二氧化碳捕集与处理

《污染物控制技术》课程期末考核论文题目：二氧化碳捕集与处理

院（系）：材料科学与工程学院

专业：热能与动力工程

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完成时间 2014 年 12 月 20 日

二氧化碳捕集与处理

摘要：近年来，大量二氧化碳的排放使得全球气温持续升高，气候问题越来越受到各国人民的关注。本文从降低二氧化碳排放量出发，总结了当前常用的二氧化碳捕集方法有吸收法、吸附法、膜分离法、结霜分离法、生物捕捉法，分别阐述了各方法及其优缺点，结合当前技术分析了二氧化碳捕集技术的发展方向；随后介绍了液态封存和固态封存二氧化碳的现状及技术水平，并分析二氧化碳海洋封存带来的影响。

关键词：二氧化碳捕集、膜分离技术、二氧化碳处理

前言

随着我国现代工业的快速发展和人口的不断增长，我国能源消耗量急剧增加，尤其是以煤炭为主的能源消耗位居世界前列，导致了二氧化碳等大量的温室气体的排放，所带来的气候变暖成为全球性的环境问题，越来越受到各国的政府和人民的关注。由于温室效应的加剧而带来的气候反常，海平面上升等坏境的问题已经直接威胁到全人类的生存和发展了。我国二氧化碳排放量仅次于美国，现居世界第二位。C02捕集以及的处理已经迫在眉睫了。

1 二氧化碳捕集技术概况

二氧化碳捕集是指燃烧后的烟气通过分离设备以得到浓度较高的二氧化碳的过程。目前已知的二氧化碳捕集方法主要有燃烧后捕集、燃烧前捕集、富氧燃烧捕集。当前主要从燃烧后烟气中着手，比较普遍的二氧化碳捕集手段有吸收法、吸附法、膜分离法、结霜分离法、生物捕捉法等技术。

1.1吸收法

吸收法捕捉

CO的技术根据吸收剂的选择不同又可分为低温甲醇吸收技术、醇胺溶2

液化学吸收技术。

1.1.1低温甲醇吸收技术

该技术是20世纪50年代由德国林德(Linde)公司和鲁(Lurgi)公司联合开发的。其中大庆甲醇厂合成气脱碳即采用此项技术，但存在着操作成本高的问题。

1.1.2醇胺溶液化学吸收工艺

目前在世界范围内，醇胺化学溶剂吸收法是烟道气酸性气处理使用最多的方法。国内很多类似装置均采用以MDEA(甲A-乙醇胺)溶剂为吸收液的脱除技术。

1.2吸附法

吸附法是利用固体、薄膜或者液体维持一种气体或者液体在其表面的方法。这种方法要求被吸附的气体或液体不与吸附剂发生化学反应。目前较成熟的吸附技术有变温吸附、变温变压吸附、变电吸附等技术。

1.2.1变压吸附(PSA)

变压吸附技术是利用吸附剂的平衡吸附量随组分分压升高而增加的特性，进行加压吸附、减压脱附的操作方法。该技术有以下几个特点：①工艺简单，装置操作弹性大；②能适合原料的气量和组成有较大波动的工况；③操作成本较高，并且再生后的2CO 纯度约为95％。

1.2.2变温吸附(TSA)

变温吸附技术是指2CO 在较低温下被吸附，吸附完成之后，将吸附剂升温，释放其

中的2CO 还原吸附剂。

1.2.3变温变压吸附(PTSA)

变温变压吸附技术是将2CO 通到高压下的吸附剂装置中，吸附完成之后降低压力，

加热吸附剂释放其吸附的2CO 。使吸附剂循环使用。

1.2.4变电吸附(ESA)

将2CO 通到具有吸附性能的特殊装置中，吸附完成后，电极加载到导电炭上，其获

得能量，释放吸收的2CO 。这种方法捕集2CO 相对于其他捕捉技术更加经济可行。

1.3膜分离技术

膜分离是利用薄膜材料对各种气体的渗透率不同来选择性分离的方法，膜分离工艺装置简单，操作方便，能耗低。目前，从燃烧烟气中分离出2CO 的薄膜主要有两种类型：分子筛薄膜和溶解一扩散薄膜。

分子筛薄膜的特点是纳米尺寸的孔径，可以让2CO 气体通过，而阻止其他气体的通

过。溶解一扩散薄膜膜并不直接分离和捕捉气体而是起到类似于催化剂的作用，支持促进溶液与2CO 发生反应，使溶剂反应更加高效。溶解一扩散薄膜有三种类型旧3I ：薄膜开关、支持溶液薄膜(SLM ／LM)和控制液体薄膜(CLM)。

1.4结霜分离技术

低温分离技术是依据不同的化学物质和气体在不同的温度结霜实现对物质的分离。这种技术可以实现让特定的气体从混合气体中分离出来。目前这种技术的困难在于大规模的设备和冷却成本较高。

1.5生物捕捉技术

生物捕捉2CO 技术是利用植物的光合作用，捕捉2CO 与其反应并锁定2CO 的方法。但是，对大多数植物来说，光合作用是一个低效的缓慢的化学反应。因此，该方法捕集2CO 具有成本低、捕集时间长、绿色环保等特点。

2 二氧化碳捕集技术的发展趋势

目前

CO捕集技术主要朝两个方向发展：一是改进传统的吸附方法以提高传统胺吸2

附效率；二是发展选择性捕集技术。传统吸附方法的改进主要是改进催化剂促进试剂、吸收体的设计以及脱附条件。目前选择性捕集技术主要有：金属有机框架吸附、生物固定及用薄膜促进分离技术。

3 二氧化碳处理技术

处理二氧化碳的方法总体上来说可以分为以下几种：地质封存、海洋封存、矿石碳化和工业循环利用等。目的都是将捕集的二氧化碳以一种特定的方式储存在特定的场所。虽然这种方法不能彻底消除

CO，但是对缓解目前的温室效应具有一定作用。

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3.l 液态封存法

液态封存法是指二氧化碳以液体形式输送到海平面以下的某个深度进行保存，以保证它的状态长期不变。这一技术的关键在于如何保持液态二氧化碳在海水中的特性和长期稳定性而不会在海水中溶解形成碳酸。

3.2固态封存法

固态封存法是将氧化碳以固、水合物的形式封存在海底的方法。这项技术的关键在于水合物的快速形成、充分生长以及如何输送等问题。

4二氧化碳海洋封存对海洋生态环境的影响

无论二氧化碳以液态方式封存还是以同态方式封存，都不可避免的会生成对海洋生态环境有影响的碳酸。因此，我们需要用适当的技术进行控制和处理，使得影响降到最低。有研究人员指出：如果将液态二氧化碳快速排放到海水中，则不会形成纯的水合物．而是一种水合物与液态二氧化碳的混合体。由于比表面积大，这些二氧化碳会迅速溶解，使周围海水pH值显著降低．对生物的影响显然比较大。如果将二氧化碳缓慢地注入到海水中．则会在水合物和海水之间形成一层水合物膜。这样二氧化碳的溶解速率就慢得多，但对深海底栖生物的影响就小得多。如果二氧化碳是冷冻后制成鱼雷状的干冰块，由于它们的密度(1．56 k∥L)高于海水，所以可以快速穿过水柱进入到松软的沉积物地层中并被包合起来，这样不仅可以长期贮存而且对生物和生态系的影响也不大。同时．海洋深处也有一定的抵抗能力，一旦二氧化碳被人为注人其周边海水，增加了海水酸度，碱性碳酸钙可与之起中和反应而溶解，这将加快去除注入到深海之过量二化碳的速度．实际上为二氧化碳在深海的存留提供了一个庞大的余地。另外，越往深海，生物的丰富性、活动性就越差。所以二氧化碳封存得越深，对海洋环境的影响才会越小闭。总结

大量化石能源的消耗导致了大气中二氧化碳含量过高，使得全球气温持续升高，这给人类社会及地球自然环境造成了极大的威胁，因此我们降低排放到大气中的二氧化