二氧化碳的捕集和储存(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)Sulzer Pumps 作者:Markus Duss

  碳的捕集和储存技术仍处于早期阶段,大规模的应用预计在几年之后。苏尔寿泵业(Sulzer Pumps)的Sabine Sulzer和苏尔寿化工技术(Sulzer Chemtech)的Markus Duss讨论了他们在碳捕集设备的设计和制造方面的经验。

  燃料燃烧就会向大气中释放二氧化碳(CO2),而CO2的聚集会导致全球变暖和海水的酸化。碳的捕集和储存(CCS)技术可以在源头捕集CO2并将其封储在存储设备中,从而减少温室效应。苏尔寿业和苏尔寿化工技术是领先的泵类和传质设备制造商,这些设备广泛用于CCS链的所有阶段,可以成功减少CO2的排放及其对环境的负面影响。

图1. 所有旁路工程最重要的一点就是预测流量和出口的正确尺寸

  2005年全世界化石燃料燃烧所产生的CO2大约为270亿吨。电力生产中所排放的CO2所占比例最大。大约60%的排放来自于大型的固定排放源(10万吨CO2/年),使用天然气或煤作为燃料的火电厂大约占其中的30%。全球大约有2000座年排放量超过100万吨CO2的电站,它们是CO2捕集的最重要的潜在目标。

几乎60%的CO2来自于燃烧化石燃料的固定排放源。预计至少到本世纪中叶,化石燃料仍然是主要的能量来源

图2. 几乎60%的CO2来自于燃烧化石燃料的固定排放源。预计至少到本世纪中叶,化石燃料仍然是主要的能量来源

碳捕集

  CO2是一种不稳定的气体,要从惰性气体(主要是氮气)中捕集CO2是非常困难的,成本相当高,还需要额外的能量。由于传统的火电站是在大气压力下燃烧天然气或煤炭,在清洁的惰性气体排放到大气以前,CO2必须在非常困难的条件下分离出来。这样做的目的是得到浓缩的易于传输的高压CO2气流。实现这一目的主要有三种方法:

   预燃烧 :CO2在燃烧之前分离出来。这一过程比较复杂但潜力巨大。

   后燃烧:CO2从燃烧后的废气中分离出来。这种方法将电站的能量输出减少了20%以上,但是CCS技术的开发重点目前集中在这一领域。因为这种方法已经在用,而且现有的电站可以进行更新。

   全氧燃烧工艺:用氧气替代燃烧过程中的空气,因此废气中主要含有CO2和水。CO2可以通过冷凝分离出来。

  现有电站可以根据全氧燃烧工艺的要求进行翻新,这一工艺颇具前景,目前一些示范电站已在建设之中。

碳捕集难题的解决方案

  传统火电站的废气率非常高,例如一座400 MW的天然气发电设备废气率超过200万立方米/小时。要处理如此之高流量的废气,吸收塔直径大约需要18米或18米×25米的矩形结构(塔柱形状由工艺许可方决定)。苏尔寿化工技术在类似尺寸塔柱的设计和相关设备的制造方面经验丰富。

  另外,CO2的捕集需要大量的溶剂(主要是胺)作为吸收剂(一座400 MW的电站需要2000 m3/h)。高浓缩的溶剂输送到再生塔后释放出CO2,然后稀释的溶剂被输送回吸收塔中。如何使液体分布器在塔柱交叉部位均匀喷洒是一大难题。

  苏尔寿的液体分布器测试装置可以解决这些难题。在将分布器安装到塔柱内之前,利用这一测试装置用水进行测试。苏尔寿的各种单级标准泵型可在后燃烧捕集过程中进行液体的循环。苏尔寿泵业在CO2高压清洗中胺的泵送领域拥有丰富的经验。预燃烧CO2的捕集在高压下进行,苏尔寿泵业可以提供几种不同的高能效多级泵进行溶剂的循环。

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