二氧化碳捕集與處理

《污染物控制技術(shù)》課程期末考核論文題目：二氧化碳捕集與處理院（系）：材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)：熱能與動(dòng)力工程姓名：學(xué)號(hào)：完成時(shí)間2014年12月20日

二氧化碳捕集與處理摘要：近年來(lái)，大量二氧化碳的排放使得全球氣溫持續(xù)升高，氣候問(wèn)題越來(lái)越受到各國(guó)人民的關(guān)注。本文從降低二氧化碳排放量出發(fā)，總結(jié)了當(dāng)前常用的二氧化碳捕集方法有吸收法、吸附法、膜分離法、結(jié)霜分離法、生物捕捉法，分別闡述了各方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前技術(shù)分析了二氧化碳捕集技術(shù)的發(fā)展方向；隨后介紹了液態(tài)封存和固態(tài)封存二氧化碳的現(xiàn)狀及技術(shù)水平，并分析二氧化碳海洋封存帶來(lái)的影響。關(guān)鍵詞：二氧化碳捕集、膜分離技術(shù)、二氧化碳處理前言隨著我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展和人口的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)能源消耗量急劇增加，尤其是以煤炭為主的能源消耗位居世界前列，導(dǎo)致了二氧化碳等大量的溫室氣體的排放，所帶來(lái)的氣候變暖成為全球性的環(huán)境問(wèn)題，越來(lái)越受到各國(guó)的政府和人民的關(guān)注。由于溫室效應(yīng)的加劇而帶來(lái)的氣候反常，海平面上升等壞境的問(wèn)題已經(jīng)直接威脅到全人類的生存和發(fā)展了。我國(guó)二氧化碳排放量?jī)H次于美國(guó)，現(xiàn)居世界第二位。C02捕集以及的處理已經(jīng)迫在眉睫了。1二氧化碳捕集技術(shù)概況二氧化碳捕集是指燃燒后的煙氣通過(guò)分離設(shè)備以得到濃度較高的二氧化碳的過(guò)程。目前已知的二氧化碳捕集方法主要有燃燒后捕集、燃燒前捕集、富氧燃燒捕集。當(dāng)前主要從燃燒后煙氣中著手，比較普遍的二氧化碳捕集手段有吸收法、吸附法、膜分離法、結(jié)霜分離法、生物捕捉法等技術(shù)。1.1吸收法吸收法捕捉的技術(shù)根據(jù)吸收劑的選擇不同又可分為低溫甲醇吸收技術(shù)、醇胺溶液化學(xué)吸收技術(shù)。1.1.1低溫甲醇吸收技術(shù)該技術(shù)是20世紀(jì)50年代由德國(guó)林德(Linde)公司和魯(Lurgi)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的。其中大慶甲醇廠合成氣脫碳即采用此項(xiàng)技術(shù)，但存在著操作成本高的問(wèn)題。1.1.2醇胺溶液化學(xué)吸收工藝目前在世界范圍內(nèi)，醇胺化學(xué)溶劑吸收法是煙道氣酸性氣處理使用最多的方法。國(guó)內(nèi)很多類似裝置均采用以MDEA(甲A-乙醇胺)溶劑為吸收液的脫除技術(shù)。1.2吸附法吸附法是利用固體、薄膜或者液體維持一種氣體或者液體在其表面的方法。這種方法要求被吸附的氣體或液體不與吸附劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。目前較成熟的吸附技術(shù)有變溫吸附、變溫變壓吸附、變電吸附等技術(shù)。1.2.1變壓吸附(PSA)變壓吸附技術(shù)是利用吸附劑的平衡吸附量隨組分分壓升高而增加的特性，進(jìn)行加壓吸附、減壓脫附的操作方法。該技術(shù)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①工藝簡(jiǎn)單，裝置操作彈性大；②能適合原料的氣量和組成有較大波動(dòng)的工況；③操作成本較高，并且再生后的純度約為95％。1.2.2變溫吸附(TSA)變溫吸附技術(shù)是指在較低溫下被吸附，吸附完成之后，將吸附劑升溫，釋放其中的還原吸附劑。1.2.3變溫變壓吸附(PTSA)變溫變壓吸附技術(shù)是將通到高壓下的吸附劑裝置中，吸附完成之后降低壓力，加熱吸附劑釋放其吸附的。使吸附劑循環(huán)使用。1.2.4變電吸附(ESA)將通到具有吸附性能的特殊裝置中，吸附完成后，電極加載到導(dǎo)電炭上，其獲得能量，釋放吸收的。這種方法捕集相對(duì)于其他捕捉技術(shù)更加經(jīng)濟(jì)可行。1.3膜分離技術(shù)膜分離是利用薄膜材料對(duì)各種氣體的滲透率不同來(lái)選擇性分離的方法，膜分離工藝裝置簡(jiǎn)單，操作方便，能耗低。目前，從燃燒煙氣中分離出的薄膜主要有兩種類型：分子篩薄膜和溶解一擴(kuò)散薄膜。分子篩薄膜的特點(diǎn)是納米尺寸的孔徑，可以讓氣體通過(guò)，而阻止其他氣體的通過(guò)。溶解一擴(kuò)散薄膜膜并不直接分離和捕捉氣體而是起到類似于催化劑的作用，支持促進(jìn)溶液與發(fā)生反應(yīng)，使溶劑反應(yīng)更加高效。溶解一擴(kuò)散薄膜有三種類型舊3I：薄膜開(kāi)關(guān)、支持溶液薄膜(SLM／LM)和控制液體薄膜(CLM)。1.4結(jié)霜分離技術(shù)低溫分離技術(shù)是依據(jù)不同的化學(xué)物質(zhì)和氣體在不同的溫度結(jié)霜實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的分離。這種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)讓特定的氣體從混合氣體中分離出來(lái)。目前這種技術(shù)的困難在于大規(guī)模的設(shè)備和冷卻成本較高。1.5生物捕捉技術(shù)生物捕捉技術(shù)是利用植物的光合作用，捕捉與其反應(yīng)并鎖定的方法。但是，對(duì)大多數(shù)植物來(lái)說(shuō)，光合作用是一個(gè)低效的緩慢的化學(xué)反應(yīng)。因此，該方法捕集具有成本低、捕集時(shí)間長(zhǎng)、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。2二氧化碳捕集技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)目前捕集技術(shù)主要朝兩個(gè)方向發(fā)展：一是改進(jìn)傳統(tǒng)的吸附方法以提高傳統(tǒng)胺吸附效率；二是發(fā)展選擇性捕集技術(shù)。傳統(tǒng)吸附方法的改進(jìn)主要是改進(jìn)催化劑促進(jìn)試劑、吸收體的設(shè)計(jì)以及脫附條件。目前選擇性捕集技術(shù)主要有：金屬有機(jī)框架吸附、生物固定及用薄膜促進(jìn)分離技術(shù)。3二氧化碳處理技術(shù)處理二氧化碳的方法總體上來(lái)說(shuō)可以分為以下幾種：地質(zhì)封存、海洋封存、礦石碳化和工業(yè)循環(huán)利用等。目的都是將捕集的二氧化碳以一種特定的方式儲(chǔ)存在特定的場(chǎng)所。雖然這種方法不能徹底消除，但是對(duì)緩解目前的溫室效應(yīng)具有一定作用。3.l液態(tài)封存法液態(tài)封存法是指二氧化碳以液體形式輸送到海平面以下的某個(gè)深度進(jìn)行保存，以保證它的狀態(tài)長(zhǎng)期不變。這一技術(shù)的關(guān)鍵在于如何保持液態(tài)二氧化碳在海水中的特性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性而不會(huì)在海水中溶解形成碳酸。3.2固態(tài)封存法固態(tài)封存法是將氧化碳以固、水合物的形式封存在海底的方法。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于水合物的快速形成、充分生長(zhǎng)以及如何輸送等問(wèn)題。4二氧化碳海洋封存對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響無(wú)論二氧化碳以液態(tài)方式封存還是以同態(tài)方式封存，都不可避免的會(huì)生成對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境有影響的碳酸。因此，我們需要用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)進(jìn)行控制和處理，使得影響降到最低。有研究人員指出：如果將液態(tài)二氧化碳快速排放到海水中，則不會(huì)形成純的水合物．而是一種水合物與液態(tài)二氧化碳的混合體。由于比表面積大，這些二氧化碳會(huì)迅速溶解，使周圍海水pH值顯著降低．對(duì)生物的影響顯然比較大。如果將二氧化碳緩慢地注入到海水中．則會(huì)在水合物和海水之間形成一層水合物膜。這樣二氧化碳的溶解速率就慢得多，但對(duì)深海底棲生物的影響就小得多。如果二氧化碳是冷凍后制成魚(yú)雷狀的干冰塊，由于它們的密度(1．56k∥L)高于海水，所以可以快速穿過(guò)水柱進(jìn)入到松軟的沉積物地層中并被包合起來(lái)，這樣不僅可以長(zhǎng)期貯存而且對(duì)生物和生態(tài)系的影響也不大。同時(shí)．海洋深處也有一定的抵抗能力，一旦二氧化碳被人為注人其周邊海水，增加了海水酸度，堿性碳酸鈣可與之起中和反應(yīng)而溶解，這將加快去除注入到深海之過(guò)量二化碳的速度．實(shí)際上為二氧化碳在深海的存留提供了一個(gè)龐大的余地。另外，越往深海，生物的豐富性、活動(dòng)性就越差。所以二氧化碳封存得越深，對(duì)海洋環(huán)境的影響才會(huì)越小閉。總結(jié)大量化石能源的消耗導(dǎo)致了大氣中二氧化碳含量過(guò)高，使得全球氣溫持續(xù)升高，這給人類社會(huì)及地球自然環(huán)境造成了極大的威脅，因此我們降低排放到大氣中的二氧化碳，進(jìn)而減緩氣溫升高速度。當(dāng)前，二氧化碳捕集與封存是降低燃燒后二氧化碳排放的主要方法。本文分別介紹了利用吸收法、吸附法、膜分離法、結(jié)霜分離法、生物捕捉法捕集燃燒煙氣中的二氧化碳的技術(shù)。之后，闡述了當(dāng)前常用的處理所捕集到的二氧化碳的方法。參考文獻(xiàn)：[1]林建飛,李憶冬,韓敏芳,等.用赤泥捕集二氧化碳[].化工環(huán)保,2013,33(6):549-552.[2]黃孟.微生物捕集煙道氣中二氧化碳的試驗(yàn)研究[D].安徽理工大學(xué),2012,6.[3]周媛,薛建明.燃燒后氣體捕集技術(shù)研究[J].電力科技與環(huán)保,2013,29(6):14-16.[4]蔡銘,郜時(shí)旺,黃斌.燃煤電廠煙氣二氧化碳捕集與利用技術(shù)研究進(jìn)展[J].2009年二氧化碳減排控制技術(shù)與資源化利用研討會(huì)論文集,93-98.[5]李洛丹,劉妮,劉道平.二氧化碳海洋封存的研究進(jìn)展[J].能源與環(huán)境,2008(6):11-24