CO捕集技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CO2捕集与封存技术
CO2捕集：燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧捕集
CO2封存： 转化为无机碳酸盐、工业应用、注入海洋深处、 注 入地下岩层
吸收分离法 吸附分离法 膜法 低温蒸馏法 化学链燃烧法 富氧燃烧法
燃烧后捕集
第二章 CO2吸收分离技术
吸收分离法：国际上采用的主要方法之一
CO2吸收分离法特点： 设备投入成本低、 分离效果好、 运行稳定、 技术相对成熟
吸附过程中：吸附与解吸同时进行，两者速度相等时， 达到吸附平衡。 两相充分接触，吸附质在两相中达到平衡-静态热力 学平衡。
流动体系中，两相相对运动，吸附质在两相中达到平
衡-动态热力学平衡。
已经在化工、食品行业得到广泛应用
第二章 CO2吸收分离技术
2.1 CO2吸收分离原理
CO2吸收分离法： CO2在溶液中的溶解度与混合气中 其他组分的溶解度不同。
物理吸收法 CO2吸收分离法 化学吸收法 物理-化学吸收法
不循环
（吸收剂不再生）
循环
（吸收剂循环使用）
2.1.1 CO2物理吸收分离原理
2.2.3高效低能耗富液再生技术 • 传统化学吸收法再生工艺：能耗高 • • • • • 美国Praxair：抗氧化吸收工艺 美国DOE/NETL：CO2压缩热回收利用工艺 Jassim：变压再生、再生气源自文库分级压缩 Teramoto：毛细管式超滤膜 Bhaumik：减压工艺。
2.2.4典型化学吸收技术
• 电厂烟气特征：烟气分压低、流量大、处理前后压降要 求高。 • 目前电厂常用吸收剂：一乙醇胺（MEA） 缺点：再生能耗大、易与杂质气体反应、高温腐蚀、黏 度偏大、价格偏高。 新吸收剂研究方向： 1.氨水: 效率优于MEA，价格优势；易挥发，再生分离困 难，易二次污染。 2.离子液体：新型熔融盐，高CO2吸收负荷，再生简单； 黏度高，易分解产生毒性。 3.混合胺：一二级醇胺CO2反应效率高，三级醇胺CO2吸 收负荷高。
1.碳酸钾法 CO2+K2CO3+2H2O=2KHCO3
适用于合成氨工艺气、天然气和粗氢气回收CO2 活化热碳酸钾法：提高吸收温度、压力，同一温度下降压解吸 反应速率提高，需加入活性剂提高吸收、解吸速率并减轻腐蚀。
2.Solfinol法
物理-化学法，低压：有机胺与CO2反应，高压：CO2物理溶解。缺点： 溶剂易降解，价格高
2.2.1吸收剂优化选择 • 1.溶剂吸收容量（溶解度、与温度压力关系） • 2.溶剂选择性 • 3.饱和蒸汽压力（不应太大，以免溶剂损耗，溶 剂沸点要高） • 4.沸点（高于150℃） • 5.凝固点（较低） • 6.密度（影响较低，选用密度较低的吸收剂） • 7.黏度（影响传质传热，选用黏度小的吸收剂） • 8.热化学稳定性 腐蚀性、环境影响、毒性等等。
特点：低温吸收CO2，富液高温释放，吸收剂再生。
• 工艺配置：不循环工艺、循环工艺。（吸 收剂是否循环） 不循环：工艺配置简单，净化能量消耗小， 吸收剂消耗费用增加，废液吸收剂处理困 难。 循环：吸收剂消耗少，能耗高，工艺配置复 杂。（采用较多）
典型CO2化学吸收分离五大系统： 吸收装置、解吸装置、能量交换装置、系统 动力装置、系统辅助装置。
原理：气体与吸收剂活性组分反应，升温分 解释放起始组分。 气体溶解度影响因素： 物理溶解度、化学反应平衡常数、化学反应当量比 吸收剂再生：升温，不是降压。
2.2 CO2化学吸收分离关键技术
化学吸收法：气液反应脱除气相中易溶于吸收液的 方法。 实质：碱性吸收剂与混合气中CO2发生化学反应， 形成不稳定的盐，一定条件逆向分解释放CO2再 生，从而达到目的。
2.3.2 吸收剂种类、浓度选择
（1）吸收剂选择：被处理气体的压力、温度、组成、净化要求、吸 收剂物性、 价格；工艺要求：高CO2反应速率、高CO2负荷，易再生、价廉、无毒无腐 蚀等等。 （2）吸收剂浓度：根据腐蚀性和操作经验，一般20%-30%。
• 2.3.3 物料平衡计算 （1）气液平衡关系； （2）操作线方程以及最小液气比 （3）解吸过程的最小液气比
特征：CO2、液体溶剂不发生化学反应。 常用吸收剂： 水、有机溶剂（不反应的非电解质）、有机溶剂水溶液。 特点：1、适用CO2分压高、净化要求不高的情况。 2、再生不需加热，降压、气提。 3、工艺简单，操作压力高，CO2回收率低。 4、气体一般需预处理（烟气脱硫脱硝）。
2.1.2 CO2化学吸收分离原理
3.醇胺法
分子含羟基（可使蒸汽压降低增加水溶性）、胺基（使水 溶液显碱性）与CO2反应机理相当复杂。吸收能力决定于 其碱性强弱。
2.3 CO2化学吸收分离工艺设计
2.3.1 收集基础资料，明确设计目标
（1）基础资料收集：空间、位置、温度、压力； （2）明确任务：气体处理量、分离要求、操作温度、操作压力、物料腐蚀等。
加热或其它方式解吸再生，循环使用。
3.1吸附分离原理
合成氨、制氢、天然气净化过程含有吸附脱除CO2工艺 PSA-变压吸附 吸附工艺 TSA-变温吸附 PSTA-变压变温吸附
电厂烟气特点：气体流量大，CO2分压低，出口温度高， 含大量杂质气体。
新技术、新工艺应用与烟气脱除CO2
3.1.1吸附机理
吸附过程：固体、液体表面吸引其他物质的分子、原 子或离子富集在其表面的过程。（吸附剂、吸附质）
2.2.2反应设备传质强化技术
• 传统化学吸收法反应设备：填料塔。
优点：技术成熟，强有力的市场应用。 缺点：混合、传质速率低，塔设备尺寸巨大，气液 直接接触导致吸收剂夹带、沟流、鼓泡等。
降低尺寸和投资的关键： 1.反应设备传质强化（填料革新、应用新吸收设备） 2.解决气液接触操作问题 新设备：中空纤维膜反应器、超重力旋转反应器
• 2.3.4 填料吸收塔和解析塔设计 （1）填料选择。 （2）塔径计算 （3）塔高计算
第三章
CO2吸附分离技术
目 录
1
吸附分离原理
2
吸附分离CO2技术
3
吸附工艺
3.1吸附分离原理
吸附分离：基于气体、液体与吸附剂活性点之间的分
子间引力来实现。
吸附过程中，流动的气体或液体中的一个或多个组分
被吸附剂固体表面吸附，实现组分分离。（通常固定床）
CO2捕集：燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧捕集
CO2封存： 转化为无机碳酸盐、工业应用、注入海洋深处、 注 入地下岩层
吸收分离法 吸附分离法 膜法 低温蒸馏法 化学链燃烧法 富氧燃烧法
燃烧后捕集
第二章 CO2吸收分离技术
吸收分离法：国际上采用的主要方法之一
CO2吸收分离法特点： 设备投入成本低、 分离效果好、 运行稳定、 技术相对成熟
吸附过程中：吸附与解吸同时进行，两者速度相等时， 达到吸附平衡。 两相充分接触，吸附质在两相中达到平衡-静态热力 学平衡。
流动体系中，两相相对运动，吸附质在两相中达到平
衡-动态热力学平衡。
已经在化工、食品行业得到广泛应用
第二章 CO2吸收分离技术
2.1 CO2吸收分离原理
CO2吸收分离法： CO2在溶液中的溶解度与混合气中 其他组分的溶解度不同。
物理吸收法 CO2吸收分离法 化学吸收法 物理-化学吸收法
不循环
（吸收剂不再生）
循环
（吸收剂循环使用）
2.1.1 CO2物理吸收分离原理
2.2.3高效低能耗富液再生技术 • 传统化学吸收法再生工艺：能耗高 • • • • • 美国Praxair：抗氧化吸收工艺 美国DOE/NETL：CO2压缩热回收利用工艺 Jassim：变压再生、再生气源自文库分级压缩 Teramoto：毛细管式超滤膜 Bhaumik：减压工艺。
2.2.4典型化学吸收技术
• 电厂烟气特征：烟气分压低、流量大、处理前后压降要 求高。 • 目前电厂常用吸收剂：一乙醇胺（MEA） 缺点：再生能耗大、易与杂质气体反应、高温腐蚀、黏 度偏大、价格偏高。 新吸收剂研究方向： 1.氨水: 效率优于MEA，价格优势；易挥发，再生分离困 难，易二次污染。 2.离子液体：新型熔融盐，高CO2吸收负荷，再生简单； 黏度高，易分解产生毒性。 3.混合胺：一二级醇胺CO2反应效率高，三级醇胺CO2吸 收负荷高。
1.碳酸钾法 CO2+K2CO3+2H2O=2KHCO3
适用于合成氨工艺气、天然气和粗氢气回收CO2 活化热碳酸钾法：提高吸收温度、压力，同一温度下降压解吸 反应速率提高，需加入活性剂提高吸收、解吸速率并减轻腐蚀。
2.Solfinol法
物理-化学法，低压：有机胺与CO2反应，高压：CO2物理溶解。缺点： 溶剂易降解，价格高
2.2.1吸收剂优化选择 • 1.溶剂吸收容量（溶解度、与温度压力关系） • 2.溶剂选择性 • 3.饱和蒸汽压力（不应太大，以免溶剂损耗，溶 剂沸点要高） • 4.沸点（高于150℃） • 5.凝固点（较低） • 6.密度（影响较低，选用密度较低的吸收剂） • 7.黏度（影响传质传热，选用黏度小的吸收剂） • 8.热化学稳定性 腐蚀性、环境影响、毒性等等。
特点：低温吸收CO2，富液高温释放，吸收剂再生。
• 工艺配置：不循环工艺、循环工艺。（吸 收剂是否循环） 不循环：工艺配置简单，净化能量消耗小， 吸收剂消耗费用增加，废液吸收剂处理困 难。 循环：吸收剂消耗少，能耗高，工艺配置复 杂。（采用较多）
典型CO2化学吸收分离五大系统： 吸收装置、解吸装置、能量交换装置、系统 动力装置、系统辅助装置。
原理：气体与吸收剂活性组分反应，升温分 解释放起始组分。 气体溶解度影响因素： 物理溶解度、化学反应平衡常数、化学反应当量比 吸收剂再生：升温，不是降压。
2.2 CO2化学吸收分离关键技术
化学吸收法：气液反应脱除气相中易溶于吸收液的 方法。 实质：碱性吸收剂与混合气中CO2发生化学反应， 形成不稳定的盐，一定条件逆向分解释放CO2再 生，从而达到目的。
2.3.2 吸收剂种类、浓度选择
（1）吸收剂选择：被处理气体的压力、温度、组成、净化要求、吸 收剂物性、 价格；工艺要求：高CO2反应速率、高CO2负荷，易再生、价廉、无毒无腐 蚀等等。 （2）吸收剂浓度：根据腐蚀性和操作经验，一般20%-30%。
• 2.3.3 物料平衡计算 （1）气液平衡关系； （2）操作线方程以及最小液气比 （3）解吸过程的最小液气比
特征：CO2、液体溶剂不发生化学反应。 常用吸收剂： 水、有机溶剂（不反应的非电解质）、有机溶剂水溶液。 特点：1、适用CO2分压高、净化要求不高的情况。 2、再生不需加热，降压、气提。 3、工艺简单，操作压力高，CO2回收率低。 4、气体一般需预处理（烟气脱硫脱硝）。
2.1.2 CO2化学吸收分离原理
3.醇胺法
分子含羟基（可使蒸汽压降低增加水溶性）、胺基（使水 溶液显碱性）与CO2反应机理相当复杂。吸收能力决定于 其碱性强弱。
2.3 CO2化学吸收分离工艺设计
2.3.1 收集基础资料，明确设计目标
（1）基础资料收集：空间、位置、温度、压力； （2）明确任务：气体处理量、分离要求、操作温度、操作压力、物料腐蚀等。
加热或其它方式解吸再生，循环使用。
3.1吸附分离原理
合成氨、制氢、天然气净化过程含有吸附脱除CO2工艺 PSA-变压吸附 吸附工艺 TSA-变温吸附 PSTA-变压变温吸附
电厂烟气特点：气体流量大，CO2分压低，出口温度高， 含大量杂质气体。
新技术、新工艺应用与烟气脱除CO2
3.1.1吸附机理
吸附过程：固体、液体表面吸引其他物质的分子、原 子或离子富集在其表面的过程。（吸附剂、吸附质）
2.2.2反应设备传质强化技术
• 传统化学吸收法反应设备：填料塔。
优点：技术成熟，强有力的市场应用。 缺点：混合、传质速率低，塔设备尺寸巨大，气液 直接接触导致吸收剂夹带、沟流、鼓泡等。
降低尺寸和投资的关键： 1.反应设备传质强化（填料革新、应用新吸收设备） 2.解决气液接触操作问题 新设备：中空纤维膜反应器、超重力旋转反应器
• 2.3.4 填料吸收塔和解析塔设计 （1）填料选择。 （2）塔径计算 （3）塔高计算
第三章
CO2吸附分离技术
目 录
1
吸附分离原理
2
吸附分离CO2技术
3
吸附工艺
3.1吸附分离原理
吸附分离：基于气体、液体与吸附剂活性点之间的分
子间引力来实现。
吸附过程中，流动的气体或液体中的一个或多个组分
被吸附剂固体表面吸附，实现组分分离。（通常固定床）