“CO2捕集-吸收剂再生”双鼓泡流化床反应器系统设计(2)
图1.1 2008年世界各国CO2排放量
1.2 CO2捕集与封存技术
到目前为止，燃烧煤炭的发电站一般采取三种途径来实现减少CO2排放[3]：（1）改变能源结构，增加使用低碳和无碳燃料所占的比例，采用再生能源或清洁能源发电，如大力发展太阳能、风能以及核能等；（2）提高能源的利用效率；（3）发展既安全又可靠的 CO2 捕集和封存（CCS）技术。
碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage，简称CCS，）被认为是未来大规模减少温室气体排放，减缓全球变暖最经济可行的方法。顾名思义，就是指将发电厂反应产生的CO2废气收集并使用各种方法储存起来，以防止其排放到大气中的一种技术。
捕集CO2的技术路线众多，一般分为：燃烧前脱碳、纯氧燃烧、化学链燃烧及燃烧后脱碳[3]。
燃烧前脱碳是指采用合适的手段在碳原料燃烧前将化学能从碳中转移出来，之后再将碳与其他物质分离，达到脱碳的目的，从本质上讲就是H2和CO2的分离。但该技术的问题是吸收剂制备价格较高，再生时间长。
纯氧燃烧是通过循环烟气来调节燃烧温度的，可以降低燃烧温度的同时也能提高CO2的体积分数，从而能够显著的降低捕集CO2所需要的能耗，但该技术制氧所需消耗的成本高，且要求系统具有很高的密封性能。
化学链燃烧没有SOx、NOx等污染物排放，是一种能源利用率很高的技术。对于含碳气体的燃料燃烧，其产物只有CO2和H2O，收集时只要在一定下冷凝就能获得高纯度的CO2，但该技术使用的载氧体价格一般较为昂贵[4]，并且对现有电站的继承性不好，需要重新设计新的反应器。
燃烧后脱碳一般采用能与CO2结合能力较强的化学吸收剂来分离捕集燃烧后的烟气中的CO2[5]。
与前三种技术相比，燃烧后脱碳是一种相对成熟的技术，优点是系统原理简单，适用范围广，对现有电站的继承性好，不需要改变电厂原有的设备和布局，只需要在原来脱硫脱硝设备的后面增加一套CO2分离装置，该技术有很高的可行性。
总的来说，无论是对于燃烧前脱碳还是燃烧后捕集，CO2的分离都是最重要的技术。根据过程机理，CO2分离方法主要有：吸收法（分为物理吸收法、化学吸收法和物理化学吸收法）、吸附法、膜分离法、低温分离法等。由于化学吸收法吸收速度快、净化效率高，CO2回收程度高，在目前技术的进展看来，是最成熟的。
1.3 碱金属基吸收剂循环脱除CO2技术介绍
碱金属基吸收剂循环脱除CO2作为化学吸收法中的一种，拥有化学吸收法和物理吸附法两者的优势。既能够解决化学吸收法中，化学剂腐蚀设备的问题和吸收剂再生所需能耗高的问题，又能够处理好物理吸附法中吸附剂吸附能力差和对CO2的选择性低的缺陷[6]。其基本原理如图1.3所示。
1.3 碱金属基吸收剂脱除CO2技术的概念图
碳酸化反应：M2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g)→2MHCO3(s) （1.1）
再生反应：2MHCO3(s)→M2CO3(s)+CO2(g)+H2O(g) （1.2）
（M为Na或K）
碳酸化温度为60-80℃，再生温度为100-200℃[7]。吸收剂在该温度下不容易失去活性，多次再生循环后它的转化率仍旧很高。因为硫氧化物、氮氧化物的存在会造成吸收剂的失效，所以将该系统放置在脱硫脱硝设备的后面。经过脱硫脱硝后，烟气温度能够降到200℃左右，由于反应系统所需要的能量低，即可完全从烟气余热中汲取，这样一来，系统的成本和能耗都很低，因此碱金属基吸收剂循环脱除CO2的技术具有广阔的应用前景。
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