Podnebie Zeme prechádza významnou zmenou charakterizovanou globálnym otepľovaním, čo bude mať dôležitý vplyv na globálny ekosystém a sociálny a hospodársky rozvoj. Štúdie ukázali, že je to hlavne v dôsledku otepľovacieho účinku skleníkových plynov, ako je CO2 emitovaný ľuďmi pomocou fosílnych palív. V posledných desaťročiach sa emisie CO2 zvyšujú s hospodárskym rozvojom. V roku 2006 dosiahli svetové emisie CO2 28 miliárd ton, z ktorých Čína predstavovala 20,2%. Fosílne palivá, ako je uhlie, ropa a zemný plyn, sú hlavnými zdrojmi emisií CO2 a uhlie vydávajú najviac CO2. Uhlie je relatívne „špinavý“ zdroj energie. Uhlie s rovnakou výhrevnou hodnotou emituje oveľa viac CO2 ako ropný a zemný plyn a je najdôležitejším zdrojom emisií CO2. V roku 2006 predstavovalo uhlie iba 26% svetovej primárnej spotreby energie, ale jej emisie CO2 predstavovali 41,7%. Tento problém je v mojej krajine obzvlášť výrazný: v roku 2007 bola spotreba uhlia mojej krajiny 2,59 miliardy ton, čo predstavuje 69,5% primárnej spotreby energie mojej krajiny a viac ako 80% emisií CO2 mojej krajiny. Z toho bolo na výrobu energie použitých 1,31 miliardy ton. V roku 2008 tvorila výroba tepelnej energie 80% celkovej výroby energie mojej krajiny, z ktorých väčšina pochádza z uhlia spaľovaných elektrární. Vďaka svojej nízkej cene, hojným rezervám a ľahkému prístupu zostane uhlie hlavným zdrojom energie v mojej krajine po dlhú dobu.
V súčasnosti existujú hlavne nasledujúce spôsoby kontroly emisií CO2: zlepšenie energetickej účinnosti, využívanie obnoviteľnej energie, ako je veterná energia, slnečná energia, energia biomasy a jadrová energia a využívajte technológiu CO2 Capture Technology na spaľovanie fosílnych palív.
V dohľadnej budúcnosti budú fosílne palivá naďalej naším hlavným zdrojom energie, ktorý vyžaduje, aby sme prijali technológiu CO2 Capture and Storage Technology (CCS) na zníženie emisií CO2. Tepelné elektrárne sú najdôležitejším zdrojom emisií CO2 a ich emisie CO2 presahujú 40% z celkového počtu. Kvôli ich centralizovaným emisiám a ľahkej kontrole sa stali hlavnými aplikačnými objektmi technológie zachytávania a ukladania CO2.
Zachytenie a skladovanie CO2 sa vzťahuje na zbierku CO2 emitovaného elektrárňami a potom ich prepravou na miesto skladovania CO2 prostredníctvom potrubia. Tento článok sa zameriava hlavne na technológiu CO2 Capture Technology. V súčasnosti existujú tri hlavné typy technológií CO2 Capture:
Technológia zachytenia po príprave
Technológia spaľovania obohatenej pre kyslík
Technológia zachytenia predbežnej prípravy
Kľúčové slová: CO2 Capture; tepelná elektráreň; Spaľovanie obohatené o kyslík; zachytenie spaliny; predbežné zachytenie
Technológia zachytenia po príprave
Technológia zachytenia po príprave sa používa na zachytenie uhlíka v spalinovom plyne po spaľovaní. Používa monoetanolamín (MEA) alebo iné roztoky na priame absorbovanie CO v spalinovom plyne na zachytenie. Roztok MEA je organické chemické rozpúšťadlo, ktoré sa používa na odstránenie kyslých nečistôt plynu v zemnom plyne, ako je CO2, H2S atď. Viac ako 60 rokov. Jeho absorpcia CO2 patrí k chemickej adsorpcii, ktorá môže uvoľňovať CO2 pri zahrievaní. Použitie tejto metódy na zachytenie CO2 v spalinovom plyne môže odstrániť 75%~ 90%CO2 v plynnom plyne a získať CO2 s čistotou 99%.
Na zachytenie CO2 v spalinovom plyne je potrebné do zariadenia pridať absorpčnú vežu a regeneračnú vežu, aby sa absorbovala a uvoľnila CO2. Okrem toho musí byť parný systém modifikovaný na extrahovanie pary na zahrievanie roztoku a uvoľnenie CO2. V dôsledku tlaku s nízkym plynom (zvyčajne blízko atmosférického tlaku), nízkej koncentrácie CO2 (10%~ 15%) a obrovským prietokom plynu je systém zachytávania veľký a spotrebuje veľa energie. Hlavná energetická strata technológie zachytenia po príprave spočíva v regenerácii riešenia MEA. Odhaduje sa, že v prípade novovytvorených jednotiek s CO2 zachytením klesne účinnosť približne o 20% ~ 30% v porovnaní s jednotkami s rovnakými parametrami a energia spotrebovaná regeneráciou riešenia MEA predstavuje viac ako polovicu celkovej spotrebovanej energie. Energia potrebná na regeneráciu zvyčajne pochádza z nízkotlakovej pary extrakcie turbíny. Alstom študoval modifikáciu jednotky CO2 v Spojených štátoch, čo ukazuje, že na regeneráciu roztoku ME sa použije 79% pary po strednodobom valci. Pretože extrakcia pary bráni jednotke v prevádzke za optimálnych podmienok, účinnosť bude naďalej klesať.
Okrem toho kyslé plyny, ako sú SO2 a NO2 v spalinovom plyne, budú reagovať s roztokom MEA, aby sa vytvorili tepelne stabilné soli, čo viedlo k strate roztoku MEA. Preto je potrebné obsah kyslých plynov v spalinovom plyne regulovať približne 10x10 “X, pretože nieXV spalovom plyne je hlavne NIE a NO2 predstavuje iba približne 5%, obyčajný systém SCR môže splniť potreby.
Technológia spaľovania obohatenej pre kyslík
Technológia spaľovania obohateného kyslíka využíva technológiu výroby kyslíka na prenos čistého kyslíka a časť recyklovaného spalinového plynu do kotla na spaľovanie, takže koncentrácia CO2 v plynnom plyne dosiahne viac ako 95%, čo sa môže priamo stlačiť a čistiť.
Zariadenie na zachytenie CO2 pomocou technológie spaľovania obohatenej kyslíkom zahŕňa hlavne zariadenia na separáciu vzduchu, zariadenia na recirkuláciu spalín a zariadenia na kompresiu a čistenie CO2. Hlavná energetická strata technológie spaľovania obohatenej kyslíkom spočíva v separácii vzduchu na výrobu kyslíka. V súčasnosti bežne používaná technológia chladenia a separácie vzduchu spotrebuje veľa energie a požadovaná elektrina predstavuje asi 18% z celkovej výroby energie. Súčasne, v dôsledku zníženia prietoku spalín a zníženiu tepelných strát výfukových plynov sa účinnosť kotla môže zvýšiť približne o 3%. Celkovo účinnosť celej elektrárne klesne o 20%~ 30%. V súčasnosti sa študujú nové technológie výroby kyslíka s nízkymi nákladmi, ako je technológia kyslíka a iónovej transportnej membrány (OTM). Akonáhle sa vytvorí prielom, náklady na technológiu spaľovania obohateného kyslíka sa dajú výrazne znížiť.
V dôsledku kontinuálneho cirkulácie spalín je koncentrácia SO2 v spalinovom plyne 2 ~ 3 -násobok spaľovania vzduchu. Ak je obsah síry v uhlí vysoký, spalový plyn by sa mal extrahovať po spustenom systéme, aby sa zabránilo korózii zariadenia. Ak nie je vysoký, je možné zrušiť desulfurizačné zariadenie. NieXEmisie sa výrazne znížia pod predpokladom prijatia technológie spaľovania nízkej NOx. Na jednej strane je to preto, že v spalinovom plyne nie je nedostatok N2 a žiadny tepelný nieXje generovaný. Na druhej strane, NOX sa môže počas obehu ďalej znížiť. Potom, čo je CO2 stlačený a skvapalnený, nekondenzovateľný plyn, vrátane prebytočného kyslíka, ktorý uniká do vzduchu kotla, SO2, nieXatď., Bude sa oddeliť; Znečisťujúce látky sa môžu liečiť podľa miestnych požiadaviek na ochranu životného prostredia.
Technológia zachytenia predbežnej prípravy sa používa hlavne v spojení s technológiou IGCC. IGCC (integrovaný kombinovaný cyklus splyňovania) je pokročilá technológia, ktorá kombinuje technológiu splyňovania uhlia s kombinovaným cyklom. Systém IGCC musí pridať posunový reaktor, oddelenie CO2 a kompresné čistenie kompresie na zachytenie CO2. Uhlie sa premieňa na syntézu plyn, najmä z Co a H2, pri vysokom teplote, vysokom tlaku a prostredí bohatých na kyslík v splyňovacom zariadení: v posunovom reaktore, CO a vodnej pary v syntéznom plyne generujú CO a vodík pri pôsobení katalyzátora. Pretože tlak plynu je v tomto okamihu vysoký, koncentrácia CO je tiež vysoká a na absorbovanie CO sa môže použiť metóda polyetylénglykolu dimetyléter (selexol). Táto metóda je metódou fyzikálnej absorpcie. Znížením tlaku roztoku sa môže uvoľniť CO2 a roztok sa môže regenerovať. Jeho spotreba energie je oveľa menšia ako spotreba MEA metódy. Súčasne sa zníži aj v dôsledku vysokého tlaku plynu, spotreba energie následného procesu kompresie CO2. Niektorí vedci analyzovali systém IGCC 500 MW a veria, že po inštalácii systému snímania CO2 sa účinnosť IGCC zníži z 38,4% (HHV) na 31,2% (HHV). Medzi nimi má konverzný reaktor a kompresia CO2 najväčší vplyv, čo znižuje účinnosť o 4,2% a 2,1%. Náklady na odstránenie CO2 touto metódou sú asi 20 $/t.
technické vyhliadky
Technológia zachytenia po príprave je najrečivejšia technológia a bola uvedená do používania. Zariadenie CO2 CO2 spaľujú elektráreň v mojej krajine - Termálna elektráreň Huaneng Peking 3000 ~ 5000 T/rok CO2 Capture Demonštračné zariadenie používa túto technológiu. Technológia spaľovania obohateného kyslíka je v súčasnosti výskumným hotspotom, ale táto technológia nie je príliš zrelá a väčšinou zostáva v laboratórnej a pilotnej fáze. Najväčší projekt spaľovania obohateného na kyslík je projekt Vattenfall 30 MW postavený v Nemecku v septembri 2008, ktorý využíva technológiu Alstom. Okrem toho budú Black Hills spolu s B&W, Air Liquide a ďalšími spoločnosťami postaviť vo Wyomingu v USA 100 MW kyslíkovú spaľovanú elektráreň. Projekt je naplánovaný na dokončenie v roku 2015. Na transformáciu existujúcich elektrární sa môžu použiť technológia zachytenia po príprave a technológia spaľovania obohateného kyslíka. Náklady na technológiu spaľovania obohateného kyslíka sú relatívne nízke, ale ak je zachytená iba časť CO2, je vhodnejšia technológia zachytenia po príprave. IGCC je najčistejšia technológia spaľovaná uhlím na svete, ale jej vysoké náklady a nezrelé technológie obmedzujú jej aplikáciu. Po inštalácii zachytenia CO2 je však jeho zvýšenie nákladov najmenej a náklady na odstránenie CO2 sú tiež najnižšie. S vývojom technológie sa IGCC v budúcnosti široko používa. Nevýhodou je, že táto technológia sa dá použiť iba pre nové elektrárne a nemôže sa použiť na technickú transformáciu existujúcich elektrární.
Bez ohľadu na to, ktorá technológia sa používa, existujú určité požiadavky na stránku. Preto musí novo navrhnutá elektráreň zvážiť zachytenie CO2, premýšľať o tom, ktorá technológia sa má použiť vopred, rezervný priestor pre vybavenie na odstraňovanie CO2 a nájsť vhodné miesto na ukladanie v okolí.
Propagácia technológie CO2 Capture Technology
Aj keď technológia CO2 Capture sa stala výskumným hotspotom, ešte nebola propagovaná na celom svete. Je to hlavne kvôli nasledujúcim faktorom:
(1) Ekonomické úvahy: Po zachytení CO2 sa účinnosť celej elektrárne zníži o 20%~ 30%a náklady na výrobu energie sa výrazne zvýšia. Spoločnosti, ktoré už dosiahli zisky, nemajú motiváciu zachytiť CO2.
(2) Vplyv národných politík: CO2 zachytenie musí byť poháňané národnými politikami. Vláda môže zvážiť prijatie formulárov, ako je uloženie dane z emisií CO2 na podporu uplatňovania technológie zachytávania a skladovania CO2.
(3) Vplyv vnútroštátnych politík: CO2 zachytenie musí byť poháňané národnými politikami. Vláda môže zvážiť prijatie formulárov, ako je uloženie dane z emisií CO2 na podporu uplatňovania technológie zachytávania a skladovania CO2.
(4) Verejné povedomie: Po prijatí technológie CO2 Capture Technology sa ceny elektrickej energie nevyhnutne prudko zvýšia. Či už ide o zvyšovanie cien elektrickej energie alebo vyberanie uhlíkových daní, musí ju verejnosť uznať a podporovať.
Budovanie demonštračných elektrární je účinným opatrením na podporu podpory technológie CO2 Capture Technology. EÚ plánovala do roku 2012 vybudovať 12 rozsiahlych demonštračných elektrární CO2 CO2, aby sa v roku 2020 pripravila na rozsiahlu propagáciu po celom svete.
Záver
Zavádzajú sa tri typy technológií CO2 Capture Technologies pre elektrárne spaľované uhlie, porovnávajú sa výhody, nevýhody a náklady na rôzne technológie a analyzuje sa propagácia technológie CO2 Capture Technology. Nadmerné náklady sú stále hlavným faktorom obmedzujúcim vývoj technológie CO2 Capture Technology. Mali by sa robiť komplexné úvahy a integrované systémy by mali byť primerane navrhnuté na zníženie nákladov. Napríklad generovaný CO2 sa môže použiť na zvýšenie rýchlosti obnovenia ropy ropných polí. V technológii obohatenej pre kyslík sa môže na zníženie nákladov na výrobu kyslíka použiť studená energia dovážaného skvapalneného zemného plynu.
