【文章內容簡介】 ,捕集系統(tǒng)龐大 ,需耗費大量的能源。從而導致分離回收困難，成本較高，而且還會大大降低電廠的發(fā)電效率。 綜上所述 綜上 本項目為 維它為 XX華能煤電廠 新建 一套燃后用化學吸收法的 CCSamp。U子系統(tǒng) 。 年吸收二氧化碳達 2萬噸 ,精制后二氧化碳純度達到食品級。把工業(yè)級的二氧化碳與環(huán)氧丙烷、甲醇合成年產(chǎn) 1萬噸的碳酸二甲酯。 CCSamp。U 項目意義 順應我國中長期能源發(fā)展戰(zhàn)略的需要 近年來 ,溫室效應已成為全球性的氣候問題 ,給社會和經(jīng)濟帶來了嚴重的負面影響。 CO2對溫室效應的貢獻占 60%以上。隨著全球工業(yè)化進程的加快 ,世界CO2排放量增加 ,其中 中國 CO2總排放量僅次于美國，列世界第 2 位，并呈現(xiàn)不斷增長趨勢。預計到 20xx 年，中國 CO2 總排放量將位居世界第一位，約占世界 CO2排放量的 1/ 5 我國能源結構以煤炭為主， CO2排放量劇增 ,使我國在處理環(huán)境問題中非常棘手，同時也造成我國對《東京議定書》和《巴厘島公約》的履約面臨巨大壓力。因此， CCSamp。U技術 對解決溫室效應具有重要的現(xiàn)實意義。 項目概況 本項目采用乙醇胺化學法吸收 CO2再經(jīng)加熱脫吸，精制，儲存。再一部分從環(huán)氧丙烷出發(fā) ,先與 CO2進行環(huán)加成生成碳酸丙烯酯，然后在催化劑作用下，通過均相催化 或非均相催化工藝，與甲醇進行酯交換反應，從而實現(xiàn)聯(lián)產(chǎn) DMC 9 和乙二醇，副產(chǎn)二甲醚、二甘醇、水。該反應為常壓反應，反應溫度 50～ 100℃。反應全過程環(huán)氧乙烷的轉化率 97 % ,對 DMC 的選擇性 96%。該反應分兩步進行。 經(jīng)濟分析 項目總投資及資金來源 本項目的建設總投資額約為萬元，其中建設投資 萬元，建設期貸款利息 萬元，流動資金 萬元。 資金來源為向中國建設銀行貸款 10000 萬元，剩下的以企業(yè)自由資金注入的方式籌得，其中 30%為鋪底流動資金。 建設周期 考慮建設過程中各環(huán)節(jié)時間安排及干擾因素的影響，建設周期為一年。 經(jīng)濟評價 本項目投資利潤率為 %，投資利稅率為 %，投資回收期為 年。 項目結論 經(jīng)產(chǎn)品市場分析、原料路線選擇、建廠地址確定以及項目經(jīng)濟分析，最后證實本廠方案可行，不僅能實現(xiàn)本項目自身的低碳生活價值，亦能有力促進 XX地區(qū)以及西部地區(qū)的經(jīng)濟與社會發(fā)展。 存在問題及建議 （ 1）本設計中某些工藝尚未大規(guī)模工業(yè)化應用，因此要將其投入大規(guī)模生產(chǎn)仍需要進一步的試驗和改進，使其更加成熟。 （ 2）本設計 綠色環(huán) 保低碳 ， 符合目前的經(jīng)濟發(fā)展模式， 需要各級政府給予更多支持，在稅收等政策上提供優(yōu)惠，使本項目早日實現(xiàn)較好的經(jīng)濟 社會效益。 10 第 二 章 市場分析 CCS 系統(tǒng) CCS 系統(tǒng)概述 CCS（ Carbon Capture and Storage） 技術，是將二氧化碳（ CO2）捕獲和封存的技術。 CCS 技術是指通過碳捕捉技術，將工業(yè)和有關能源產(chǎn)業(yè)所生產(chǎn)的二氧化碳分離出來，再通過碳儲存手段，將其輸送并封存到海底或地下等與大氣隔絕的地方。 CCS 是穩(wěn)定大氣溫室氣體濃度的減緩行動組合中的一種選擇方案。 CCS 具 有減少整體減緩成本以及增加實現(xiàn)溫室氣體減排靈活性的潛力。CCS 的廣泛應用取決于技術成熟性、成本、整體潛力、在發(fā)展中國家的技術普及和轉讓及其應用技術的能力、法規(guī)因素、環(huán)境問題和公眾反應。 CO2 的捕獲可用于大點源。 CO2將被壓縮、輸送并封存在地質構造、海洋、碳酸鹽礦石中，或是用于工業(yè) 生產(chǎn) 。 CO2 大點源包括大型化石燃料或生物能源設施、主要 CO2排放型工業(yè)、天然氣生產(chǎn)、合成燃料工廠以及基于化石燃料的制氫工廠。潛在的技術封存方式有：地質封存（在地質構造中，例如石油和天然氣田、不可開采的煤田以及深鹽沼池構造），海洋封存 （直接釋放到海洋水體中或海底）以及將 CO2固化成無機碳酸鹽。 CCS 系統(tǒng)組成 碳捕集 CCS 技術由碳捕集和碳封存兩個部分組成。其中，碳捕集技術最早應用于煉油、化工等行業(yè)。由于這些行業(yè)排放的 CO2濃度高、壓力大，捕集成本并不高。而在燃煤電廠排放的 CO2則恰好相反，捕集能耗和成本較高?，F(xiàn)階段的碳捕集技術尚無法 很好的 解決這一問題。 碳捕集技術目前大體上分作三種：燃燒前捕集、富氧燃燒捕集和燃燒后捕 11 集。三者各有優(yōu)勢，卻又各有技術難題尚待解決，目前呈并行發(fā)展之勢。哪一種先取得突破，哪一種就 會成為未來的主流。 燃燒前捕集技術以 IGCC（整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)）技術為基礎：先將煤炭氣化成清潔氣體能源，從而把 CO2在燃燒前就分離出來，不進入燃燒過程。而且， CO2 的濃度和壓力會因此提高，分離起來較方便，是目前運行成本最廉價的捕集技術，其前景為學界所看好。問題在于，傳統(tǒng)電廠無法應用這項技術，而是需要重新建造專門的 IGCC 電站，其建造成本是現(xiàn)有傳統(tǒng)發(fā)電廠的兩倍以上。 還有一種由燃燒源頭直接產(chǎn)生高濃度 CO2的方法，就是利用富氧燃燒。一般燃燒是以空氣提供燃燒所需的氧氣，氧氣濃度僅約 2l％，若改以高濃度或 95％以上的氧氣，則稱為富氧燃燒或純氧燃燒。這是燃料中的碳與氫在純氧中燃燒，由于少了空氣中的氮氣，燃燒后的廢氣含有 90％以上的 CO2，便不需要再經(jīng)由CO2捕獲或分離程序，通過對氣流進行冷卻和壓縮清除水汽就能直接把 CO2壓縮封存或再利用。目前富氧燃燒技術仍在研究發(fā)展中，德國對該項技術的研究處于領先水平，已制造出了示范模擬設備。 此次我們的設計應用的就是燃燒后捕集。燃燒后捕集可以直接應用于傳統(tǒng)電廠，北京高碑店熱電廠所采用的就是這條技術路線。這一技術路線對傳統(tǒng)電廠煙氣中的 CO2進行捕集，投入相對較少。這項技術分支較多 ，可以分為化學吸收法、物理吸附法、膜分離法、化學鏈分離法等等。其中，化學吸收法被認為市場前景最好，受廠商重視程度也最高，但設備運行的能耗和成本較高。 我們設計小組 通過查閱 相關 文獻 和大量分析 ，在這次的設計中 我們 將運用 節(jié)能化學吸收法 —— 特點是節(jié)能并且吸收劑使用年限增加。 碳封存 CO2封存方式 可 分成 4 種：一是通過化學反應將 CO2轉化成固體無機碳酸鹽；二是注入地下巖層；三是注入海洋 1000 米深處以下；四是工業(yè)直接應用或作為多種含碳化學品的生產(chǎn)原料。第二種方式最具潛力，向地層深處注入 CO2的技術，在很多 方面與油氣工業(yè)已開發(fā)成功的技術相同，有些技術從 20 世紀80 年代末就開始使用了。 12 1）礦石碳化 礦石碳化是指利用堿性和堿土氧化物，如氧化鎂 ((MgO)和氧化鈣 (CaO)將CO2 固化，這些物質目前都存在于天然形成的硅酸鹽巖中，例如：蛇紋巖和橄欖石。這些物質與 CO2 化學反應后產(chǎn)生諸如碳酸鎂 (MgCO3)和碳酸鈣 (CaCO3)這類化合物。地殼中硅酸巖的金屬氧化物數(shù)量超過了固化所有可能的化石燃料儲量燃燒產(chǎn)生的 CO2量。礦石碳化產(chǎn)生出能夠長時間穩(wěn)定的二氧化硅和硅酸鹽，因而能夠在一些地區(qū)進行處置，如硅酸鹽礦區(qū)，或者在建筑 用途中加以利用，盡管與產(chǎn)生的數(shù)量相比這種二次利用可能相對很小， CO2 在碳化后將不會釋放到大氣中。因此，幾乎沒有必要監(jiān)測這些處理地點，而相關的風險非常小。利用天然硅酸鹽的礦石碳化技術正處于研究階段，但是利用工業(yè)廢棄物的某些流程目前處于示范階段。 2）地質封存 圖 CO2 地質封存 示意圖 三種類型的 地質構造可用于 CO2的地質封存：石油和天然氣儲層、深鹽巖 13 層構造和不可開采的煤層。在每種類型中， CO2的地質封存都將 CO2壓縮液注人地下巖石構造中。含流體或曾經(jīng)含流體 (如天然氣、石油或鹽水等 )的多孔巖石構造 (如枯竭的油氣儲層 )都是潛在的封存 CO2地點的選擇對象。 封存在 800 米深度以下，此處的周邊壓力和溫度通常使 CO2處于液體或超臨界值的狀態(tài)。在這種條件下 CO2的密度是水密度的 50％～ 80％。該密度接近某些原油的密度，產(chǎn)生驅使 CO2向上的浮力。因此，選擇封存儲層具有良好封閉性能的冠巖十分重要，以確保把 CO2限 制在地下。當被注入地下時， CO2通過部分置換已經(jīng)存在的流體 (現(xiàn)場流體 )來擠占并充滿巖石中的孔隙。在石油和天然氣儲層中，用注人的 CO2置換現(xiàn)場流體可為封存 CO2提供大部分孔隙容積。在深水鹽層構造中，隨著 CO2與現(xiàn)場流體和寄巖發(fā)生化學反應，就出現(xiàn)所謂的地質化學俘獲機理。向衰竭或將要衰竭的油氣層注人 CO2是最有吸引力的選擇，因為它可將 CCS 技術和提高采收率技術聯(lián)系在一起。 3）海洋封存 CO2海洋封存方案是將捕獲的 CO2直接注入深海 (深度在 1000 米以上 )，大部分 CO2在這里將與大氣隔離若干世紀。該方案的實施辦法 是：通過管道或船舶將 CO2運輸?shù)胶Ｑ蠓獯娴攸c，從那里再把 CO2注人海洋的水柱體或海底。海洋封存尚未采用，也未開展小規(guī)模試點示范，仍然處在研究階段。海洋占地表的 70％以上，海洋的平均深度為 3800 米。由于 CO2可在水中溶解，所以，大氣與水體在海洋表面不斷進行 CO2的自然交換，直到達到平衡為止。若 CO2的大氣濃度增加，海洋則逐漸吸收額外的 CO2。 4）工業(yè)利用 工業(yè)利用是指工業(yè)上對 CO2的利用，包括 CO2作為反應物的生化過程，例如：那些在尿素和甲醇生產(chǎn)中利用 CO2的生化過程，以及各種直接利用 CO2的技術應用，比 如：園藝、冷藏冷凍、食品包裝、焊接、飲料和滅火材料的應用。目前，全球的 CO2利用量每年約 1． 2 億噸，大多數(shù) (占總數(shù)的 2／ 3)是用于生產(chǎn)尿素，其余用在肥料和其他產(chǎn)品的生產(chǎn)。有些 CO2從天然井中提取，而有一些來自工業(yè)源，主要是高濃縮源，例如：制氨和制氫廠，在生產(chǎn)過程中捕獲 CO2 14 作為生產(chǎn)流程的一部分 。 此次 CCS 系統(tǒng)設計是以火力電廠為基礎，捕集后只需要暫時貯存，所以此次不需要對 CO2進行 長期 封存。 下圖為二氧化碳 CCS 各種方式。 圖 CO2 的 CCS 世界 CCS 技術 發(fā)展及 應用 隨著全球面臨的氣候問 題日益嚴峻， 當前 各國政府非常重視對 CCS 技術研究的支持。美國、歐盟、澳大利亞、加拿大、挪威等國家或政府間組織都制訂了相應的研究規(guī)劃，開展 CCS 技術的理論、試驗、示范和應用研究，并且已經(jīng)有了成功的實例。其中，美國走在世界最前列，針對 CCS 技術的科研規(guī)劃和項目組織實施較為周密完善。美國于 20xx 年開始由能源部主持正式開展 CO2封存研究和發(fā)展項目，將地質封存和海洋封存列為主要研究方向，并制訂了詳細的技術路線圖。 20xx 年美國已開展了 25 個 CO2 地下構造注入、儲存與監(jiān)測的現(xiàn)場試驗，并已進入驗證階段。為加強國際合作 ， 20xx 年，美國發(fā)起成立了“碳收集領導人論壇 ”， 目前共有美國、加拿大、歐盟、英國、澳大利亞、日本、 15 德國、挪威、巴西、意大利、印度、中國、哥倫比亞、墨西哥、俄羅斯、南非、法國等 22 個成員，共同組織開展理論與實驗研究。 當前國際上 CCS 技術研發(fā)所關注的主要問題包括：二氧化碳，在地質封存系統(tǒng)中吸附和遷移的機理與規(guī)律。在地層中的相態(tài)及其變化規(guī)律、化學反應及固化條件：注二氧化碳采油過程中的物理化學理論問題、復雜滲流力學原理、各類二氧化碳提高采收率數(shù)值模擬基礎模型；長距離管道運輸二氧化碳的化學腐蝕機理與規(guī)律等。 中國 CCS 技術 發(fā)展及 應用 與國際較為先進的 CCS 技術相比，中國還處于起步階段，而且大都采用燃燒后捕集方式，工業(yè)上的應用也主要是提高石油采收率。目前我國只是在二氧化碳濃度高、比較容易捕集的煉油、合成氨、制氫、天然氣凈化等工業(yè)過程中應用二氧化碳捕集，而鋼鐵廠和電廠排放的煙道氣流量很大．占二氧化碳排放量的 40％～ 50％，但二氧化碳濃度僅為 15％左右，體系復雜，因而分離設備體系龐大，能耗高。 不過，近年來中國在 CCS 的研究上進行了很多工作。從 20xx 年開始政府就參加了相關的領導人論壇。這幾年，包括 “ 973 計 劃 ” 、 “ 863 計劃 ” 在內的國家重大課題都對 CCS 的研究進行了立項，并取得了重大進展。 我國的二氧化碳捕集和封存并沒有僅僅停留在理論研究上 ， 一些企業(yè)還在實踐中進行了嘗試。 20xx 年 7 月 16 日，我國首個燃煤電廠二氧化碳捕集示范工程 ——華能北京高碑店熱電廠二氧化碳捕集示范工程正式建成投產(chǎn)。經(jīng)過緊張施工、調試、試生產(chǎn)，目前二氧化碳回收率大于 85％，年可回收二氧化碳 3000t。電廠燃煤鍋爐燃燒后煙氣經(jīng)各種方法脫硫后，其中含有約 12％～ 13％的二氧化碳及其他少量雜質，然后將這些氣體送入二氧化碳填料吸收塔，利用一些溶液的化學特性吸收煙氣中低濃度的二氧化碳，處理后的僅含少量雜質、大量氮氣和水分的凈化氣直接排向大氣。分離、提純后的二氧化碳純度達到 99． 5％以上．項目捕獲得到的二氧化碳能夠達到食品級的標準．在銷售給中間商后，獲 16 得了雙倍利潤。雖然高碑店電廠把捕集的二氧化碳賣掉，并沒有封存，也不能算做減排，但是該項目具有重大意義 ——這是我國目前唯一一個在熱電廠實現(xiàn)工業(yè)級應用碳捕集技術的項目，由華能集團投資、西安熱工研究院提供技術支持。這個項目既是 20xx 年 “ 亞太六國 ” 國際框架合作項目中的一項，也被北京市政