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碳捕集的十大应用场景与成本介绍!
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碳捕集的十大应用场景与成本介绍!

时间: 2024-07-19 15:24:25 |   作者: 球磨机设备

球磨机设备

  根据生态环境部信息数据显示,目前我国每年排放约100亿吨二氧化碳,但碳捕集能力仅为每年300万吨左右,应用规模不到万分之一。对于以煤炭为主要能源结构的中国而言,为达到控制温室气体的目标,增加碳捕集技术的应用十分重要。

  我汇总了碳捕集的十大应用场景,包括钢铁、工业、航运、煤电、能源、汽车、石化、水泥、油田、制氢。每个应用场景对应一份深度研究,你们可以下载全文阅读

  高炉炼铁是现代炼铁的主要方法,其产量占世界生铁总产量的95%以上。高炉煤气(BFG)是高炉炼铁过程产生的副产品,产量巨大。BFG的主要成分为20%~28%的CO、17%~25%的CO2、50%~55%的N2和1% ~ 5%的H2。适用于钢铁BFG碳捕集的技术,根据气体分离方法不一样,可分为化学吸收法、物理吸附法和膜分离法。

  总体上,化学吸收法捕集率易获得高捕集率和高纯度的CO2产品气,但涉及工艺复杂;膜法难以同时 达到高捕集率和高纯度,但具有工艺简单等优点;吸附法处理大气量时具有设备占地面积大等缺点。对于不同捕集情景下具体工艺的选择,还需要仔细考虑技术、经济和环保等多种因素的影响。

  碳捕集工艺在BFG中具有不一样的适用性和经济性,对于BFG热值 的影响主要反映在获得CO2产品的纯度和CO2 捕集率的差异。在相同BFG原料气量条件下,这些差异决定了不同的碳捕集量和处理后不同的热值提升幅度; 在相同碳捕集量的条件下,这些差异决定了原料BFG的需求量和处理后热值提升的幅度; 在BFG和焦炉煤气(COG)等高热值气体混合后捕集的条件下,这些差 异决定了BFG和COG等混合的比例。

  目前全球碳捕集与封存技术的公开数量已达3000 项以 上,石油化学工业行业是碳捕集与封存技术的主要应用领域,排放、成本、效率和能耗是该技术创新的主要着力点。

  从国际发展布局看,中美两国是碳捕集与封存技术创新和应用大国,其技术发展兴起于装备领域,发展脉络历经生物技术、燃料与燃烧工艺技术、回收再利用技术、量化控制技术,慢慢地发展到目前最为热门的碳足迹、碳捕集与封存技术。

  碳捕集与封存技术经历了导入期、成长期、成熟 期和稳定期,未来随着全球低碳政策的大量出台,以及碳税、碳交易制度的逐步成熟,碳捕集与封存 技术可能会迎来其第二轮的迅速增加。碳捕集与封存技术的研究可为工业用能结构优化和绿色低 碳转型提供一定的借鉴。

  未来航运业可能应 用 CCUS技术实现减排的两种设想。一是建设集海上二氧化碳转移、 绿色能源生产及船舶燃料供应加注于一体的综合产业集群。简炎钧提出了“深远海绿色能源基地”概念, 主要出于两方面的考虑。

  首先是为 了解决国际航运业未来的绿色低碳燃料供给问题。可供加装 CCUS系统的船舶卸载、转移捕集到的二氧化碳。要想真正的完成这个概念,还有一些技术和产业上的问题是需要注意,包括深远海风电技术、低成本海上风电制氢技术、大规模二氧化碳催化 制甲醇技术等。

  二是航运公司通过在陆上投资建立CCUS设施进行碳抵消。这一设想的可能性是基于航运业碳排放 市场引入碳信用、碳抵消机制。假设航运公司投资建设陆上CCUS系统, 可以通过从陆上燃油生产端或别的方面捕集、封存二氧化碳来抵消 舶的碳排放,形成跨行业的碳转移, 进而达到碳中和。

  燃煤电厂碳捕集技术能分为燃烧前碳捕集、富氧燃烧及燃烧后碳捕集等,对采用不一样碳捕集技术的电厂大型CCUS项目数量进行统计分析,可知采用燃烧后捕集技术的项目最多,达到18项。

  燃烧后捕集技术,是指从燃烧设备(锅炉、燃气机等)化石燃料燃烧的烟气中采用化学或物理方法对CO2进 行选择性富集。该技术相对成熟和简单,不需要大面积改造电厂,在实际应用中只需对原有电厂小幅改造即可满足脱碳要求,因此,燃烧后CO2捕集技术将是未来应用场景范围最广泛的碳捕集技术。

  燃烧后捕集技术一般有化学吸收法、物理吸收法、 吸附分离法、膜分离法、膜吸收法等,目前多侧重于化学吸收法、膜分离法以及低温液化分离法。而国际上相对较成熟、应用最广泛的工艺技术是化学溶剂吸收/再生法回收CO2,已经在化学、石化领域应用多年,适应能力强,应用前景巨大。

  CCUS 与氢能技术耦合:由于炼化和氯碱等行业常产生大量多 余氢气,未来技术成熟后,有望与CO2发生化学反应,低成本制取甲醇或多元醇。通过CCUS技术捕 集在制氢过程中排放的CO2,一方面能够采用捕集或资源化利用的方式,另一方面可与制得的H2 通过化学合成等技术获得具有高的附加价值的有机化学品,由此产生收益。

  CCUS 与风光互补技术耦合:风能属于可再生清洁能源,技术相对成熟且成本不断下降。虽然稳定性差,但若将其与无需连续供电的CCUS技术耦合,整一个流程碳排放较小,可以加快CCUS产业链的发展,促进规模化减排的分布部署。同样, 太阳能作为一种新兴的可再次生产的能源,与CCUS技 术耦合利用,产生的热能可直接用于CO2化学法捕集工艺的能量供应,产生的电能可为CCUS工 艺提供能源动力,捕集的CO2可通过加氢等化学 转化形成醇类有机燃料。

  CCUS 与生物质能技术耦合:生物质发电+CCUS 是实现中长期全经济范围 “净零碳排放”潜在的关键技术,有必要为推进中长期温室气体的净零排放提供技术储备。

  早在2010年,沙特阿美石油公司研究发展 部就开始发展汽车碳捕集技术。在短短18个月的时间里,沙特阿美就设计 出全球第一款碳捕集汽车模型。

  这一技术是在不改变汽车引擎设计的基础 上,实现对汽车尾气中CO2的分离和存储。在2012年的一次测试中显示, 这款汽车能够将汽车排放的10%CO2 捕集起来。经历了几年的技术改进升级后,新一代技术能将CO2的捕集比例从10%提高到25%。

  据悉,全球有25%的CO2排放来自于交通领域,如果汽车碳捕集技术继续突破,未来必将为石油带来一场革命,而这将是一场利好的革命。沙特阿美公司石油日产量达到1000万桶左右,目前约占世界石油日产量的10%。按照目前的石油 开采速度保守估计,沙特的石油至少还能开采70年。在新能源技术不断发 展的今天,像沙特阿美这样的石油公司显然不会坐以待毙,也在积极发展石油科技,为石业的长远发展谋划布局。

  CCUS技术涉及到CO2的捕集、运输及封存利用, 就整条产业链而言,成本高是制约其发展的主要的因素, 这是由于烟道气中的主要成分为氮气,而CO2的含量相比来说较低,因此导致分离能耗大,捕集成本高。

  而对于石油石化行业,为满足石油开发的需求,提高石油采 收率,通常将CO2注入油气层进行驱油,气源多数来自燃煤电厂烟道气中的 CO2,捕集到的CO2又要通过 管道运输到相应油井处,成本较高。

  适用于水泥厂的新型外燃式高温煅烧回转窑脱碳工艺:该工艺流程如图3所示,原理是根据捕集CO2 量的要求,将原本送入预热器下料管的生料,分出 一定量送入外燃式高温煅烧回转窑中分解。

  由于采用外燃式技术,生料在回转窑内被窑外燃料燃烧加热,窑内分解出的CO2浓度很高,同时由于燃料与物料不非间接接触,分解出来的氧化钙活性较高, 可以直接吸收原料中分解出来的 SOx。

  分解出来 的气体只含少量的SOx、NOx、粉尘,先经过换热器 将高温分解气体冷却降温后送入除尘器除尘,再送 入脱硫床、干燥床、精密吸附床进一步脱硫、干燥、 除尘并除去氮氧化物等杂质,然后送入食品级精馏塔精馏提纯,最后送入储存罐。燃料燃烧烟气废热 和高温CO2冷却余热可用余热锅炉回收发电,也可拿来预热燃料燃烧所需要的空气。


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