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二氧化碳捕集技术先容
发布时间:2012-03-02   信息来源:华能集团   
  华能履行社会责任典型案例之一

  华能二氧化碳捕集技术

  ——走向世界、拥抱蓝天


  二氧化碳等温室气体的减排越来越受到国际社会的广泛关注,已成为国际能源领域研发的热点。我国二氧化碳的排放量仅次于美国居世界第二位,减排二氧化碳的压力越来越大,并将成为制约我国燃煤发电可持续发展的瓶颈之一。目前,国际上二氧化碳捕集和处理技术尚处于研究开发和示范阶段。中国华能集团企业在二氧化碳捕集领域不断探索、研究,先后建成投产华能北京热电厂二氧化碳捕集示范项目及国内最大的二氧化碳捕集项目——华能上海石洞口二厂二氧化碳捕集项目,为推动我国在节能减排领域的科技创新做出了不懈努力。

  一、二氧化碳捕集技术诞生背景

  二氧化碳是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一,对温室效应的贡献达到55%。目前全世界每年向大气中排放的二氧化碳总量达到近300亿吨,二氧化碳利用量则仅为1亿吨左右,远不到排放总量的百分之一。

  2005年2月16日,《京都议定书》正式生效,这是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体的排放;2009年12月7日,哥本哈根会议对发达国家和发展中国家在温室气体减排上的责任进行磋商约定,作为一个负责任的大国,中国政府作出了庄严承诺,2020年单位国内生产总值的二氧化碳排放量比2005年下降40-45%。

  火力发电厂是排放二氧化碳的最大行业。火力发电厂燃烧化石燃料后排放的二氧化碳占全球燃烧同种燃料排放量的30%,大约占全球人类活动排放二氧化碳的24%。因此,排放二氧化碳最多的燃煤电厂成为最具潜力实施二氧化碳捕集的行业。目前适用于燃煤电站的成熟的二氧化碳捕集技术仅为化学吸取法脱碳技术,采用该技术的电站有美国Warrior Run电站,装机容量18万千瓦,每天可生产150吨食品级二氧化碳;美国Oklahoma州Shady Point电站,装机容量4×8万千瓦,每天可生产99%的二氧化碳 200吨;日本西南部长崎松岛的JPower100万千瓦燃煤电厂的 二氧化碳捕集试验示范工程,捕集量为10吨/天。

  2008年7月,中国华能集团在华能北京热电厂成功建成3000吨/年级烟气脱碳试验示范装置,各项技术指标达到或超过国际先进水平,捕集二氧化碳纯度可达到99.5%,经过精处理后,可达到99.997%的食品级要求。这一成果得到了中央领导和国内外同行的充分肯定,为进一步实现工业化生产奠定了基础。

  二、二氧化碳捕集技术原理

  烟气中的二氧化碳在吸取塔与复合胺反应生成氨基甲酸盐,并被输送至再生塔加热分解还原为复合胺和二氧化碳,复合胺溶液返回吸取塔进行再次吸附,而二氧化碳气体则经加压、除杂、提纯、液化等工序,提纯为纯度为99.99%的二氧化碳。脱碳工艺流程主要由烟气预处理系统、填料吸取塔、填料再生塔、排气洗涤系统、溶液系统、产品气处理系统(包括冷凝、气液分离、压缩)、循环水冷却系统、辅助蒸汽系统以及水平衡维持系统等组成。精处理工艺流程主要由二氧化碳气体储存系统、二氧化碳气体压缩系统、二氧化碳提纯系统、制冷系统以及储存装车系统等组成。

  三、全球最大二氧碳捕集项目

  上海作为国际化大都市,正向实现“四个中心”迈进,温室气体减排已经作为一项重要工作在深入推进。目前我国人均每年二氧化碳排放量为2.7吨,而上海人均排放量居全国前列,凸显绿色压力。

  2008年12月2日,中国华能集团与上海电气集团在上海签订了“华能上海电气温室气体减排研究中心合作协议”,此协议将依托华能上海石洞口第二电厂二期扩建工程,同步建设世界火电行业最大的10万吨/年二氧化碳捕集装置,石洞口二厂二期脱碳项目初步设计由西安热工研究院和华东电力设计院联合完成。在此基础上,西安热工研究院负责工艺流程设计和非标设备设计,华东电力设计院负责土建、建筑、总平面、施工图、与主体工程接口以及其它辅助系统的设计。该项工程开创先河、积累经验、完善技术,通过二氧化碳的重复利用,降低排放总量,为温室气体排放的总量控制作出贡献。全球环境保护组织世界自然基金会(WWF)已正式启动中国低碳城市发展项目,上海成为首批试点城市之一。华能上海石洞口第二电厂二期工程脱碳项目的建设是发展“低碳经济”城市做出的最为积极的响应,具有深远的社会意义。

  四、碳捕集产品的价值

  燃煤电站二氧化碳捕集产品的处理方式基本有两种,一是二氧化碳的捕集与封存(CCS),属于直接减排方式,受到成本和技术的限制,目前尚未得到实际应用;二是对二氧化碳捕集产品进行循环利用,通过排放总量的控制,达到间接减排的目的。目前,国际上已经开展二氧化碳捕集的燃煤电站,基本以二氧化碳的循环利用作为主要的处理方式。

  二氧化碳在常温常压下是无色、无臭、无味的气体,相对分子质量为44.01,比重1.53,密度1.977g/L,在大气中的含量为0.03 %。二氧化碳是一种宝贵的碳、氧资源,它在地球的储量比天然气、石油和煤的总和还多数倍。目前,二氧化碳广泛应用于冶金、钢铁、石油、化工、电子、食品、医疗等领域。

  火电企业开展二氧化碳捕集具有一定的市场前景,上海地区二氧化碳市场年需求量在15-18万吨之间,用户主要集中在焊接和干冰两方面,其中,用于焊接的二氧化碳年消耗量约为8万吨,占45%,用于制造干冰的二氧化碳年消耗量约为6万吨占35%,其余用于碳酸饮料、啤酒、冷冻、卷烟以及粮食包装储运的二氧化碳年消耗量共约4万吨,占20%,预计上海地区二氧化碳市场年增量为15%。根据初步设计估算,本项目的运行成本约在450元/吨左右,食品级二氧化碳的市场批发价格约在600-800元/吨,按照每吨平均盈利200元计算,年产生利润约2000万元。

  五、技术输出、走向世界

  为推动中美两国企业在节能减排、应对气候变化方面的合作,中国华能集团企业与美国电力企业(AEP)正在筹备签署《燃煤电厂节能降耗和二氧化碳减排技术合作协议》(以下简称《协议》),在2011年初国家领导人访美期间,在两国政要的见证下签署。

  (一)主要合作内容

  1、开展在燃煤电厂二氧化碳减排领域的合作研究。双方同意采用中国华能集团企业自主开发的二氧化碳捕集技术,对美国电力企业拥有的一座60万千瓦燃煤电厂进行年捕集150万吨二氧化碳工程可行性研究,适时推进150万吨每年的二氧化碳捕集示范工程的建设。

  2、开展在提高现有燃煤电厂能效领域的合作。根据协议,双方将分别对不同类型的燃煤机组进行对比研究,查找问题,提出节能降耗的具体实施办法,努力降低燃煤机组的能耗,达到国际领先水平。

  (二)合作的意义

  华能集团企业和美国电力企业都是“中美清洁能源联合研究中心(CERC)清洁煤技术团队的主要成员单位,合作的内容符合CERC的要求,并得到了中国国家能源局和美国能源部的支撑。

  中美两个最大发电企业的合作必将积极促进中美两国电力企业相互学习和借鉴先进技术和管理经验,提升两国燃煤电厂节能降耗和二氧化碳减排的技术水平。该合作也为中国华能集团企业自主研发的二氧化碳捕集技术进入美国乃至国际能源市场提供了契机,对提升我国自主技术在国际能源领域的国际影响力,树立良好的国际形象具有重要的意义。

  
  
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