气中脱除CO 2 的过程。 在燃烧后捕集技术中，由于烟气中CO 2 分压通常小于0. 15个大气压，因此需要 与CO 2结合力较强的化学吸收剂分离捕集CO 2 ，用于CO 2 捕集的化学吸收剂主要是能与 CO 2反应生成水溶性复合物的有机醇胺类。目前在CO 2 捕集方面研究和采用较多是醇胺 法(MEA法)。[2]