El clima de la Tierra está experimentando un cambio significativo caracterizado por el calentamiento global, que tendrá un impacto importante en el ecosistema global y el desarrollo social y económico. Los estudios han demostrado que esto se debe principalmente al efecto de calentamiento de los gases de efecto invernadero como el CO2 emitido por humanos que utilizan combustibles fósiles. En las últimas décadas, las emisiones de CO2 han aumentado con el desarrollo económico. En 2006, las emisiones de CO2 del mundo alcanzaron los 28 mil millones de toneladas, de las cuales China representó el 20.2%. Los combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas natural son las principales fuentes de emisiones de CO2, y el carbón emite la mayor cantidad de CO2. El carbón es una fuente de energía relativamente "sucia". El carbón con el mismo valor calorífico emite mucho más CO2 que el petróleo y el gas natural, y es la fuente más importante de emisiones de CO2. En 2006, el carbón representó solo el 26% del consumo de energía primario del mundo, pero sus emisiones de CO2 representaron el 41.7%. Este problema es particularmente prominente en mi país: en 2007, el consumo de carbón de mi país fue de 2.59 mil millones de toneladas, lo que representa el 69.5% del consumo de energía principal de mi país y más del 80% de las emisiones de CO2 de mi país. De esto, se usaron 1.31 mil millones de toneladas para la generación de energía. En 2008, la generación de energía térmica representó el 80% de la generación de energía total de mi país, la mayoría de los cuales provienen de centrales eléctricas a carbón. Debido a su bajo precio, abundantes reservas y fácil acceso, el carbón seguirá siendo la principal fuente de energía de mi país durante mucho tiempo.
Actualmente, existen principalmente las siguientes formas de controlar las emisiones de CO2: mejorar la eficiencia energética, usar energía renovable, como energía eólica, energía solar, energía de biomasa y energía nuclear, y usar tecnología de captura de CO2 para quemar combustibles fósiles.
En el futuro previsible, los combustibles fósiles continuarán siendo nuestra principal fuente de energía, lo que requiere que adoptemos la tecnología de captura y almacenamiento de CO2 (CCS) para reducir las emisiones de CO2. Las plantas de energía térmica son la fuente más importante de emisiones de CO2, y sus emisiones de CO2 exceden el 40% del total. Debido a sus emisiones centralizadas y su fácil control, se han convertido en los principales objetos de aplicación de la tecnología de captura y almacenamiento de CO2.
La captura y el almacenamiento de CO2 se refieren a la recolección de CO2 emitida por las centrales eléctricas y luego transportándolo a una ubicación de almacenamiento de CO2 a través de una tubería. Este artículo se centra principalmente en la tecnología de captura de CO2. Actualmente hay tres tipos principales de tecnologías de captura de CO2:
Tecnología de captura posterior a la combustión
Tecnología de combustión enriquecida con oxígeno
Tecnología de captura previa a la combustión
Palabras clave: captura de CO2; planta de energía térmica; combustión enriquecida con oxígeno; captura de gas de combustión; Captura previa a la combustión
Tecnología de captura posterior a la combustión
La tecnología de captura posterior a la combustión se utiliza para capturar el carbono en el gas de combustión después de la combustión. Utiliza monoetanolamina (MEA) u otras soluciones para absorber directamente CO en gases de combustión para la captura. La solución MEA es un disolvente químico orgánico que se ha utilizado para eliminar las impurezas de gases ácidos en el gas natural, como CO2, H2S, etc., más de 60 años. Su absorción de CO2 pertenece a la adsorción química, que puede liberar CO2 bajo calentamiento. El uso de este método para capturar CO2 en gas de combustión puede eliminar el 75%~ 90%de CO2 en gas de combustión y obtener CO2 con una pureza del 99%.
Para capturar CO2 en gas de combustión, se debe agregar una torre de absorción y una torre de regeneración al equipo para absorber y liberar CO2. Además, el sistema de vapor debe modificarse para extraer vapor para calentar la solución y liberar CO2. Debido a la baja presión del gas de combustión (generalmente cerca de la presión atmosférica), la baja concentración de CO2 (10%~ 15%) y un enorme flujo de gas, el sistema de captura es grande y consume mucha energía. La principal pérdida de energía de la tecnología de captura posterior a la combustión radica en la regeneración de la solución MEA. Se estima que para las unidades recién construidas con captura de CO2, la eficiencia disminuirá en aproximadamente un 20% ~ 30% en comparación con las unidades con los mismos parámetros, y la energía consumida por la regeneración de la solución MEA representa más de la mitad de la energía total consumida. La energía requerida para la regeneración generalmente proviene de la extracción de vapor de baja presión de la turbina. Alstom ha estudiado la modificación de captura de CO2 de una unidad en los Estados Unidos, lo que demuestra que el 79% del vapor después del cilindro de presión media se usa para la regeneración de la solución MEA. Debido a que la extracción de vapor evita que la unidad funcione en condiciones óptimas, la eficiencia continuará disminuyendo.
Además, los gases ácidos como SO2 y NO2 en gases de combustión reaccionarán con la solución MEA para generar sales estables con calor, lo que dará como resultado la pérdida de la solución MEA. Por lo tanto, el contenido de gases ácidos en gases de combustión debe controlarse a aproximadamente 10x10 ". Esto requiere la modificación del sistema de desulfurización para mejorar la eficiencia de la desulfurización. En cuanto al NO.X, ya que noXEn el gas de combustión es principalmente no, y el NO2 solo representa alrededor del 5%, el sistema SCR ordinario puede satisfacer las necesidades.
Tecnología de combustión enriquecida con oxígeno
La tecnología de combustión enriquecida con oxígeno utiliza tecnología de producción de oxígeno para pasar oxígeno puro y parte del gas de combustión reciclado en la caldera para la combustión, de modo que la concentración de CO2 en el gas de combustión alcanza más del 95%, lo que puede comprimirse y purificarse directamente.
El equipo para capturar CO2 utilizando tecnología de combustión enriquecida con oxígeno incluye principalmente dispositivos de separación de aire, dispositivos de recirculación de gases de combustión y dispositivos de compresión y purificación de CO2. La principal pérdida de energía de la tecnología de combustión enriquecida con oxígeno se encuentra en la separación del aire para producir oxígeno. La tecnología de separación y separación de aire de uso común actualmente consume mucha energía, y la electricidad requerida representa aproximadamente el 18% de la generación total de energía. Al mismo tiempo, debido a la reducción del flujo de gases de combustión y la reducción de la pérdida de calor por escape, la eficiencia de la caldera se puede aumentar en aproximadamente un 3%. En general, la eficiencia de toda la planta de energía disminuirá en un 20%~ 30%. Actualmente se están estudiando nuevas tecnologías de producción de oxígeno de bajo costo, como la tecnología de membrana de transporte de oxígeno e iones (OTM). Una vez que se realiza un avance, el costo de la tecnología de combustión enriquecida con oxígeno puede reducirse considerablemente.
Debido a la circulación continua de gas de combustión, la concentración de SO2 en el gas de combustión es 2 ~ 3 veces mayor que la de combustión de aire. Si el contenido de azufre del carbón es alto, el gas de combustión debe extraerse después del sistema de desulfurización para evitar la corrosión del equipo. Si no es alto, el equipo de desulfuración puede cancelarse. NOXLas emisiones se reducirán considerablemente bajo la premisa de adoptar tecnología de combustión de baja NOx. Por un lado, es porque hay una falta de N2 en el gas de combustión, y no hay térmico noXse genera. Por otro lado, el NOX puede reducirse aún más durante la circulación. Después de que el CO2 se comprime y se licue, gases no condensables, incluido el exceso de oxígeno con fugas en el aire de la caldera, SO2, noX, etc., se separará; Los contaminantes pueden tratarse de acuerdo con los requisitos locales de protección ambiental.
La tecnología de captura previa a la combustión se usa principalmente junto con la tecnología IGCC. IGCC (ciclo combinado integrado de gasificación) es una tecnología avanzada que combina tecnología de gasificación de carbón con un ciclo combinado. El sistema IGCC necesita agregar un reactor de cambio, separación de CO2 y un dispositivo de purificación de compresión para la captura de CO2. El carbón se convierte en gas de síntesis, compuesto principalmente de CO y H2, a alta temperatura, alta presión y ambiente rico en oxígeno en el gasificador: en el reactor de cambio, CO y vapor de agua en el gas de síntesis generan CO e hidrógeno bajo la acción de un catalizador. Debido a que la presión del gas es alta en este momento, la concentración de CO también es alta, y el método de polietilenglicol dimetil éter (Selexol) se puede usar para absorber CO. Este método es un método de absorción física. Al reducir la presión de la solución, se puede liberar CO2 y la solución se puede regenerar. Su consumo de energía es mucho más pequeño que el del método MEA. Al mismo tiempo, debido a la alta presión del gas, el consumo de energía del proceso posterior de compresión de CO2 también se reduce. Algunos académicos han analizado el sistema IGCC de 500 MW y creen que después de instalar el sistema de captura de CO2, la eficiencia de IGCC caerá de 38.4% (HHV) a 31.2% (HHV). Entre ellos, el reactor de conversión y la compresión de CO2 tienen el mayor impacto, lo que reduce la eficiencia en 4.2% y 2.1%, respectivamente. El costo de la eliminación de CO2 por este método es de aproximadamente 20 $/t.
perspectivas técnicas
La tecnología de captura posterior a la combustión es la tecnología más madura y se ha puesto en uso. El primer dispositivo de captura de CO2 de la planta de energía a carbón de mi país: la planta de energía térmica Huaneng Beijing 3000 ~ 5000T/año CO2 Capture Demossion El dispositivo utiliza esta tecnología. La tecnología de combustión enriquecida con oxígeno es actualmente un punto de acceso de investigación, pero la tecnología no es muy madura y en su mayoría permanece en la etapa de laboratorio y piloto. El proyecto de combustión de oxígeno más grande del mundo es el proyecto de 30 MW Vattenfall construido en Alemania en septiembre de 2008, que utiliza la tecnología Alstom. Además, Black Hills, junto con B&W, Air Liquide y otras compañías, construirán una planta de energía de combustión enriquecida de oxígeno de 100MW en Wyoming, EE. UU. El proyecto está programado para completarse en 2015. Tanto la tecnología de captura posterior a la combustión como la tecnología de combustión enriquecida con oxígeno se pueden utilizar para transformar las centrales eléctricas existentes. El costo de la tecnología de combustión enriquecida con oxígeno es relativamente bajo, pero si solo se captura parte del CO2, la tecnología de captura posterior a la combustión es más adecuada. IGCC es la tecnología de carbón más limpia del mundo, pero su alto costo e tecnología inmadura limitan su aplicación. Sin embargo, después de instalar la captura de CO2, su aumento de costos es el menor, y el costo de eliminación de CO2 también es el más bajo. Con el desarrollo de la tecnología, IGCC se utilizará ampliamente en el futuro. La desventaja es que esta tecnología solo puede usarse para nuevas centrales eléctricas, y no puede usarse para la transformación técnica de las centrales eléctricas existentes.
No importa qué tecnología se use, hay ciertos requisitos para el sitio. Por lo tanto, la planta de energía recientemente diseñada debe considerar la captura de CO2, pensar en qué tecnología usar de antemano, reservar espacio para equipos de eliminación de CO2 y encontrar una ubicación de almacenamiento adecuada cerca.
Promoción de la tecnología de captura de CO2
Aunque la tecnología de captura de CO2 se ha convertido en un punto de acceso de investigación, aún no se ha promovido en todo el mundo. Esto se debe principalmente a los siguientes factores:
(1) Consideraciones económicas: después de la captura de CO2, la eficiencia de toda la central eléctrica disminuirá en un 20%~ 30%, y el costo de la generación de energía aumentará significativamente. Las empresas que ya han obtenido ganancias no tienen motivación para capturar CO2.
(2) La influencia de las políticas nacionales: la captura de CO2 debe ser impulsada por las políticas nacionales. El gobierno puede considerar adoptar formularios como imponer un impuesto de emisión de CO2 para promover la aplicación de la tecnología de captura y almacenamiento de CO2.
(3) La influencia de las políticas nacionales: la captura de CO2 debe ser impulsada por las políticas nacionales. El gobierno puede considerar adoptar formularios como imponer un impuesto de emisión de CO2 para promover la aplicación de la tecnología de captura y almacenamiento de CO2.
(4) Conciencia pública: después de la adopción de la tecnología de captura de CO2, los precios de la electricidad inevitablemente aumentarán bruscamente. Ya sea que esté aumentando los precios de la electricidad o recaudar impuestos al carbono, debe ser reconocido y apoyado por el público.
La construcción de centrales eléctricas de demostración es una medida efectiva para promover la promoción de la tecnología de captura de CO2. La UE ha planeado construir 12 centrales eléctricas de demostración de CO2 a gran escala para 2012 para prepararse para la promoción a gran escala en todo el mundo en 2020.
Conclusión
Se introducen tres tipos de tecnologías de captura de CO2 para las centrales eléctricas de carbón, se comparan las ventajas, desventajas y costos de varias tecnologías y se analiza la promoción de la tecnología de captura de CO2. El costo excesivo sigue siendo el factor principal que restringe el desarrollo de la tecnología de captura de CO2. Se deben hacer consideraciones integrales y los sistemas integrados deben diseñarse razonablemente para reducir los costos. Por ejemplo, el CO2 generado se puede utilizar para aumentar la tasa de recuperación de petróleo de los campos petroleros. En la tecnología enriquecida con oxígeno, la energía fría del gas natural licuado importado se puede utilizar para la separación del aire para reducir el costo de la producción de oxígeno.
