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可持續發展

sustainable development

在全球氣候變暖的背景下,以低能耗、低污染為基礎的“低碳經濟”已成為全球熱點。歐美發達國家大力推進以高能效、低排放為核心的“低碳革命”,着力發展“低碳技術”,并對産業、能源、技術、貿易等政策進行重大調整,以搶占先機和産業制高點。低碳經濟的争奪戰,已在全球悄然打響。

碳捕集利用與封存(CCUS)技術

在全球氣候變暖的背景下,以低能耗、低污染為基礎的“低碳經濟”已成為全球熱點

低能耗、低污染

在全球氣候變暖的背景下,以低能耗、低污染為基礎的“低碳經濟”已成為全球熱點。歐美發達國家大力推進以高能效、低排放為核心的“低碳革命”,着力發展“低碳技術”,并對産業、能源、技術、貿易等政策進行重大調整,以搶占先機和産業制高點。低碳經濟的争奪戰,已在全球悄然打響。

規範健康持續發展

習近平主席強調:“我國平台經濟發展正處在關鍵時期,要着眼長遠、兼顧當前,補齊短闆、強化弱項,營造創新環境,解決突出矛盾和問題,推動平台經濟規範健康持續發展;實現碳達峰、碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革,要把碳達峰、碳中和納入生态文明建設整體布局,拿出抓鐵有痕的勁頭,如期實現2030年前碳達峰、2060年前碳中和的目标。”

CO2氣驅強化采油技術

順應綠色經濟發展的趨勢,海格金谷在碳捕集利用與封存技術上緊跟先進處理方式,投入研發力量進行技術儲備。碳捕集的核心技術是捕集利用化工、發電、水泥等高能耗生産過程中産生的CO2。另一方面,CO2又是重要的化工原料,市場對CO2的需求量很大,如可用于生産幹冰、食品CO2氣體、焊接保護氣、煙絲膨脹劑。在化學工業中,CO2已大量用于甲醇、尿素、純堿等産品。在石油開采領域,CO2氣驅強化采油(EOR)也已經成為一項比較成熟的技術,既提高了原油的開采量,又可以在油井中部分儲存CO2,基于同樣原理的強化煤層氣開采技術(ECBM)也處在工程試驗階段。從環保和碳源利用的角度考慮,開發經濟、實用的CO2捕集分離技術有着十分重要的意義和市場應用價值

碳捕集的主流技術采用以下幾種
胺吸收法、氨水法、熱堿法、吸收膜法、化學吸附法、離子液法、

碳捕集的主流技術

胺吸收法:胺吸收法的實質是酸堿中和反應,弱酸(二氧化碳)和弱堿(水溶液中的胺)反應生成可溶于水的鹽,這使得胺法可在較低分壓水平的煙氣中捕獲CO2,但吸收負荷受反應平衡限制。該酸堿反應随溫度變化是可逆的,一般約在40℃形成鹽,CO2被吸收。而在100℃以上反應逆向進行放出CO2,因而利用吸收塔和在聖塔組成系統即可完成對CO2的捕集。但由于循環吸收液中水的含量很高(>50%),其周期性的升溫、降溫使得系統能耗過高。
胺法工藝中使用的醇胺,包括傳統的鍊狀取代基醇胺和帶支鍊的空間位阻胺。依據N原子的個數,醇胺分為伯胺(如一乙醇胺,即MEA)、仲胺(如二乙醇胺,即DEA)、叔胺(如三乙醇胺,即TEA;二異丙醇胺,即MDEA),它們在吸收CO2時各有優點。例如MEA分子量小,對CO2吸收速率快,對捕集煙氣中低濃度CO2最具優勢,因而也是被研究和運用最多的,但受限于反應平衡,其吸收負荷卻最小。另外,為控制胺的氧化降解及其相應的腐蝕問題,還需要吸收液中添加一定的抗氧化劑和緩蝕劑,并對煙氣也有一定的要求(一般要求已完成脫氧、除塵和脫硫)。 雖然胺吸收法已在化工行業使用多年,尤其是從天然氣中分離酸性氣體,但其技術進步仍有空間:當前研究主要集中于開發高效(混合)吸收劑及其添加劑、開發适用于大型分離設備的高效新型塔内件、優化工藝參數和于電廠的熱整合、改進或創新再生工藝等,重點解決捕集過程的高能耗和高成本問題。


氨水法、該技術的工藝系統類似于胺吸收法。其關鍵反應步驟是碳酸铵、二氧化碳和水生成碳酸氫铵,該反應相比胺系統具有較低的反應熱,因而具有再生能耗低的優勢,此外相比于胺法還具有吸收速率快、吸收能力強、抗氧化降解、腐蝕性低、價格便宜等有點。 但由于氨水的高揮發性,該法在吸收階段需要将煙氣降溫至15-26℃以提高氨水對CO2的吸收性和避免氨的逃逸,而在再生階段則由于需要升溫,對氨逃逸的控制則更為迫切,這是當前氨水法需要重點研究解決的問題。


熱堿法、另一種較有發展前景的吸收/再生法脫碳工藝是以哌嗪為活化劑的熱鉀堿法,由于此法的吸收/再生過程的操作溫度相差不大,故與常規醇胺法相比,再生熱量的消耗有較大下降。


吸收膜法、一般是将微孔膜(多為中空纖維膜)和胺吸收法相結合而出現的一種新型吸收過程。氣體和吸收液分别在膜兩側流動而不直接接觸,膜本身沒有選擇性,隻起隔離氣體與吸收液的作用:微孔膜上的孔足夠大,可允許膜一側被分離的氣體分子不需要很高的壓力即可穿過膜到另一側,該過程主要依靠膜另一側吸收液的選擇性吸收達到分離混合氣體中某一組分CO2的目的。該法在傳質性能、操作、能耗等方面較有優勢,使之成為研發的熱點之一。


化學吸附法、該法是利用固體吸附劑對混合氣中CO2的選擇性可逆吸附作用來分離回收CO2,如堿性的金屬氧化物可吸收酸性CO2氣體生成碳酸鹽,在更高溫度下反應可逆向進行,當前研究較多的是锂化合物吸附劑。 固體吸附劑也可以是将易與CO2反應的活性物質負載在多孔固體上而成(亦稱“吸收劑固化”)。由于載體具有很高的比表面積,為活性物質和CO2的接觸反應提供了充分的接觸面積,同時與胺溶液吸收法相比,該工藝不含液體水,從而具備了低能耗的潛力。


離子液體是由特定陽離子和陰離子構成的室溫下或近于室溫下呈液态的一類新型“綠色溶劑”,衆多研究表明離子液體具有性質穩定、無揮發、CO2吸收能力強、産物易于分離、循環使用性高以及陰陽離子可設計性等特點,被認為是揮發性有機容紀的立項替代物,近年來在CO2回收利用方面備受關注。離子液體幾乎無蒸汽壓的特性,可有效緩解有機胺吸收法中VOCs排放引起的污染問題,同時因為其良好的熱穩定性,離子液體可以在較低的溫度下完成解析并循環使用,更為重要的是,可以針對CO2氣體,按實際需求進行分子設計并合成初高吸收容量的功能化離子液體。