Khí hậu của Trái đất đang trải qua một sự thay đổi đáng kể đặc trưng bởi sự nóng lên toàn cầu, điều này sẽ có tác động quan trọng đến hệ sinh thái và phát triển kinh tế và xã hội toàn cầu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng điều này chủ yếu là do tác dụng nóng lên của các loại khí nhà kính như CO2 phát ra từ con người sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Trong những thập kỷ gần đây, khí thải CO2 đã tăng lên với sự phát triển kinh tế. Năm 2006, lượng khí thải CO2 của thế giới đạt 28 tỷ tấn, trong đó Trung Quốc chiếm 20,2%. Nhiên liệu hóa thạch như than, dầu và khí tự nhiên là nguồn phát thải CO2 chính và than phát ra nhiều CO2 nhất. Than là một nguồn năng lượng tương đối "bẩn". Than có cùng giá trị nhiệt lượng phát ra nhiều CO2 hơn nhiều so với dầu và khí tự nhiên, và là nguồn phát thải CO2 quan trọng nhất. Năm 2006, than chỉ chiếm 26% mức tiêu thụ năng lượng chính của thế giới, nhưng lượng khí thải CO2 của nó chiếm 41,7%. Vấn đề này đặc biệt nổi bật ở nước tôi: năm 2007, mức tiêu thụ than của đất nước tôi là 2,59 tỷ tấn, chiếm 69,5% mức tiêu thụ năng lượng chính của đất nước tôi và hơn 80% lượng khí thải CO2 của đất nước tôi. Trong số này, 1,31 tỷ tấn đã được sử dụng để sản xuất điện. Vào năm 2008, việc sản xuất nhiệt điện chiếm 80% tổng sản lượng điện của đất nước tôi, hầu hết là từ các nhà máy nhiệt điện than. Do giá thấp, dự trữ phong phú và dễ dàng tiếp cận, than sẽ vẫn là nguồn năng lượng chính của đất nước tôi trong một thời gian dài sắp tới.
Hiện tại, chủ yếu có các cách sau đây để kiểm soát khí thải CO2: cải thiện hiệu quả năng lượng, sử dụng năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sinh khối và năng lượng hạt nhân và sử dụng công nghệ thu CO2 để đốt nhiên liệu hóa thạch.
Trong tương lai gần, nhiên liệu hóa thạch sẽ tiếp tục là nguồn năng lượng chính của chúng tôi, đòi hỏi chúng tôi phải áp dụng công nghệ lưu trữ và chụp CO2 (CCS) để giảm lượng khí thải CO2. Các nhà máy nhiệt điện là nguồn phát thải CO2 quan trọng nhất và lượng khí thải CO2 của chúng vượt quá 40% tổng số. Do khí thải tập trung và kiểm soát dễ dàng, chúng đã trở thành đối tượng ứng dụng chính của công nghệ lưu trữ và lưu trữ CO2.
CO2 Chụp và lưu trữ đề cập đến bộ sưu tập CO2 phát ra từ các nhà máy điện và sau đó vận chuyển nó đến vị trí lưu trữ CO2 thông qua một đường ống. Bài viết này chủ yếu tập trung vào công nghệ chụp CO2. Hiện tại có ba loại công nghệ chụp CO2 chính:
Công nghệ chụp sau khi đốt
Công nghệ đốt cháy được làm giàu oxy
Công nghệ bắt giữ trước
Từ khóa: Chụp CO2; Nhà máy nhiệt điện; đốt cháy giàu oxy; Chụp khí thải; Chụp trước khi đốt
Công nghệ chụp sau khi đốt
Công nghệ bắt sau đốt được sử dụng để thu carbon trong khí thải sau khi đốt cháy. Nó sử dụng monoethanolamine (MEA) hoặc các giải pháp khác để hấp thụ trực tiếp CO trong khí thải để bắt. Dung dịch MEA là một dung môi hóa học hữu cơ đã được sử dụng để loại bỏ các tạp chất khí axit trong khí tự nhiên, như CO2, H2S, v.v. hơn 60 năm. Sự hấp thụ CO2 của nó thuộc về sự hấp phụ hóa học, có thể giải phóng CO2 khi sưởi ấm. Sử dụng phương pháp này để nắm bắt CO2 trong khí thải có thể loại bỏ 75%~ 90%CO2 trong khí thải và thu được CO2 với độ tinh khiết 99%.
Để nắm bắt CO2 trong khí thải, một tháp hấp thụ và tháp tái sinh cần được thêm vào thiết bị để hấp thụ và giải phóng CO2. Ngoài ra, hệ thống hơi nước cần được sửa đổi để trích xuất hơi nước để làm nóng dung dịch và giải phóng CO2. Do áp suất khí thải thấp (thường gần với áp suất khí quyển), nồng độ CO2 thấp (10%~ 15%) và dòng khí khổng lồ, hệ thống chụp lớn và tiêu thụ nhiều năng lượng. Mất năng lượng chính của công nghệ chụp sau đốt nằm trong việc tái sinh dung dịch MEA. Người ta ước tính rằng đối với các đơn vị mới được xây dựng với việc bắt giữ CO2, hiệu quả sẽ giảm khoảng 20% ~ 30% so với các đơn vị có cùng các thông số và năng lượng tiêu thụ bởi sự tái sinh của giải pháp MEA chiếm hơn một nửa tổng năng lượng tiêu thụ. Năng lượng cần thiết để tái tạo thường đến từ việc khai thác hơi áp suất thấp của tuabin. Alstom đã nghiên cứu sửa đổi bắt CO2 của một đơn vị ở Hoa Kỳ, cho thấy 79% hơi nước sau khi xi lanh áp suất trung bình được sử dụng để tái tạo dung dịch MEA. Bởi vì việc chiết xuất hơi ngăn đơn vị hoạt động trong điều kiện tối ưu, hiệu quả sẽ tiếp tục giảm.
Ngoài ra, các loại khí có tính axit như SO2 và NO2 trong khí thải sẽ phản ứng với dung dịch MEA để tạo ra muối ổn định nhiệt, dẫn đến mất dung dịch MEA. Do đó, hàm lượng khí axit trong khí thải cần được kiểm soát vào khoảng 10x10 ". Điều này đòi hỏi phải sửa đổi hệ thống khử lưu huỳnh để cải thiện hiệu quả khử lưu huỳnh.X, vì khôngXTrong khí thải chủ yếu là không và NO2 chỉ chiếm khoảng 5%, hệ thống SCR thông thường có thể đáp ứng nhu cầu.
Công nghệ đốt cháy được làm giàu oxy
Công nghệ đốt cháy giàu oxy sử dụng công nghệ sản xuất oxy để truyền oxy nguyên chất và một phần của khí thải tái chế vào nồi hơi để đốt cháy, do đó nồng độ CO2 trong khí thải đạt hơn 95%, có thể được nén trực tiếp và tinh chế.
Thiết bị thu thập CO2 bằng công nghệ đốt cháy được làm giàu oxy chủ yếu bao gồm các thiết bị tách không khí, thiết bị tuần hoàn khí thải và các thiết bị nén và tinh chế CO2. Sự mất năng lượng chính của công nghệ đốt cháy giàu oxy nằm ở việc tách không khí để tạo ra oxy. Công nghệ làm mát và tách không khí hiện đang được sử dụng tiêu thụ rất nhiều năng lượng và các loại điện cần thiết chiếm khoảng 18% tổng sản lượng điện. Đồng thời, do giảm lưu lượng khí thải và giảm mất nhiệt, hiệu quả của lò hơi có thể được tăng thêm khoảng 3%. Nhìn chung, hiệu quả của toàn bộ nhà máy điện sẽ giảm 20%~ 30%. Các công nghệ sản xuất oxy chi phí thấp mới hiện đang được nghiên cứu, chẳng hạn như công nghệ oxy và màng vận chuyển ion (OTM). Sau khi một bước đột phá được thực hiện, chi phí của công nghệ đốt cháy được làm giàu oxy có thể giảm đáng kể.
Do lưu thông liên tục của khí thải, nồng độ SO2 trong khí thải là gấp 2 ~ 3 lần so với quá trình đốt cháy không khí. Nếu hàm lượng lưu huỳnh của than cao, khí thải phải được chiết xuất sau khi hệ thống khử lưu huỳnh để ngăn chặn sự ăn mòn của thiết bị. Nếu nó không cao, thiết bị khử lưu huỳnh có thể bị hủy bỏ. KHÔNGXKhí thải sẽ được giảm đáng kể theo tiền đề áp dụng công nghệ đốt NOx thấp. Một mặt, đó là do thiếu N2 trong khí thải và không có nhiệtXđược tạo ra. Mặt khác, NOx có thể được giảm thêm trong quá trình lưu thông. Sau khi CO2 bị nén và hóa lỏng, các loại khí không điều kiện, bao gồm cả oxy dư thừa rò rỉ vào không khí nồi hơi, SO2, khôngX, v.v., sẽ được tách ra; Các chất ô nhiễm có thể được điều trị theo yêu cầu bảo vệ môi trường địa phương.
Công nghệ bắt giữ trước chủ yếu được sử dụng cùng với công nghệ IGCC. IGCC (Chu kỳ kết hợp khí hóa tích hợp) là một công nghệ tiên tiến kết hợp công nghệ khí hóa than với chu kỳ kết hợp. Hệ thống IGCC cần thêm lò phản ứng thay đổi, tách CO2 và thiết bị tinh chế nén để chụp CO2. Than được chuyển đổi thành khí tổng hợp, chủ yếu bao gồm CO và H2, dưới nhiệt độ cao, áp suất cao và môi trường giàu oxy trong máy khí hóa: trong lò phản ứng dịch chuyển, CO và hơi nước trong khí tổng hợp tạo ra CO và hydro dưới tác động của chất xúc tác. Do áp suất khí cao tại thời điểm này, nồng độ CO cũng cao và phương pháp polyetylen glycol dimethyl ether (SELEXOL) có thể được sử dụng để hấp thụ CO. Phương pháp này là phương pháp hấp thụ vật lý. Bằng cách giảm áp suất của dung dịch, CO2 có thể được giải phóng và giải pháp có thể được tái tạo. Tiêu thụ năng lượng của nó nhỏ hơn nhiều so với phương pháp MEA. Đồng thời, do áp suất khí cao, mức tiêu thụ năng lượng của quá trình nén CO2 tiếp theo cũng giảm. Một số học giả đã phân tích hệ thống IGCC 500 MW và tin rằng sau khi cài đặt hệ thống chụp CO2, hiệu quả của IGCC sẽ giảm từ 38,4% (HHV) xuống còn 31,2% (HHV). Trong số đó, lò phản ứng chuyển đổi và sự nén của CO2 có tác động lớn nhất, làm giảm hiệu quả lần lượt là 4,2% và 2,1%. Chi phí loại bỏ CO2 bằng phương pháp này là khoảng 20 $/t.
Triển vọng kỹ thuật
Công nghệ chụp sau khi đốt là công nghệ trưởng thành nhất và đã được đưa vào sử dụng. Thiết bị chụp CO2 của nhà máy nhiệt điện than đầu tiên của đất nước tôi - Nhà máy sản xuất nhiệt điện Huaneng Bắc Kinh 3000 ~ 5000T/năm thiết bị trình diễn CO2 CO2 sử dụng công nghệ này. Công nghệ đốt cháy được làm giàu oxy hiện là một điểm nóng nghiên cứu, nhưng công nghệ này không trưởng thành và chủ yếu là trong giai đoạn phòng thí nghiệm và thí điểm. Dự án đốt cháy giàu oxy lớn nhất thế giới là dự án Vattenfall 30 MW được xây dựng ở Đức vào tháng 9 năm 2008, sử dụng công nghệ Alstom. Ngoài ra, Black Hills, cùng với B & W, Air Liquide và các công ty khác, sẽ xây dựng một nhà máy điện đốt cháy được làm giàu oxy 100MW ở bang Utah, Hoa Kỳ. Dự án dự kiến sẽ được hoàn thành vào năm 2015. Cả công nghệ chụp sau khi đốt và công nghệ đốt cháy được làm giàu oxy đều có thể được sử dụng để biến đổi các nhà máy điện hiện có. Chi phí của công nghệ đốt cháy được làm giàu oxy là tương đối thấp, nhưng nếu chỉ một phần của CO2 được nắm bắt, công nghệ chụp sau khi đốt phù hợp hơn. IGCC là công nghệ đốt than sạch nhất thế giới, nhưng công nghệ chưa trưởng thành và chi phí cao của nó hạn chế ứng dụng. Tuy nhiên, sau khi cài đặt CO2 Capture, việc tăng chi phí của nó là ít nhất và chi phí loại bỏ CO2 cũng là thấp nhất. Với sự phát triển của công nghệ, IGCC sẽ được sử dụng rộng rãi trong tương lai. Nhược điểm là công nghệ này chỉ có thể được sử dụng cho các nhà máy điện mới và không thể được sử dụng để chuyển đổi kỹ thuật của các nhà máy điện hiện có.
Bất kể công nghệ nào được sử dụng, có một số yêu cầu nhất định cho trang web. Do đó, nhà máy điện được thiết kế mới phải xem xét việc bắt CO2, suy nghĩ về công nghệ nào sẽ sử dụng trước, không gian dự trữ cho thiết bị loại bỏ CO2 và tìm một vị trí lưu trữ phù hợp gần đó.
Thúc đẩy công nghệ chụp CO2
Mặc dù công nghệ chụp CO2 đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu, nhưng nó vẫn chưa được quảng bá trên toàn thế giới. Điều này chủ yếu là do các yếu tố sau:
(1) Cân nhắc kinh tế: Sau khi bắt CO2, hiệu quả của toàn bộ nhà máy điện sẽ giảm 20%~ 30%và chi phí sản xuất điện sẽ tăng đáng kể. Các công ty đã kiếm được lợi nhuận không có động lực để nắm bắt CO2.
(2) Ảnh hưởng của các chính sách quốc gia: Bắt giữ CO2 phải được thúc đẩy bởi các chính sách quốc gia. Chính phủ có thể xem xét việc áp dụng các hình thức như áp thuế phát thải CO2 để thúc đẩy việc áp dụng công nghệ lưu trữ và chụp CO2.
(3) Ảnh hưởng của các chính sách quốc gia: Bắt giữ CO2 phải được thúc đẩy bởi các chính sách quốc gia. Chính phủ có thể xem xét việc áp dụng các hình thức như áp thuế phát thải CO2 để thúc đẩy việc áp dụng công nghệ lưu trữ và chụp CO2.
(4) Nhận thức cộng đồng: Sau khi áp dụng công nghệ thu CO2, giá điện chắc chắn sẽ tăng mạnh. Cho dù đó là tăng giá điện hoặc đánh thuế carbon, nó cần được công chúng công nhận và hỗ trợ.
Xây dựng các nhà máy sức mạnh trình diễn là một biện pháp hiệu quả để thúc đẩy việc thúc đẩy công nghệ chụp CO2. EU đã lên kế hoạch xây dựng 12 nhà máy sản xuất Trình diễn CO2 quy mô lớn vào năm 2012 để chuẩn bị quảng bá quy mô lớn trên toàn thế giới vào năm 2020.
Phần kết luận
Ba loại công nghệ thu thập CO2 cho các nhà máy nhiệt điện than được giới thiệu, những ưu điểm, nhược điểm và chi phí của các công nghệ khác nhau được so sánh và việc thúc đẩy công nghệ chụp CO2 được phân tích. Chi phí quá mức vẫn là yếu tố chính hạn chế sự phát triển của công nghệ chụp CO2. Cân nhắc toàn diện nên được thực hiện và các hệ thống tích hợp nên được thiết kế hợp lý để giảm chi phí. Ví dụ, CO2 được tạo ra có thể được sử dụng để tăng tốc độ thu hồi dầu của các mỏ dầu. Trong công nghệ làm giàu oxy, năng lượng lạnh của khí tự nhiên hóa lỏng nhập khẩu có thể được sử dụng để tách không khí để giảm chi phí sản xuất oxy.
