二氧化碳捕集技術的研究進展

范淑菁,郝晨越,陳新月,詹 悅,王 新

(沈陽工業大學環境與化學工程學院,沈陽 110870)

全球溫室氣體特別是CO2含量日益增加,引發了環境問題。為了應對氣候變化,減緩全球變暖趨勢,我國宣布大力支持發展中國家能源綠色低碳發展,不再新建境外煤電項目[1]。目前,碳捕集利用與封存(CCUS)技術是減少CO2排放、保障能源安全、實現可持續發展的重要手段,是實現雙碳目標的重要技術支持,也是實現化石能源大規模低碳利用的重要途徑[2]。CCUS技術是在CCS技術的基礎上增加CO2利用環節,將CO2資源化,產生經濟效益。其中,碳捕集成本占整個CCUS成本的70%,碳捕集效率及其經濟效益對CCUS技術至關重要,因此CCUS的核心是CO2捕集[3]。

1 二氧化碳捕集技術

1.1 燃燒前捕集

燃燒前捕集指燃料在燃燒前通過碳捕集技術將碳分離出,主要利用煤氣化反應和水煤氣轉換反應。

1.1.1 煤氣化反應

煤的氣化反應是指將固態的煤轉化為氣態產物的一個化學過程。煤氣化是一種熱化學過程,通常在高溫(800 ℃～1500 ℃)下進行,可分為直接氣化和間接氣化。直接煤氣化通常是將煤與空氣或氧氣直接反應,其中最常見的直接氣化過程是部分氧化氣化和氧氣氣化。部分氧化氣化是將燃料中的煤與部分氧化劑反應,產生一氧化碳和氫氣等氣體。氧氣氣化是將煤與氧氣直接反應,生成一氧化碳和水蒸氣等氣體。間接煤氣化是將煤轉化為液體或固體燃料,如煤焦油、焦炭等。再加熱至高溫,與水蒸氣或氧氣反應。這種反應會產生一系列氣體,包括甲烷、一氧化碳、氫氣等。……