燃煤烟气二氧化碳干法捕集工艺优化与经济性评价(3)
由以上的数据可以看出，火电厂排放的CO2占相对大的比例，再加上火电厂烟气中的CO2浓度及规模都较大，便于提高CO2的捕集效率，中国作为一个发展中国家，主要的CO2排放源为燃煤电站，因此控制火电厂CO2的排放对于应对温室效应问题具有重要的意义。
要想提高火电厂碳捕集效率，关键的因素之一是CO2吸附剂的选择与改性，对于CO2固体吸附剂的研究现在已经获得了很多有意义的成果。本文的目的就是在充分调研相关文献的基础上，选择某一种固体吸附剂对其改性，比较其吸附性能。具体的参数包括在不同温度及不同CO2浓度下的吸附量和吸附速率，以及在若干循环之后固体吸附剂的衰减率。最后建立模型计算出各个吸附剂的CO2捕集效率，得出性能最佳的吸附剂。
1.2 碳收集与存储技术简介
CO2 捕获与封存（Carbon Capture and Storage，CCS）技术其方法就是将CO2从排放燃烧源中捕获并分离出来，进行长久性的存储埋藏，是一种能够实现显著减少CO2排向大气的方法。具体来说，CCS技术的技术组成主要包括CO2的捕集、运输及封存三个方面[3]。这里我们主要研究的是CO2的捕获，碳捕获方法概括来说包括燃烧前捕获、富氧燃烧捕获和燃烧后捕获三种：
a）燃烧前捕获
燃烧前捕集技术主要分为IGCC（综合煤气化联合循环）和NGCC（天然气联合循环）两种，IGCC系统中煤在与空气隔绝的高压氧化炉中与有限的氧和蒸汽一同作用，氧化过程中形成合成气体，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物和粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，主要成分是CO和H2。然后分离用于发热发电，形成的CO2 气体用于封存。NGCC系统则以天然气为原料，投资比前者低，但由于我国天然气资源有限,暂不考虑这种方式[4]。
b）富氧燃烧捕获
富氧燃烧技术也称为O2 /CO2燃烧技术, 可以实现污染物的一体化去除，是一种清洁而高效的燃煤发电技术。其锅炉尾部排烟的一部分烟气经再循环系统送至炉前，与空气分离装置制取的氧气（O2含量在95 %以上）按一定比例混合后，携带燃料经燃烧器送入炉膛，在炉内组织与常规空气燃烧方式类似的燃烧过程，并完成传热过程，由于烟气中CO2的含量高（占体积的90 %以上），所以容易实现二氧化碳的捕获。
c）燃烧后捕获
燃烧后捕获是指从化石燃料燃烧后产生的废气中采用吸附剂吸附和受热脱附循环的方式将二氧化碳分离出来。这种技术路线几乎可使用于任何现有的煤基电厂，并且对原有的电站系统改动较小。现有的绝大多数火力发电技术，包括新建和改造，都只能采用燃烧后脱碳技术的方法进行CO2的分离。分离方法多样，如：化学吸收法和物理吸收法、变压吸附法(PSA)和变温吸附法(TSA)、真空吸附法(VSA)、气体分离膜和气体吸收膜法、低温蒸馏分离法等等[5-7]。
吸附法目前已经广泛用于化工、石化企业中CO2的回收与纯化，是指利用固态吸附剂对混合气中CO2的选择性可逆吸附作用来分离回收CO2的方法。可分为物理吸附和化学吸附，可采用PSA、TSA和VSA三种方式，过程为：在低温（或高压）下吸附CO2，CO2的解吸依靠升温（或降压）进行，通过如此降温升温或升压降压周期性操作，实现CO2的分离。当前常用的吸附材料包括活性炭、天然沸石、分子筛，另外还有活性氧化铝以及硅胶等[8]。
吸附法操作一般需要采用多台吸附器并联运行，以保证整个过程可以采用吸附设备和解吸设备切换的方式来保证吸附的连续进行以及产品的连续产出。变温吸附法(TSA)和变压吸附法(PSA)在循环时间上有所区别，TSA的循环时间稍长，通常为数小时，而PSA一般只需几分钟。目前工业上PSA较为常用，整个过程由吸附、漂洗、降压、抽真空和加压五步组成，是一种无腐蚀的干法工艺，过程中变压范围是1.26 Mpa～6.66 kPa[8]之间。吸附法的关键是吸附剂的载荷能力，其主要决定因素是温差(或压差)。典型的吸附法工艺流程如图1.2所示。
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