3CO2的捕获讲解课件

第三讲

工业排放源CO2的捕集方法第三讲

工业排放源CO2的捕集方法主要内容捕集的概念、分类吸收法吸附法膜分离法其他方法主要内容捕集的概念、分类CO2捕集CO2捕集是对主要CO2排放源排出的CO2进行分离回收，目的是生产出能运输到封存地点的CO2高压浓缩液。CO2捕集针对什么样的源？CO2源（回顾）？分离—从工业气体中分离 从大气中分离CO2捕集CO2捕集是对主要CO2排放源排出的CO2进行分离工业CO2的产生过程

（以电厂为例）化石燃料（煤炭、石油、天然气）。助燃剂空气（O2、N2）电厂燃烧排放产物CO2、N2、灰渣、粉尘、其他气体电厂除尘、脱硫（S）、脱硝（N）->剩余CO2、N2CO2捕集分离工业CO2的产生过程

（以电厂为例）化石燃料（煤炭、石油、天捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃烧后捕集燃烧前捕集富氧燃烧捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃烧后捕获燃料电、热空气H2O，CO2、N2CO2捕集CO2，N2干燥捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃料电、热空气H2O捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃烧前捕获燃料H2空气、O2、水蒸气电、热CO2N2、H2O空气重整、分离捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃料H2空气、电、热捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）富氧燃烧燃料空气电、热CO2，H2OO2N2CO2干燥捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃料空气电、热CO2捕获方法燃烧后捕集按捕集原理分类吸收法吸附法膜分离法捕获方法燃烧后捕集按捕集原理分类吸收法概念：吸收法是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶解度和化学反应活性不同而将混合物分离的一种方法。优点：效率高、设备简单、一次投资相对较低等；缺点：产生废液、设备易受腐蚀。分类：物理吸收化学吸收吸收法概念：吸收法是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶吸收——解吸含CO2混合气液滴吸收CO2CO2解吸吸收选择性吸收可逆性吸收——解吸含CO2混合气液滴吸收CO2CO2解吸吸收选择性气体吸收原理分离的依据：各组分溶解度、化学反应活性的差异。在吸收操作中，通常将混合气体中能够溶解（反应）于溶剂中的组分称为溶质，以A表示，而不溶或微溶的组分称为载体或惰性组分，以B表示；吸收所用的溶剂称为吸收剂，以S表示；经吸收后得到的溶液称为吸收液；被吸收后排出吸收塔的气体称为吸收尾气。吸收塔吸收液A+少量S混和气体A+B吸收剂S吸收尾气B+少量A解吸气体吸收原理分离的依据：各组分溶解度、化学反应活性的差异。吸捕获流程吸收剂制备吸收系统溶液再生（解吸）原料气CO2+N2尾气（N2+少量CO2）热源再生气

（CO2）吸收液再生的吸收剂捕获流程吸收剂制备吸溶液原料气尾气（N2+少量CO2）热源再吸收捕获化学吸收法物理吸收法MDEA有机胺浓氨水加压水洗法（水）低温甲醇洗涤法（甲醇）Fluor法（碳酸丙烯酯）Selexol法（聚乙二醇二甲醚NHD）Purisol法(N－甲基吡咯烷酮)对设备要求高中型厂用的较多苯菲尔法DEA不起泡碳酸钾+二乙醇胺N甲基二乙醇胺吸收捕获化学吸收法物理吸收法MDEA有机胺浓氨水加压水洗法（物理吸收加压水洗法

回收率低，纯度不高，水循环量大，耗能高低温甲醇洗法

吸收能力强，净化度高，溶剂循环量小，能耗低 毒性强，保冷要求高物理吸收加压水洗法物理吸收法优缺点能耗低，溶剂可用闪蒸再生，仅适合于中等浓度和高温的CO2废气选择性较低，分离效果不理想，回收率低物理吸收工艺适于处理新型火电厂烟气中CO2气体高分压、高浓度的工况，目前的研究方向是寻找性能更加优越的吸收剂，尤其是能够在CO2低分压下工作的物理吸收法优缺点能耗低，溶剂可用闪蒸再生，仅适合于中等浓度和化学吸收法烟气和吸收液在吸收塔内发生化学反应，CO2被吸收至溶剂中，贫液变为富液，富液进入解析塔加热分解出CO2，从而达到分离CO2的目的。CO2为酸性，选用碱性化学吸收液，常用碳酸盐溶液、碱液及醇胺溶液等化学吸收法烟气和吸收液在吸收塔内发生化学反应，CO2被吸收至热钾碱溶液法利用热的高浓度K2CO3水溶液在加压下吸收CO2，生成KHCO3，减压下解吸CO2，重新生成K2CO3优点：吸收与再生温度基本相同，使生产流程简化；吸收反应速率快吸收速度慢加速吸收提温腐蚀加入防腐剂减少腐蚀活化剂热钾碱溶液法利用热的高浓度K2CO3水溶液在加压下吸收CO2基本原理化学反应碳酸钾水溶液与二氧化碳的反应如下：常温下反应速率较慢，升温到120～130℃，既可提高碳酸钾溶液的浓度，又可以得到较快的反应速率。但在该温度下碳酸钾溶液对碳钢设备有极强的腐蚀性。基本原理化学反应溶液的再生再生反应为：加热有利于碳酸氢钾的分解，再生压力越低对再生越有利。再生温度为该压力下溶液的沸点。溶液的再生再生反应为：加热有利于碳酸氢钾的分解，再生压力越低烷基醇胺溶液法原理：R-NH2+H2O+CO2→R-NH3HCO3反应随温度变化可逆，一般38℃以下形成盐，CO2被吸收；高于110℃，CO2被解析乙醇胺MEA法甲基二乙醇胺MDEA法乙醇胺-三乙基胺MEA-TEA双溶剂法烷基醇胺溶液法原理：R-NH2+H2O+CO2→R-NH3H3CO2的捕获讲解课件化学吸收法的优缺点化学吸收的优点溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉，溶剂容纳的溶质量增多液膜扩散阻力降低填料表面的停滞层仍为有效湿表面化学吸收的优点化学吸收的缺点工艺比较复杂，吸收效率有时不高吸收液需要再次处理，否则会造成污染。化学吸收法的优缺点化学吸收的优点物理吸收和化学吸收的根本不同点在于吸收剂与气体溶质的分子间的力不同。物理吸收中的各分子间为范德华引力，而化学吸收中为化学键力，这二者的区别构成它们在吸收平衡线、热效应、温度对吸收的影响以及吸收选择性等方面的不同。

物理吸收和化学吸收的原理比较物理吸收和化学吸收的根本不同点在于吸收剂与气体溶质的分子间的吸收设备要求气液之间有较大接触面积和一定接触时间气液之间扰动强烈、吸收阻力低、吸收效率高气流通过时压损小结构简单，制作维修方便具有相应的抗腐蚀和防堵塞能力吸收设备要求气液之间有较大接触面积和一定接触时间吸收设备吸收设备吸收剂选择溶解度大，提高吸收速度并减少吸收剂用量选择性好，对溶质组分以外其他组分溶解度很低或基本不吸收挥发度低对设备腐蚀性小吸收剂选择溶解度大，提高吸收速度并减少吸收剂用量主要内容捕获的概念、分类吸收法吸附法膜分离法其他方法主要内容捕获的概念、分类气体吸附吸附用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的组分浓集于固体表面吸附质－被吸附物质吸附剂－附着吸附质的物质优点：效率高、可回收、设备简单缺点：吸附容量小、设备体积大气体吸附吸附吸附——解吸吸附剂颗粒吸附剂放其中选择吸附解吸吸附选择性吸附可逆性含CO2混合气吸附——解吸吸附剂颗粒吸附剂放其中选择吸附解吸吸附选择性含C物理吸附和化学吸附物理吸附化学吸附1.吸附力－范德华力；2.不发生化学反应；3.过程快，瞬间达到平衡；4.放热反应；5.吸附可逆；1.吸附力－化学键力；2.发生化学反应；3.过程慢；4.升高温度有助于提高速率；5.吸附不可逆；物理吸附和化学吸附物理吸附化学吸附1.吸附力－范德华力；1.物理吸附和化学吸附同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附低温有利于物理吸附，高温利于化学吸附增大气相压力利于吸附物理吸附和化学吸附同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附吸附剂吸附剂需具备的特性内表面积大具有选择性吸附作用高机械强度、化学和热稳定性吸附容量大来源广泛，造价低廉良好的再生性能吸附剂吸附剂需具备的特性吸附剂吸附等温线要有效分离回收纯CO2，需要预先除去比CO2吸附力更强的组分，如水、SO2、NOx等吸附剂吸附等温线要有效分离回收纯CO2，需要预先除去比CO2变温吸附法(TSA)

TemperatureSwingAbsorption在较低温度（常温或更低）下进行吸附，而升高温度将吸附的组分解吸出来。变温吸附是在两条不同温度的等温吸附线之间上下移动进行着吸附和解吸。由于常用吸附剂的热传导率比较低，加温和冷却的时间就比较长，所以吸附床比较大，而且还要配备相应的加热和冷却设施，能耗、投资都很高，另外温度大幅度周期性变化会影响到吸附剂的寿命。优点是它可适用于许多场合，产品损失少，回收率高，因此目前仍为一种应用较广的方法。变温吸附法(TSA)

TemperatureSwingA变压吸附PSA

（PressureSwingAbsorption）利用吸附剂的吸附容量随压力变化而变化的特性，在加压时完成混合气体的吸附分离，降压条件下完成吸附剂的再生，从而实现气体分离及吸附剂循环使用的目的吸附剂通常为分子筛、活性炭、硅胶、活性氧化铝等PSA工艺较使用的气源为CO2含量在20-80%之间的各种工业气体变压吸附PSA

（PressureSwingAbsorp变压吸附法吸附床解吸床二氧化碳原料气二氧化碳产品其它气体加压吸附降压解吸吸附量压力CO2其它变压吸附法吸附床解吸床二氧化碳原料气二氧化碳产品其它气体吸附变温压吸附法(PTSA)脱水烟道气第一级PTSA第二级PSA回收CO2两级系统第一级常压吸附，加热降压解吸，比单纯PSA节能11%经过第二级PSA，CO2纯度可达99%，整体能耗降低50%变温压吸附法(PTSA)脱水烟道气第一级第二级回收CO2两级化学变温吸附法(CTSA)特殊化学吸附材料常压吸附，升温解吸适合高温烟道气（200~700℃）两级系统第一级常压吸附，加热降压解吸，比单纯PSA节能11%经过第二级PSA，CO2纯度可达99%，整体能耗降低50%化学变温吸附法(CTSA)特殊化学吸附材料常压吸附，升温解吸主要内容捕获的概念、分类吸收法吸附法膜分离法其他方法主要内容捕获的概念、分类膜分离法利用某些聚合材料如醋酸纤维、聚酰亚胺、聚砜等对不同气体的渗透率的不同来分离气体。驱动力是压差，当膜两边存在压差时，渗透率高的气体组分以很高的速率透过薄膜，形成渗透气流，渗透率低的组分则留在进气侧，从而达到分离的目的。膜分离法利用某些聚合材料如醋酸纤维、聚酰亚胺、聚砜等对不同气膜法分离CO2的原理气体分离膜法分离CO2的原理：依靠CO2气体与薄膜材料之间的化学或者物理作用，使得CO2快速溶解并穿过该薄膜，从而使该组分在膜原料侧浓度降低，而在膜的另一侧CO2达到富集膜法分离CO2的原理气体分离膜法分离CO2的原理：依靠CO2膜分离法混和气CO2其它中空纤维管膜分离法混和气CO2其它中空纤维管优点：无相变，能耗低，一次性投资较少，占地面积小，操作简单，维修保养容易，便于扩充气体处理容量仅适用于CO2浓度高的混合气膜分离法优点：无相变，能耗低，一次性投资较少，占地面积小，操作简单，膜材料有机膜：聚砜、聚酰亚胺、聚乙烯、聚酰胺 特点：分离系数高，但气体透过量低，使用温度低无机膜：氧化铝膜、沸石分子膜、碳分离膜 特点：耐热、耐酸、耐烃类腐蚀，气体渗透率比有机膜大，但分离系数小膜材料有机膜：聚砜、聚酰亚胺、聚乙烯、聚酰胺温故而知新CO2捕获的概念按原理分，CO2捕获方法的分类吸收法，分类吸附法，分类温故而知新CO2捕获的概念膜分离技术的研究制备高渗透性、高选择性的分离膜材料新的成膜技术，制备具有理想形态结构的膜材料探索能和CO2发生可逆反应而与其他气体不反应且渗透性很低的材料气体膜分离技术与其他分离过程结合膜分离技术的研究制备高渗透性、高选择性的分离膜材料技术工业应用工作压力大型化应用的关键问 题未来研发的方向吸收法化学法

(MEA)脱除天然气中的CO2，脱除烟气中的CO2分压3.5-17kPa再生的能耗；其他酸性气体的预处 理开发具有更高CO2容量和更低能耗需求；新的接触反应器物理法（冷甲醇）脱除天然气中的CO2，脱除烟气中的CO2分压

>525kPa再生的优化开发具有更高CO2容量和更低能耗需求；新的接触反应器吸附法变压吸附产氢工艺中CO分离，

2脱除天然气中的CO2，脱除烟气中的CO2高压吸附剂容量低，选择 性差，受到低温 的限制，产生的

CO纯度不高，

2

压力较低开发新的具有能在水蒸气存在的情况下吸附CO2的吸附剂；开发能产生更高纯度CO2的吸附/脱附方法变温吸附产氢工艺中CO2分离，脱除天然气中的CO2高压再生能耗高，工作周 期长（调温速度 慢）开发新的具有能在水蒸气存在的情况下吸附CO2的吸附剂；开发能产生更高纯度CO2的吸附/脱附方法膜无机膜（陶 瓷，钯）产氢工艺中CO2分离，脱除天然气中的CO2高压比聚合体膜单位体积 具有少得多的表 面积开发能够同时进行燃料重整和H2/CO2分离的膜反应器；聚合体产氢工艺中CO2分离，脱除天然气中的CO2高压CO2的选择性，膜降解问题新的合成方法主要CO2捕获工艺比较技术工业应用工作压力大型化应用的关键问未来研发的方向吸化学法主要内容捕获的概念、分类吸收法吸附法膜分离法其他方法主要内容捕获的概念、分类低温液化分离法根据气体组分不同的液化温度，将气体的温度降低到露点以下，使其液化，然后通过精馏方法分离各种组分CO2的临界点（31.1℃、7.38MPa），压力高于7.38MPa，温度低于31.1℃，CO2变为液态，从而达到分离目的对于CO2含量较高的混合气体比较经济合理CO2含量较低的混合气需经过多次压缩冷却后才能引起CO2相变低温液化分离法根据气体组分不同的液化温度，将气体的温度降低到低温液化分离法优点：回收率高，纯度高缺点：为提高分离效率，需要使用传统的制冷循环系统增加冷却效果，以促使CO2迅速液化，因此能耗高，经济性较差低温液化分离法优点：回收率高，纯度高催化燃烧法对于二氧化碳气田伴生气，含量在83～89％之间，其余11％左右是以甲烷为主的饱和烃，利用催化氧化法技术，加入纯氧在钯碳催化剂作用下，把烃类杂质烧掉。这种方法要加入过量纯氧来助燃，催化燃烧要在300℃以上操作，流程比较复杂，能耗较高，还有一些硫化物等不燃烧的杂质难以除尽。催化燃烧法对于二氧化碳气田伴生气，含量在83～89％之间，其催化燃烧法空气压缩液化精馏混合加热燃烧冷却二氧化碳原料气氧气二氧化碳产品能够把碳氢化合物氧化成CO2和H2O.

操作条件:>300ºC,充足的O2，净化度低。反应后需要进一步低温液化，耗能高。催化燃烧法空气压缩液化精馏混合加热燃烧冷却二氧化碳氧气二氧化低温蒸馏法石油开采时向油层注入CO2，可以提高原油采收率，同时也产生大量的油田伴生气，随着采油次数的增加，伴生气中CO2的含量可能增加到90%以上。为了降低采油成本，提高采油量，必须从伴生气中把CO2分离出来，再注入油井中。低温蒸馏法主要用于分离回收油田伴生气中的CO2，本法设备庞大、能耗较高，一般很少使用，只适用于油田开采现场，提高采油率。低温蒸馏法石油开采时向油层注入CO2，可以提高原油采收率，同55吸收法吸附法膜分离法催化燃烧法适合低浓度气体化肥厂变换气脱碳还没有大规模工业化实例脱出可燃杂质操作成本高开发新的回收技术常用CO2捕获技术汇总低温蒸馏法只适用于油田提高采油率吸附精馏法液膜法离子液体循环吸收法55吸收法吸附法膜分离法催化燃烧法适合低浓度气体化肥厂变换还CO2捕获面临的挑战吸收速度、吸收能力、设备腐蚀、预处理、溶剂再生（吸收／再生工艺

）以及能耗。高成本（投资和运行费用）是阻碍二氧化碳捕捉技术市场化的一大障碍。检测、综合评价CO2捕获面临的挑战吸收速度、吸收能力、设备腐蚀、预处理、溶捕获方法按捕获流程分类燃烧后捕获燃烧前捕获富氧燃烧捕获方法按捕获流程分类燃烧后系统燃烧后系统，从一次燃料在空气中燃烧所产生的烟道气体中分离CO2通常使用液态溶剂从主要成分为氮的烟气中捕获少量的CO2成分（一般占体积的3-15%）。对于现代粉煤（PC）电厂或天然气复合循环（NGCC）电厂，目前的燃烧后捕获系统通常采用有机溶剂，如单乙醇胺（MEA）、MDEA。存在的主要问题是装置的能耗较高，且吸收剂的氧化降解较严重燃烧后系统燃烧后系统，从一次燃料在空气中燃烧所产生的烟道气体Post-CombustionCO2CaptureEmissionControlSO2,NOx,Hg,ParticulateSTEAMWATERCoal*50%C20%H2O12%O25%Ash3%H2(S,Hg)CO2CaptureAir78%N221%O2PurifiedCO2toStorageRegenerationFlueGas12%CO2

74%N26%H2O4%O2

1.0tonCoal~2.5tonsCO2Post-CombustionCO2CaptureEmi燃烧后捕获

中国华能集团 在华能北京热 电厂建设10万t/aCO2捕集示范装置该项目被列入中澳联合声明“中澳洁净煤工作组”的第一个项目吸收塔再生塔再沸器预处理器烟气燃烧后捕获10万t/aCO2该项目被列入吸收塔再生塔再沸器工艺流程工艺流程吸收塔再生塔胺回收加 热器洗涤液 储槽溶液储槽再生气分离器贫液冷 却器填料吸收塔再生塔胺回收加洗涤液溶液再生气贫液冷填料燃烧前系统燃烧前系统在一个有蒸汽和空气或氧的反应器中处理一次燃料，产生主要成分为一氧化碳和氢的混合气体。在第二个反应器内通过一氧化碳与蒸汽的反应生成其余的氢和CO2。可从最后产生的由氢和CO2组成的混合气体分离出一个CO2气流和一个氢流。燃料转化步骤较为复杂，与燃烧后系统相比成本较高，但反应器产生的高浓度CO2（在烘干条件下一般占体积的15—60%），在这些应用中采用的高压则更有利于CO2的分离。燃烧前系统可以在采用整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）技术的电厂中使用。燃烧前系统燃烧前系统在一个有蒸汽和空气或氧的反应器中处理一次CO2capture★IGCC

(pre-combustioncapture)CO2capture★IGCC(pre-combus燃烧前CO2脱除系统（Pre-combustion）燃烧前CO2脱除系统（Pre-combustion）现有的近零排放电站美国－未来电力FutureGen中国－绿色煤电GreenGen欧盟－氢能发电HypoGen日本－EAGLE计划,C3BP(美国，澳大利亚，英国)面向未来，世界主要国家相继开始了近零排放电站的研发和示范现有的近零排放电站美国－未来电力FutureGenBP(美富氧燃烧系统富氧燃烧系统用氧代替空气作为助燃剂进行燃烧，产生以水汽和CO2为主的烟道气体。产生的烟道气体具有很高的CO2浓度（占体积的80%以上），然后通过对气流进行冷却和压缩清除水汽。富氧燃烧需要对空气中的氧进行上游分离，目前多数设计中假定氧的纯度为95-99%。富氧燃烧作为在锅炉中捕获CO2的一种方法，目前还处于示范阶段富氧燃烧系统富氧燃烧系统用氧代替空气作为助燃剂进行燃烧，产生富氧燃烧示意图发展趋势：1.高压系统，大幅缩小系统体积，更有利于CO2的液化和其它污染物的脱除；2.所有污染物直接进行地质封存ASUCO2N2O2富氧燃烧示意图发展趋势：1.高压系统，大幅缩小系统体积，更有5.1富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术背景富氧燃烧技术的提出-----O2/CO2烟气再循环技术

以燃煤电站捕集CO2为目标-20世纪80年代较高纯度氧气代替燃烧空气

部分烟气再循环

CO2浓度达90%以上，烟气可直接冷却压缩CO2集中排放源：火力发电锅炉常规空气燃烧锅炉CO2浓度为15%左右烟气中CO2浓度低，分离成本高5.1富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术背景富氧燃烧技4.1CO2膜分离原理富氧燃烧技术基本原理O2/CO2燃烧方式原理示意图5.1富氧燃烧技术基本原理与类型分离再循环4.1CO2膜分离原理富氧燃烧技术基本原理O2/CO2燃烧富氧燃烧技术特点5.1富氧燃烧技术基本原理与类型特点加快燃烧速度降低燃点温度提高火焰温度增加热量利用率减少排气量富氧燃烧技术特点5.1富氧燃烧技术基本原理与类型特点加快燃4.1CO2膜分离原理5.1富氧燃烧技术基本原理与类型4.1CO2膜分离原理5.1富氧燃烧技术基本原理与类型5.1富氧燃烧技术基本原理与类型5.1富氧燃烧技术基本原理与类型5.1富氧燃烧技术基本原理与类型5.1富氧燃烧技术基本原理与类型5.1富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术主要类型—按燃烧装置分（1）煤粉锅炉富氧燃烧技术

氧气纯度90%以上，再循环烟气比例70%左右，烟气中CO2含量90%以上

实施最早，技术最成熟。（2）循环流化床锅炉富氧燃烧技术

氧气纯度95%以上，烟气中CO2含量90%以上，利于脱硫。（3）增压富氧流化床燃烧锅炉技术

烟气压力6-7MPa，氧气纯度95%以上，烟气中CO2含量90%以上,易液化（4）氧气与空气混燃的富氧燃烧技术（微富氧燃烧）

氧气含量40%左右，无烟气再循环，烟气中CO2含量40%左右，降低纯氧燃烧成本，5.1富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术主要类型—按燃富氧燃烧技术主要类型—按实施对象分（1）对现役锅炉改造5.1富氧燃烧技术基本原理与类型（2）新设计锅炉设备按空气燃烧设计运行的锅炉进行富氧燃烧技术改造，对锅炉设备及蒸汽循环系统影响不大，但电耗增加（10%左右）。改进燃烧，优化辐射，受热面布置，提高受热面高温性能，优化锅炉设计富氧燃烧技术主要类型—按实施对象分（1）对现役锅炉改造5.15.1富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术经济性分析一方面：部分烟气循环，排烟体积减小，排烟损失减小，锅炉效率提高。另一方面：空气分离制氧、CO2压缩需要消耗大量电能。整体燃煤发电机组经济性下降。5.1富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术经济性分析一方5.2空气分离制氧技术5.2空气分离制氧技术5.2空气分离制氧技术富氧制备方法5.2空气分离制氧技术富氧制备方法5.2空气分离制氧技术5.2空气分离制氧技术5.2空气分离制氧技术5.2空气分离制氧技术5.2空气分离制氧技术5.2空气分离制氧技术5.2空气分离制氧技术5.2空气分离制氧技术5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的燃烧特性煤粉在空气、富氧中燃烧反应动力学特性差别很大煤粉在CO2气氛下挥发分释放特性与在N2中类似煤粉在O2/CO2气氛下，CO2的存在不明显改变煤焦的反应动力学特性，高温/低O2浓度时，焦炭具有较高活性，原因：C-CO2气化反应。煤粉在O2/CO2气氛下，随着气氛中氧含量的增加，煤粉气流的着火、燃烧与燃尽均大大改进，煤焦着火点提前，燃烧时间缩短。5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的燃烧特5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的污染物排放特性1、SO2与SO3的生成与排放特性空气气氛燃烧时：80%多的燃料硫转化为SO2，未转化部分归功于灰分中碱性氧化物的固硫作用，4%左右SO2会转化为为SO3。O2/CO2气氛下燃烧时，SO2生成量有所降低，但是SO3生成量增加，原因可能是局部氧气浓度过高，增加了SO2的氧化比例。由于烟气再循环，排烟量为空气燃烧时的1/3，排烟中的SO2浓度却增加了，约为空气燃烧时的3倍，酸蒸汽凝结温度提高，锅炉尾部低温受热面腐蚀问题更突出。5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的污染物5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的污染物排放特性2、NOx的生成与排放特性O2/CO2气氛下燃烧时，NOx生成量有所降低，原因（1）不存在N2，热力型NOx生成量很少；（2）C-CO2反应生成CO，促进了NO的还原。煤中氮含量0.5-2.5%，烟气中NOx中70-80%来自于燃料型NOx，燃烧过程中燃料型NOx生成与还原同时存在，并不是燃料中的氮全部转化为NOx。5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的污染物5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的污染物排放特性2、NOx的生成与排放特性NOx转化率影响因素主要是烟气中的氧量：生成速率与氧气浓度的平方成正比富氧燃烧时，局部与总体氧浓度均高于空气燃烧，NOx生成量增加；同时C-CO2气化反应生成CO，可以还原NOx，竞争反应，最终结果NOx生成量降低。最终应以燃烧效率为主，而不是刻意追求低NOx燃烧。富氧燃烧NOx排放总量降低，但由于排烟量减小，排烟中NOx浓度是增大的。5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术煤粉在O2/CO2气氛下的污染物5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术富氧煤粉燃烧器的设计特点实验研究多为小规模实验台，还没有大型全尺寸的富氧燃烧电站投入运行，因此可供参考的数据很少。组织燃烧方式跟空气燃烧类似，结构也基本相同，一次风/二次风1、锅炉炉膛特点

空气燃烧时：低NOx燃烧，需要适当降温，足够停留时间，因此容积热负荷较小，炉膛较大；富氧燃烧时：不需特意满足低NOx燃烧要求，炉膛可小些，容积热负荷大于空气燃烧时。富氧燃烧锅炉漏风会降低锅炉热效率、增加风机耗电而且会引入较多的N2增加排烟功耗，密封要求高于空气燃烧锅炉富氧煤粉锅炉设计与传热特点5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术富氧煤粉燃烧器的设计特点实验研究5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术2、富氧燃烧锅炉辐射与对流换热特点（1）辐射换热

由于三原子气体份额较大，炉膛总辐射量大于空气燃烧。CO2辐射率的增加在低温区较突出（25%以上），高温区增量不大（小于5%）；H2O的辐射量较稳定（20%）。（2）对流换热

烟气中CO2浓度较高，导致烟气密度、比热容及导热系数均增加，黏度降低。对流换热系数较空气气氛下增大

富氧燃烧总烟气量是减少的，因此对流换热相对于空气燃烧时减少的，而炉膛辐射换热量较空气是增加的。5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术2、富氧燃烧锅炉辐射与对流换热特5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术（3）锅炉尾部烟气处理与空气燃烧区别较大，对于新设计的富氧燃烧锅炉，取消烟气脱氮脱硫设备，一起并入到CO2净化与压缩过程中去，硫化物/氮化物有资源化利用的可能性。5.3煤粉锅炉富氧燃烧技术（3）锅炉尾部烟气处理电厂CO2捕集技术路线燃烧后捕碳技术适合传统燃煤电厂燃烧前捕碳技术适合IGCC电厂富氧燃烧技术适合传统燃煤电厂电厂CO2捕集技术路线燃烧后捕碳技术适合传统燃煤电厂燃烧前捕吸收法吸附法膜分离法燃煤电站捕碳技术

深冷法能耗成放

本？

大变压吸附吸收法吸附法膜分离法燃煤电站捕碳技术深冷法能成放 本变压新颖的CO2捕集方案—化学链燃烧CLC

无火焰化学链燃烧将传统燃烧反应分解为两个气固化学反应：燃烧侧：燃料+MO(金属氧化物)→CO2+H2O+M(金属）空气侧：M(金属）+

O2（空气）→MO(金属氧化物）

新颖的CO2捕集方案化学链燃烧CLC金属氧化物（ＭＯ）与金属（Ｍ）在两个反应之间循环使用，一方面分离空气中的氧，另一方面传递氧燃料从ＭＯ获取氧，无需与空气接触避免了被Ｎ２稀释。燃料侧的气体生成物为高浓度的CO2和水蒸气，采用物理冷凝法即可分离回收CO2，燃烧分离一体化节省了大量能源，为燃料反应器的吸热反应提供低温热，因而提高高温空气反应器产生的热量。化学链燃烧CLC金属氧化物（ＭＯ）与金属（Ｍ）在两个反应之间载氧体金属氧化物颗粒作为氧的载体在燃料反应器与空气反应器之间循环使用,是实现CLC系统运转的核心要素之一。为了增强循环颗粒的整体机械性能和反应活性,金属氧化物需要用一种惰性物质作为载体。这种由金属氧化物和载体构成的物质一般被称为载氧体,必须满足以下特性:强氧化还原反应活性和抗磨擦抗冲击机械性能，以适用于连续切换的放热、吸热反应;具有高载氧能力以实现燃料的高转化率;另外还要具备反应积炭少、不结焦、成本低、环境友好和易制备等特点载氧体金属氧化物颗粒作为氧的载体在燃料反应器与空气反应器之间化学链燃烧CLC化学链燃烧技术的能量释放机理是通过燃料与空气不直接接触的无火焰化学反应，打破了自古以来的火焰燃烧概念，开拓了根除NOx产生与回收CO2的新途径。由于化学链燃烧中燃料与空气不直接接触，空气侧反应不产生燃料型NOx。另外，由于无火焰的气固反应温度远远低于常规的燃烧温度因而可以控制热力型NOx的生成。这种根除NOx的生成（而不是某种程度的减少），对解决环境污染问题是一个重大突破。化学链燃烧CLC化学链燃烧技术的能量释放机理是通过燃料与空气燃煤电厂烟道气CO2捕集技术——山东东营胜利油田胜利发电厂燃煤电厂烟道气CO2捕集技术——山东东营胜利油田胜利发电厂燃煤电厂烟气具有CO2分压低、气体组分复杂的特点，同时产品CO2纯度要求较高（99%），增大了捕集难度。CO2分压低CO2含量低，12%-15%进气压力：常压气体组分复杂O2，4%-7%Ｎ２，

75％SO2400mg/m3NOx700mg/m31、开发了电厂烟气CO2捕集工艺研究进展燃煤电厂烟气具有CO2分压低、气体组分复杂的研究进展结合燃煤电厂烟气特点、产品CO2纯度需求，综合考虑技术成熟度及经济性，最终确定选用以胺类溶液为主的化学吸收工艺捕集方法产品纯度适用CO2分压化学吸收法热钾碱法99％中高分压胺法99％低分压变压吸附法95％高分压膜处理法95％高分压低温分馏法95％高分压研究进展结合燃煤电厂烟气特点、产品CO2纯度需求，综研究进展化学吸收工艺是通过CO2与化学吸收液之间的可逆反应即低温下吸收，高温下解吸来实现CO2捕集。筛选吸收溶液烟气预处理确定关键工艺参数研究进展化学吸收工艺是通过CO2与化学吸收液之间的可研究进展吸收溶液：通过室内试验评价，确定采用MSA溶剂作为中试碳捕集吸收剂。

MSA溶剂一种以MEA为主的复合吸收剂，添加了活性胺、缓蚀剂、抗氧化剂等辅助成分。研究进展吸收溶液：通过室内试验评价，确定采用MSA溶剂作为中研究进展MSA吸收能力提高30%，同时腐蚀速率、降解速率有大幅下降。溶液腐蚀速率（碳钢）mm/aMEA2.2MSA0.0030胺氧化降解胺与CO2降解吸收能力(L/L)吸收解吸再吸收30%2530354045降解率％降解率％MSA与单一MEA性能比较研究进展MSA吸收能力提高30%，同时腐蚀速率、降解速率有大研究进展吸收温度维持在40℃烟气从50-60℃冷却至40℃、维持系统水平衡尽可能降低SO2、NOx等杂质酸性组分含量脱除脱硫后携带的粉尘、固体杂质避免反应生成不可再生的热稳定性盐，造成溶剂损失；减少后续系统腐蚀避免污染溶液及堵塞后续系统在引风机前增设碱洗塔水+NaHCO3塔内碱液定期更换烟气预处理烟气预处理：为满足MSA化学吸收工艺要求，采用碱洗工艺对烟气进行预处理，在冷却烟气的同时除去粉尘及SO2等杂质酸性气体。研究进展烟气从50-60℃冷却至40℃、维持系统水平衡脱除脱研究进展工艺参数优化：采用数值模拟方法，对烟气二氧化碳捕集工艺过程进行了优化研究，得到了吸收、解吸关键参数对捕集性能的影响规律，并针对100t/d电厂烟气CO2捕集工况优化了工艺参数。吸收液流量：110-130m3/h吸收温度：35℃-45℃解吸温度：110℃-115℃溶液浓度：总胺浓度15%-20%（wt）最佳工艺参数研究进展工艺参数优化：采用数值模拟方法，对烟气二氧化碳捕集工研究进展2、建成了胜利电厂100t/dCO2捕集纯化工程捕集纯化压缩干燥液化储存装车MSA化学吸收工艺往复式三级压缩硅胶吸附R-22氟利昂制冷剂真空绝热储罐捕集率：80%纯度：99.5%出口压力：2.5MPa出口温度：40℃水露点≤－40℃液化温度：-20℃储存压力：2.2MPa储存温度：-20℃采用自主开发的MSA化学吸收工艺，建成了胜利电厂100t/dCO2捕集纯化装置。设计指标：进口烟气流量为20000Nm3/h（CO2含量14%），液态CO2产量100t/d，纯度为99.5%，捕集率>80%。工程于2010年9月建成，在2011年6月取得试生产许可后正式投入运行。研究进展2、建成了胜利电厂100t/dCO2捕集纯化工程捕研究进展项目MEA日本KS胜利电厂100t/d再生蒸汽耗量/(t/tCO2)2.41.81.97吸收剂损耗（kg/tCO2）50.51.8CO2吸收能力（L/L）202527再生温度115℃-----110℃捕集成本（元/吨）310（220）232工业运行性能对比中石化自主开发的MSA碳捕集工艺比传统MEA工艺再生能耗降低20%，同时吸收剂损耗率有大幅下降，捕集成本降低25%，达到国际先进水平。捕集能耗：5.9GJ/tCO2捕集成本：232元/tCO2捕集运行指标：研究进展项目MEA日本KS胜利电厂100t/d再生蒸汽耗量/工程运行情况：自2011年6月试运行以来，捕集装置累计运行约2100h，累产液态CO21000吨，产品二氧化碳纯度达到99.5%以上，全部运往胜利高89-1块用于CO2驱先导试验，全成本为525元/吨CO2，建成了国内外首个燃煤电厂烟气CO2捕集纯化、驱油全流程示范工程，并证明了技术的可行性和稳定性。序号工程内容单位：元/tCO2Ⅰ捕集部分232Ⅱ压缩、干燥、液化、增压部分60Ⅲ输送（80km，车送）120合计（直接成本）412Ⅳ间接费用（折旧+其他）113Ⅴ总成本(Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ+Ⅳ)525100t/d电厂CO2捕集及车送全成本分析研究进展工程运行情况：自2011年6月试运行以来，捕集装置累研究进展3、开发了CO2驱采出气CO2回收工艺采出气变压吸附脱碳系统净化天然气天然气外输CO2CO2集中回收化学吸收脱碳系统净化天然气天然气外输系统CO2CO2增压回注系统采出气模式一模式二研究进展3、开发了CO2驱采出气CO2回收工艺采出气变压吸附冷却水系统变压吸附模块预处理模块设计参数数值处理量1000Nm3/d工作压力0.3-0.4MPa设计压力：0.6MPa原料气温度≤40°С原料气CO2浓度20-80%操作弹性110%CO2纯度≥95%净化气中CO2浓度≤3%压力损失≤60Kpa模式一：变压吸附研究进展冷却水系统变压吸附模块预处理模块设计参数数值处理量1000N原料气中CO2含量净化气中CO2含量产品CO2纯度现场试验：原料气CO2含量：30%-55%净化气CO2含量：2%-4%产品CO2纯度：>96%研究进展模式一：变压吸附原料气中CO2含量净化气中CO2含量产品CO2纯度现场试验：设计处理量：3万标方/天进气压力：0.2-0.6MPa过程气中二氧化碳含量：80%吸收液循环量：25-30m3/hCO2回收率：＞80%；CO2纯度：＞99%

吸收液：本菲尔溶液

碳酸钾（27-30%）+DEA溶液（3%）+V2O5（0.5-0.6%）

吸收温度：75-85C

解吸温度：120C

研究进展模式二：化学吸收设计处理量：3万标方/天吸收液：本菲尔溶液研究进展模式二：研究进展模式二：化学吸收研究进展模式二：化学吸收第三讲

工业排放源CO2的捕集方法第三讲

工业排放源CO2的捕集方法主要内容捕集的概念、分类吸收法吸附法膜分离法其他方法主要内容捕集的概念、分类CO2捕集CO2捕集是对主要CO2排放源排出的CO2进行分离回收，目的是生产出能运输到封存地点的CO2高压浓缩液。CO2捕集针对什么样的源？CO2源（回顾）？分离—从工业气体中分离 从大气中分离CO2捕集CO2捕集是对主要CO2排放源排出的CO2进行分离工业CO2的产生过程

（以电厂为例）化石燃料（煤炭、石油、天然气）。助燃剂空气（O2、N2）电厂燃烧排放产物CO2、N2、灰渣、粉尘、其他气体电厂除尘、脱硫（S）、脱硝（N）->剩余CO2、N2CO2捕集分离工业CO2的产生过程

（以电厂为例）化石燃料（煤炭、石油、天捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃烧后捕集燃烧前捕集富氧燃烧捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃烧后捕获燃料电、热空气H2O，CO2、N2CO2捕集CO2，N2干燥捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃料电、热空气H2O捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃烧前捕获燃料H2空气、O2、水蒸气电、热CO2N2、H2O空气重整、分离捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃料H2空气、电、热捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）富氧燃烧燃料空气电、热CO2，H2OO2N2CO2干燥捕集方法按捕集流程分类（以电厂捕集为例）燃料空气电、热CO2捕获方法燃烧后捕集按捕集原理分类吸收法吸附法膜分离法捕获方法燃烧后捕集按捕集原理分类吸收法概念：吸收法是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶解度和化学反应活性不同而将混合物分离的一种方法。优点：效率高、设备简单、一次投资相对较低等；缺点：产生废液、设备易受腐蚀。分类：物理吸收化学吸收吸收法概念：吸收法是根据气体混合物中各组分在液体溶剂中物理溶吸收——解吸含CO2混合气液滴吸收CO2CO2解吸吸收选择性吸收可逆性吸收——解吸含CO2混合气液滴吸收CO2CO2解吸吸收选择性气体吸收原理分离的依据：各组分溶解度、化学反应活性的差异。在吸收操作中，通常将混合气体中能够溶解（反应）于溶剂中的组分称为溶质，以A表示，而不溶或微溶的组分称为载体或惰性组分，以B表示；吸收所用的溶剂称为吸收剂，以S表示；经吸收后得到的溶液称为吸收液；被吸收后排出吸收塔的气体称为吸收尾气。吸收塔吸收液A+少量S混和气体A+B吸收剂S吸收尾气B+少量A解吸气体吸收原理分离的依据：各组分溶解度、化学反应活性的差异。吸捕获流程吸收剂制备吸收系统溶液再生（解吸）原料气CO2+N2尾气（N2+少量CO2）热源再生气

（CO2）吸收液再生的吸收剂捕获流程吸收剂制备吸溶液原料气尾气（N2+少量CO2）热源再吸收捕获化学吸收法物理吸收法MDEA有机胺浓氨水加压水洗法（水）低温甲醇洗涤法（甲醇）Fluor法（碳酸丙烯酯）Selexol法（聚乙二醇二甲醚NHD）Purisol法(N－甲基吡咯烷酮)对设备要求高中型厂用的较多苯菲尔法DEA不起泡碳酸钾+二乙醇胺N甲基二乙醇胺吸收捕获化学吸收法物理吸收法MDEA有机胺浓氨水加压水洗法（物理吸收加压水洗法

回收率低，纯度不高，水循环量大，耗能高低温甲醇洗法

吸收能力强，净化度高，溶剂循环量小，能耗低 毒性强，保冷要求高物理吸收加压水洗法物理吸收法优缺点能耗低，溶剂可用闪蒸再生，仅适合于中等浓度和高温的CO2废气选择性较低，分离效果不理想，回收率低物理吸收工艺适于处理新型火电厂烟气中CO2气体高分压、高浓度的工况，目前的研究方向是寻找性能更加优越的吸收剂，尤其是能够在CO2低分压下工作的物理吸收法优缺点能耗低，溶剂可用闪蒸再生，仅适合于中等浓度和化学吸收法烟气和吸收液在吸收塔内发生化学反应，CO2被吸收至溶剂中，贫液变为富液，富液进入解析塔加热分解出CO2，从而达到分离CO2的目的。CO2为酸性，选用碱性化学吸收液，常用碳酸盐溶液、碱液及醇胺溶液等化学吸收法烟气和吸收液在吸收塔内发生化学反应，CO2被吸收至热钾碱溶液法利用热的高浓度K2CO3水溶液在加压下吸收CO2，生成KHCO3，减压下解吸CO2，重新生成K2CO3优点：吸收与再生温度基本相同，使生产流程简化；吸收反应速率快吸收速度慢加速吸收提温腐蚀加入防腐剂减少腐蚀活化剂热钾碱溶液法利用热的高浓度K2CO3水溶液在加压下吸收CO2基本原理化学反应碳酸钾水溶液与二氧化碳的反应如下：常温下反应速率较慢，升温到120～130℃，既可提高碳酸钾溶液的浓度，又可以得到较快的反应速率。但在该温度下碳酸钾溶液对碳钢设备有极强的腐蚀性。基本原理化学反应溶液的再生再生反应为：加热有利于碳酸氢钾的分解，再生压力越低对再生越有利。再生温度为该压力下溶液的沸点。溶液的再生再生反应为：加热有利于碳酸氢钾的分解，再生压力越低烷基醇胺溶液法原理：R-NH2+H2O+CO2→R-NH3HCO3反应随温度变化可逆，一般38℃以下形成盐，CO2被吸收；高于110℃，CO2被解析乙醇胺MEA法甲基二乙醇胺MDEA法乙醇胺-三乙基胺MEA-TEA双溶剂法烷基醇胺溶液法原理：R-NH2+H2O+CO2→R-NH3H3CO2的捕获讲解课件化学吸收法的优缺点化学吸收的优点溶质进入溶剂后因化学反应消耗掉，溶剂容纳的溶质量增多液膜扩散阻力降低填料表面的停滞层仍为有效湿表面化学吸收的优点化学吸收的缺点工艺比较复杂，吸收效率有时不高吸收液需要再次处理，否则会造成污染。化学吸收法的优缺点化学吸收的优点物理吸收和化学吸收的根本不同点在于吸收剂与气体溶质的分子间的力不同。物理吸收中的各分子间为范德华引力，而化学吸收中为化学键力，这二者的区别构成它们在吸收平衡线、热效应、温度对吸收的影响以及吸收选择性等方面的不同。

物理吸收和化学吸收的原理比较物理吸收和化学吸收的根本不同点在于吸收剂与气体溶质的分子间的吸收设备要求气液之间有较大接触面积和一定接触时间气液之间扰动强烈、吸收阻力低、吸收效率高气流通过时压损小结构简单，制作维修方便具有相应的抗腐蚀和防堵塞能力吸收设备要求气液之间有较大接触面积和一定接触时间吸收设备吸收设备吸收剂选择溶解度大，提高吸收速度并减少吸收剂用量选择性好，对溶质组分以外其他组分溶解度很低或基本不吸收挥发度低对设备腐蚀性小吸收剂选择溶解度大，提高吸收速度并减少吸收剂用量主要内容捕获的概念、分类吸收法吸附法膜分离法其他方法主要内容捕获的概念、分类气体吸附吸附用多孔固体吸附剂将气体（或液体）混合物中的组分浓集于固体表面吸附质－被吸附物质吸附剂－附着吸附质的物质优点：效率高、可回收、设备简单缺点：吸附容量小、设备体积大气体吸附吸附吸附——解吸吸附剂颗粒吸附剂放其中选择吸附解吸吸附选择性吸附可逆性含CO2混合气吸附——解吸吸附剂颗粒吸附剂放其中选择吸附解吸吸附选择性含C物理吸附和化学吸附物理吸附化学吸附1.吸附力－范德华力；2.不发生化学反应；3.过程快，瞬间达到平衡；4.放热反应；5.吸附可逆；1.吸附力－化学键力；2.发生化学反应；3.过程慢；4.升高温度有助于提高速率；5.吸附不可逆；物理吸附和化学吸附物理吸附化学吸附1.吸附力－范德华力；1.物理吸附和化学吸附同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附若温度升高到吸附剂具备足够高的活化能时，发生化学吸附低温有利于物理吸附，高温利于化学吸附增大气相压力利于吸附物理吸附和化学吸附同一污染物可能在较低温度下发生物理吸附吸附剂吸附剂需具备的特性内表面积大具有选择性吸附作用高机械强度、化学和热稳定性吸附容量大来源广泛，造价低廉良好的再生性能吸附剂吸附剂需具备的特性吸附剂吸附等温线要有效分离回收纯CO2，需要预先除去比CO2吸附力更强的组分，如水、SO2、NOx等吸附剂吸附等温线要有效分离回收纯CO2，需要预先除去比CO2变温吸附法(TSA)

TemperatureSwingAbsorption在较低温度（常温或更低）下进行吸附，而升高温度将吸附的组分解吸出来。变温吸附是在两条不同温度的等温吸附线之间上下移动进行着吸附和解吸。由于常用吸附剂的热传导率比较低，加温和冷却的时间就比较长，所以吸附床比较大，而且还要配备相应的加热和冷却设施，能耗、投资都很高，另外温度大幅度周期性变化会影响到吸附剂的寿命。优点是它可适用于许多场合，产品损失少，回收率高，因此目前仍为一种应用较广的方法。变温吸附法(TSA)

TemperatureSwingA变压吸附PSA

（PressureSwingAbsorption）利用吸附剂的吸附容量随压力变化而变化的特性，在加压时完成混合气体的吸附分离，降压条件下完成吸附剂的再生，从而实现气体分离及吸附剂循环使用的目的吸附剂通常为分子筛、活性炭、硅胶、活性氧化铝等PSA工艺较使用的气源为CO2含量在20-80%之间的各种工业气体变压吸附PSA

（PressureSwingAbsorp变压吸附法吸附床解吸床二氧化碳原料气二氧化碳产品其它气体加压吸附降压解吸吸附量压力CO2其它变压吸附法吸附床解吸床二氧化碳原料气二氧化碳产品其它气体吸附变温压吸附法(PTSA)脱水烟道气第一级PTSA第二级PSA回收CO2两级系统第一级常压吸附，加热降压解吸，比单纯PSA节能11%经过第二级PSA，CO2纯度可达99%，整体能耗降低50%变温压吸附法(PTSA)脱水烟道气第一级第二级回收CO2两级化学变温吸附法(CTSA)特殊化学吸附材料常压吸附，升温解吸适合高温烟道气（200~700℃）两级系统第一级常压吸附，加热降压解吸，比单纯PSA节能11%经过第二级PSA，CO2纯度可达99%，整体能耗降低50%化学变温吸附法(CTSA)特殊化学吸附材料常压吸附，升温解吸主要内容捕获的概念、分类吸收法吸附法膜分离法其他方法主要内容捕获的概念、分类膜分离法利用某些聚合材料如醋酸纤维、聚酰亚胺、聚砜等对不同气体的渗透率的不同来分离气体。驱动力是压差，当膜两边存在压差时，渗透率高的气体组分以很高的速率透过薄膜，形成渗透气流，渗透率低的组分则留在进气侧，从而达到分离的目的。膜分离法利用某些聚合材料如醋酸纤维、聚酰亚胺、聚砜等对不同气膜法分离CO2的原理气体分离膜法分离CO2的原理：依靠CO2气体与薄膜材料之间的化学或者物理作用，使得CO2快速溶解并穿过该薄膜，从而使该组分在膜原料侧浓度降低，而在膜的另一侧CO2达到富集膜法分离CO2的原理气体分离膜法分离CO2的原理：依靠CO2膜分离法混和气CO2其它中空纤维管膜分离法混和气CO2其它中空纤维管优点：无相变，能耗低，一次性投资较少，占地面积小，操作简单，维修保养容易，便于扩充气体处理容量仅适用于CO2浓度高的混合气膜分离法优点：无相变，能耗低，一次性投资较少，占地面积小，操作简单，膜材料有机膜：聚砜、聚酰亚胺、聚乙烯、聚酰胺 特点：分离系数高，但气体透过量低，使用温度低无机膜：氧化铝膜、沸石分子膜、碳分离膜 特点：耐热、耐酸、耐烃类腐蚀，气体渗透率比有机膜大，但分离系数小膜材料有机膜：聚砜、聚酰亚胺、聚乙烯、聚酰胺温故而知新CO2捕获的概念按原理分，CO2捕获方法的分类吸收法，分类吸附法，分类温故而知新CO2捕获的概念膜分离技术的研究制备高渗透性、高选择性的分离膜材料新的成膜技术，制备具有理想形态结构的膜材料探索能和CO2发生可逆反应而与其他气体不反应且渗透性很低的材料气体膜分离技术与其他分离过程结合膜分离技术的研究制备高渗透性、高选择性的分离膜材料技术工业应用工作压力大型化应用的关键问 题未来研发的方向吸收法化学法

(MEA)脱除天然气中的CO2，脱除烟气中的CO2分压3.5-17kPa再生的能耗；其他酸性气体的预处 理开发具有更高CO2容量和更低能耗需求；新的接触反应器物理法（冷甲醇）脱除天然气中的CO2，脱除烟气中的CO2分压

>525kPa再生的优化开发具有更高CO2容量和更低能耗需求；新的接触反应器吸附法变压吸附产氢工艺中CO分离，

2脱除天然气中的CO2，脱除烟气中的CO2高压吸附剂容量低，选择 性差，受到低温 的限制，产生的

CO纯度不高，

2

压力较低开发新的具有能在水蒸气存在的情况下吸附CO2的吸附剂；开发能产生更高纯度CO2的吸附/脱附方法变温吸附产氢工艺中CO2分离，脱除天然气中的CO2高压再生能耗高，工作周 期长（调温速度 慢）开发新的具有能在水蒸气存在的情况下吸附CO2的吸附剂；开发能产生更高纯度CO2的吸附/脱附方法膜无机膜（陶 瓷，钯）产氢工艺中CO2分离，脱除天然气中的CO2高压比聚合体膜单位体积 具有少得多的表 面积开发能够同时进行燃料重整和H2/CO2分离的膜反应器；聚合体产氢工艺中CO2分离，脱除天然气中的CO2高压CO2的选择性，膜降解问题新的合成方法主要CO2捕获工艺比较技术工业应用工作压力大型化应用的关键问未来研发的方向吸化学法主要内容捕获的概念、分类吸收法吸附法膜分离法其他方法主要内容捕获的概念、分类低温液化分离法根据气体组分不同的液化温度，将气体的温度降低到露点以下，使其液化，然后通过精馏方法分离各种组分CO2的临界点（31.1℃、7.38MPa），压力高于7.38MPa，温度低于31.1℃，CO2变为液态，从而达到分离目的对于CO2含量较高的混合气体比较经济合理CO2含量较低的混合气需经过多次压缩冷却后才能引起CO2相变低温液化分离法根据气体组分不同的液化温度，将气体的温度降低到低温液化分离法优点：回收率高，纯度高缺点：为提高分离效率，需要使用传统的制冷循环系统增加冷却效果，以促使CO2迅速液化，因此能耗高，经济性较差低温液化分离法优点：回收率高，纯度高催化燃烧法对于二氧化碳气田伴生气，含量在83～89％之间，其余11％左右是以甲烷为主的饱和烃，利用催化氧化法技术，加入纯氧在钯碳催化剂作用下，把烃类杂质烧掉。这种方法要加入过量纯氧来助燃，催化燃烧要在300℃以上操作，流程比较复杂，能耗较高，还有一些硫化物等不燃烧的杂质难以除尽。催化燃烧法对于二氧化碳气田伴生气，含量在83～89％之间，其催化燃烧法空气压缩液化精馏混合加热燃烧冷却二氧化碳原料气氧气二氧化碳产品能够把碳氢化合物氧化成CO2和H2O.

操作条件:>300ºC,充足的O2，净化度低。反应后需要进一步低温液化，耗能高。催化燃烧法空气压缩液化精馏混合加热燃烧冷却二氧化碳氧气二氧化低温蒸馏法石油开采时向油层注入CO2，可以提高原油采收率，同时也产生大量的油田伴生气，随着采油次数的增加，伴生气中CO2的含量可能增加到90%以上。为了降低采油成本，提高采油量，必须从伴生气中把CO2分离出来，再注入油井中。低温蒸馏法主要用于分离回收油田伴生气中的CO2，本法设备庞大、能耗较高，一般很少使用，只适用于油田开采现场，提高采油率。低温蒸馏法石油开采时向油层注入CO2，可以提高原油采收率，同167吸收法吸附法膜分离法催化燃烧法适合低浓度气体化肥厂变换气脱碳还没有大规模工业化实例脱出可燃杂质操作成本高开发新的回收技术常用CO2捕获技术汇总低温蒸馏法只适用于油田提高采油率吸附精馏法液膜法离子液体循环吸收法55吸收法吸附法膜分离法催化燃烧法适合低浓度气体化肥厂变换还CO2捕获面临的挑战吸收速度、吸收能力、设备腐蚀、预处理、溶剂再生（吸收／再生工艺

）以及能耗。高成本（投资和运行费用）是阻碍二氧化碳捕捉技术市场化的一大障碍。检测、综合评价CO2捕获面临的挑战吸收速度、吸收能力、设备腐蚀、预处理、溶捕获方法按捕获流程分类燃烧后捕获燃烧前捕获富氧燃烧捕获方法按捕获流程分类燃烧后系统燃烧后系统，从一次燃料在空气中燃烧所产生的烟道气体中分离CO2通常使用液态溶剂从主要成分为氮的烟气中捕获少量的CO2成分（一般占体积的3-15%）。对于现代粉煤（PC）电厂或天然气复合循环（NGCC）电厂，目前的燃烧后捕获系统通常采用有机溶剂，如单乙醇胺（MEA）、MDEA。存在的主要问题是装置的能耗较高，且吸收剂的氧化降解较严重燃烧后系统燃烧后系统，从一次燃料在空气中燃烧所产生的烟道气体Post-CombustionCO2CaptureEmissionControlSO2,NOx,Hg,ParticulateSTEAMWATERCoal*50%C20%H2O12%O25%Ash3%H2(S,Hg)CO2CaptureAir78%N221%O2PurifiedCO2toStorageRegenerationFlueGas12%CO2

74%N26%H2O4%O2

1.0tonCoal~2.5tonsCO2Post-CombustionCO2CaptureEmi燃烧后捕获

中国华能集团 在华能北京热 电厂建设10万t/aCO2捕集示范装置该项目被列入中澳联合声明“中澳洁净煤工作组”的第一个项目吸收塔再生塔再沸器预处理器烟气燃烧后捕获10万t/aCO2该项目被列入吸收塔再生塔再沸器工艺流程工艺流程吸收塔再生塔胺回收加 热器洗涤液 储槽溶液储槽再生气分离器贫液冷 却器填料吸收塔再生塔胺回收加洗涤液溶液再生气贫液冷填料燃烧前系统燃烧前系统在一个有蒸汽和空气或氧的反应器中处理一次燃料，产生主要成分为一氧化碳和氢的混合气体。在第二个反应器内通过一氧化碳与蒸汽的反应生成其余的氢和CO2。可从最后产生的由氢和CO2组成的混合气体分离出一个CO2气流和一个氢流。燃料转化步骤较为复杂，与燃烧后系统相比成本较高，但反应器产生的高浓度CO2（在烘干条件下一般占体积的15—60%），在这些应用中采用的高压则更有利于CO2的分离。燃烧前系统可以在采用整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）技术的电厂中使用。燃烧前系统燃烧前系统在一个有蒸汽和空气或氧的反应器中处理一次CO2capture★IGCC

(pre-combustioncapture)CO2capture★IGCC(pre-combus燃烧前CO2脱除系统（Pre-combustion）燃烧前CO2脱除系统（Pre-combustion）现有的近零排放电站美国－未来电力FutureGen中国－绿色煤电GreenGen欧盟－氢能发电HypoGen日本－EAGLE计划,C3BP(美国，澳大利亚，英国)面向未来，世界主要国家相继开始了近零排放电站的研发和示范现有的近零排放电站美国－未来电力FutureGenBP(美富氧燃烧系统富氧燃烧系统用氧代替空气作为助燃剂进行燃烧，产生以水汽和CO2为主的烟道气体。产生的烟道气体具有很高的CO2浓度（占体积的80%以上），然后通过对气流进行冷却和压缩清除水汽。富氧燃烧需要对空气中的氧进行上游分离，目前多数设计中假定氧的纯度为95-99%。富氧燃烧作为在锅炉中捕获CO2的一种方法，目前还处于示范阶段富氧燃烧系统富氧燃烧系统用氧代替空气作为助燃剂进行燃烧，产生富氧燃烧示意图发展趋势：1.高压系统，大幅缩小系统体积，更有利于CO2的液化和其它污染物的脱除；2.所有污染物直接进行地质封存ASUCO2N2O2富氧燃烧示意图发展趋势：1.高压系统，大幅缩小系统体积，更有5.1富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术背景富氧燃烧技术的提出-----O2/CO2烟气再循环技术

以燃煤电站捕集CO2为目标-20世纪80年代较高纯度氧气代替燃烧空气

部分烟气再循环

CO2浓度达90%以上，烟气可直接冷却压缩CO2集中排放源：火力发电锅炉常规空气燃烧锅炉CO2浓度为15%左右烟气中CO2浓度低，分离成本高5.1富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术背景富氧燃烧技4.1CO2膜分离原理富氧燃烧技术基本原理O2/CO2燃烧方式原理示意图5.1富氧燃烧技术基本原理与类型分离再循环4.1CO2膜分离原理富氧燃烧技术基本原理O2/CO2燃烧富氧燃烧技术特点5.1富氧燃烧技术基本原理与类型特点加快燃烧速度降低燃点温度提高火焰温度增加热量利用率减少排气量富氧燃烧技术特点5.1富氧燃烧技术基本原理与类型特点加快燃4.1CO2膜分离原理5.1富氧燃烧技术基本原理与类型4.1CO2膜分离原理5.1富氧燃烧技术基本原理与类型5.1富氧燃烧技术基本原理与类型5.1富氧燃烧技术基本原理与类型5.1富氧燃烧技术基本原理与类型5.1富氧燃烧技术基本原理与类型5.1富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术主要类型—按燃烧装置分（1）煤粉锅炉富氧燃烧技术

氧气纯度90%以上，再循环烟气比例70%左右，烟气中CO2含量90%以上

实施最早，技术最成熟。（2）循环流化床锅炉富氧燃烧技术

氧气纯度95%以上，烟气中CO2含量90%以上，利于脱硫。（3）增压富氧流化床燃烧锅炉技术

烟气压力6-7MPa，氧气纯度95%以上，烟气中CO2含量90%以上,易液化（4）氧气与空气混燃的富氧燃烧技术（微富氧燃烧）

氧气含量40%左右，无烟气再循环，烟气中CO2含量40%左右，降低纯氧燃烧成本，5.1富氧燃烧技术基本原理与类型富氧燃烧技术主要类型—按燃富氧燃烧技术主要类型—按实施对象分（1）对现役锅炉改造5.1富氧燃烧技术基本原理与类型（2）新设计锅炉设备按空气燃烧设计运行的锅炉进行富氧燃烧技术改造，