Zemljina klima prolazi značajnu promjenu karakterizirana globalnim zagrijavanjem, što će imati važan utjecaj na globalni ekosustav i socijalni i ekonomski razvoj. Studije su pokazale da je to uglavnom posljedica zagrijavanja stakleničkih plinova, poput CO2 koje emitiraju ljudi koji koriste fosilna goriva. Posljednjih desetljeća emisije CO2 povećavaju se s ekonomskim razvojem. 2006. godine svjetske emisije CO2 dosegle su 28 milijardi tona, od kojih je Kina činila 20,2%. Fosilna goriva poput ugljena, nafte i prirodnog plina glavni su izvori emisije CO2, a ugljen emitira najviše CO2. Ugljen je relativno "prljav" izvor energije. Ugljen s istom kaloričnom vrijednošću emitira mnogo više CO2 od nafte i prirodnog plina, a najvažniji je izvor emisije CO2. U 2006., Coal je činio samo 26% glavne potrošnje energije na svijetu, ali njegove emisije CO2 činile su 41,7%. Ovaj je problem posebno istaknut u mojoj zemlji: u 2007. godini potrošnja ugljena moje zemlje bila je 2,59 milijardi tona, što je činilo 69,5% primarne potrošnje energije moje zemlje i više od 80% emisije CO2 moje zemlje. Od toga, za proizvodnju energije korišteno je 1,31 milijardi tona. U 2008. godini, stvaranje toplinske energije činilo je 80% ukupne proizvodnje energije moje zemlje, od kojih je većina bila iz elektrana na ugljen. Zbog niske cijene, obilnih rezervi i jednostavnog pristupa, ugljen će dugo ostati glavni izvor moje zemlje.
Trenutno su uglavnom sljedeći načini za kontrolu emisija CO2: poboljšati energetsku učinkovitost, koristiti obnovljive izvore energije kao što su vjetroelektrana, solarna energija, energija biomase i nuklearna energija, te koristite tehnologiju hvatanja CO2 za sagorijevanje fosilnih goriva.
U doglednoj budućnosti, fosilna goriva i dalje će nam biti glavni izvor energije, što zahtijeva od nas da usvojimo tehnologiju hvatanja i skladištenja CO2 (CCS) kako bismo smanjili emisiju CO2. Termičke elektrane najvažniji su izvor emisije CO2, a njihove emisije CO2 prelaze 40% od ukupnog broja. Zbog svoje centralizirane emisije i jednostavne kontrole, oni su postali glavni predmeti aplikacije tehnologije hvatanja i skladištenja CO2.
CO2 hvatanje i skladištenje odnosi se na prikupljanje CO2 koje emitiraju elektrane, a zatim ga prevoze na mjesto za pohranu CO2 kroz cjevovod. Ovaj se članak uglavnom fokusira na tehnologiju hvatanja CO2. Trenutno postoje tri glavne vrste tehnologija za hvatanje CO2:
Tehnologija hvatanja nakon ubijanja
Tehnologija izgaranja obogaćena kisikom
Tehnologija za hvatanje prije ubrzanja
Ključne riječi: CO2 hvatanje; toplinska elektrana; izgaranje obogaćeno kisikom; Snimanje dimnih plinova; zarobljavanje prije ukidanja
Tehnologija hvatanja nakon ubijanja
Tehnologija hvatanja nakon kombiniranja koristi se za hvatanje ugljika u dimnom plinu nakon izgaranja. Koristi monoetanolamin (MEA) ili druge otopine za izravno apsorbiranje CO u dimnim plinu za hvatanje. MEA otopina je organsko kemijsko otapalo koje se koristi za uklanjanje kiselih plinova u prirodnom plinu, poput CO2, H2S itd. Više od 60 godina. Njegova apsorpcija CO2 pripada kemijskoj adsorpciji, koja može osloboditi CO2 pod zagrijavanjem. Pomoću ove metode za snimanje CO2 u dimnim plinu može ukloniti 75%~ 90%CO2 u dimnom plinu i dobiti CO2 s čistoćom od 99%.
Da bi se uhvatio CO2 u dimnom plinu, u opremu je potrebno dodati apsorpcijsku toranj i toranj za regeneraciju kako bi se apsorbirala i oslobađala CO2. Pored toga, parni sustav treba izmijeniti kako bi se izvukao pare kako bi se otopina i oslobodila CO2. Zbog niskog tlaka dimnih plinova (uglavnom blizu atmosferskog tlaka), niske koncentracije CO2 (10%~ 15%) i ogromnog protoka plina, sustav hvatanja je velik i troši puno energije. Glavni gubitak energije tehnologije za hvatanje nakon kombiniranja leži u regeneraciji otopine MEA. Procjenjuje se da će se za novoizgrađene jedinice s CO2 hvatanjem učinkovitosti smanjiti za oko 20% ~ 30% u usporedbi s jedinicama s istim parametrima, a energija koja se troši regeneracijom MEA otopine čini više od polovice ukupne potrošene energije. Energija potrebna za regeneraciju obično dolazi od ekstrakcije pare niskog tlaka turbine. Alstom je proučavao modifikaciju CO2 za hvatanje jedinice u Sjedinjenim Državama, pokazujući da se za regeneraciju MEA otopine koristi 79% pare nakon cilindra srednjeg tlaka. Budući da ekstrakcija pare sprječava da jedinica radi u optimalnim uvjetima, učinkovitost će i dalje opadati.
Pored toga, kiseli plinovi poput SO2 i NO2 u dimnim plinu reagirat će s otopinom MEA kako bi se stvorile toplinske stabilne soli, što rezultira gubitkom otopine MEA. Stoga se sadržaj kiselih plinova u dimnom plinu mora kontrolirati na oko 10x10 ". To zahtijeva izmjenu sustava desulfurizacije kako bi se poboljšala učinkovitost desulfurizacije. Što se tiče NOX, budući da neXU dimnom plinu uglavnom nije, a NO2 samo oko 5%, obični SCR sustav može zadovoljiti potrebe.
Tehnologija izgaranja obogaćena kisikom
Tehnologija sagorijevanja obogaćena kisikom koristi tehnologiju proizvodnje kisika kako bi prenijela čisti kisik, a dio recikliranog dimnog plina u kotao za izgaranje, tako da koncentracija CO2 u dimnom plinu doseže više od 95%, što može izravno komprimirati i pročistiti.
Oprema za snimanje CO2 pomoću tehnologije sagorijevanja obogaćene kisikom uglavnom uključuje uređaje za odvajanje zraka, uređaje za recirkulaciju dimnih plinova i uređaje za kompresiju i pročišćavanje CO2. Glavni gubitak energije tehnologije izgaranja obogaćenog kisikom leži u odvajanju zraka za proizvodnju kisika. Trenutno uobičajena tehnologija raspadanja i odvajanja zraka troši puno energije, a potrebna električna energija čini oko 18% ukupne proizvodnje energije. Istodobno, zbog smanjenja protoka dimnih plinova i smanjenja gubitka topline ispušnih plinova, učinkovitost kotla može se povećati za oko 3%. Općenito, učinkovitost cijele elektrane smanjit će se za 20%~ 30%. Trenutno se proučavaju nove tehnologije proizvodnje kisika, poput tehnologije prometne membrane kisika i ionske transportne membrane (OTM). Jednom kada se napravi proboj, troškovi tehnologije izgaranja obogaćene kisikom mogu se uvelike smanjiti.
Zbog kontinuiranog cirkulacije dimnog plina, koncentracija SO2 u dimnom plinu je 2 ~ 3 puta veća od izgaranja zraka. Ako je sadržaj sumpora u ugljenu visok, dimnjački plin treba izvući nakon sustava desulfurizacije kako bi se spriječila korozija opreme. Ako nije visoka, oprema za desulfurizaciju može se otkazati. NEXEmisije će se uvelike smanjiti pod pretpostavkom prihvaćanja niske tehnologije izgaranja NOX. S jedne strane, to je zato što nedostaje N2 u dimnom plinu, a nema termičkog brXgenerira se. S druge strane, NOX se može dodatno smanjiti tijekom cirkulacije. Nakon što se CO2 komprimira i ukapljuje, bezumljivi plinovi, uključujući višak kisika koji curi u zrak kotla, SO2, neX, itd., razdvojit će se; Zagađivači se mogu tretirati prema lokalnim zahtjevima zaštite okoliša.
Tehnologija za hvatanje prije ukidanja uglavnom se koristi u kombinaciji s IGCC tehnologijom. IGCC (integrirani kombinirani ciklus uplinjaja) je napredna tehnologija koja kombinira tehnologiju uplinjavanja ugljena s kombiniranim ciklusom. IGCC sustav mora dodati reaktor Shift, odvajanje CO2 i uređaj za pročišćavanje kompresije za snimanje CO2. Ugljen se pretvara u sintezu plina, uglavnom sastavljen od CO i H2, pod visokim temperaturama, visokim tlakom i okolinom bogatom kisikom u uplinjaču: u smjeni reaktora, CO i vodena para u sinteznom plinu stvaraju CO i vodik pod djelovanjem katalizatora. Budući da je tlak plina u ovom trenutku visok, koncentracija CO je također visoka, a metoda polietilen glikola dimetil etera (seleksol) može se koristiti za apsorbiranje CO. Ova metoda je fizička metoda apsorpcije. Smanjivanjem tlaka otopine, CO2 se može osloboditi i otopina se može regenerirati. Njegova potrošnja energije mnogo je manja od one u metodi MEA. Istodobno, zbog visokog tlaka plina, također je smanjena potrošnja energije sljedećeg postupka kompresije CO2. Neki su znanstvenici analizirali IGCC sustav od 500 MW i vjeruju da će nakon instaliranja sustava za hvatanje CO2, učinkovitost IGCC -a pasti s 38,4% (HHV) na 31,2% (HHV). Među njima, reaktor pretvorbe i kompresija CO2 imaju najveći utjecaj, što smanjuje učinkovitost za 4,2%, odnosno 2,1%. Trošak uklanjanja CO2 ovom metodom iznosi oko 20 $/t.
tehničke izglede
Tehnologija hvatanja nakon ublažavanja najzrelija je tehnologija i stavljena je u upotrebu. Prvi uređaj za hvatanje CO2 na ugljenom na ugljenu - Huaneng Peking Termalna elektrana 3000 ~ 5000T/godina CO2 Demonstracijski uređaj za hvatanje koristi ovu tehnologiju. Tehnologija izgaranja obogaćena kisikom trenutno je istraživačka žarište, ali tehnologija nije vrlo zrela i uglavnom ostaje u laboratorijskoj i pilot fazi. Najveći svjetski projekt izgaranja obogaćen kisikom je projekt Vattenfall od 30 MW izgrađen u Njemačkoj u rujnu 2008., koji koristi Alstom tehnologiju. Osim toga, Black Hills, zajedno s B&W, Air Liquideom i drugim tvrtkama, izgradit će 100MW elektranu s izgaranjem obogaćenom kisikom u Wyomingu, SAD. Projekt bi trebao biti dovršen u 2015. godini. I tehnologija hvatanja nakon ukidanja i tehnologija sagorijevanja obogaćena kisikom mogu se koristiti za transformaciju postojećih elektrana. Trošak tehnologije izgaranja obogaćenog kisikom relativno je nizak, ali ako je zabilježen samo dio CO2, tehnologija hvatanja nakon kombiniranja je prikladnija. IGCC je najčišća tehnologija na svijetu na svijetu, ali njegova visoka troškova i nezrela tehnologija ograničavaju njegovu primjenu. Međutim, nakon ugradnje CO2 uhvata, povećanje troškova je najmanje, a trošak uklanjanja CO2 također je najmanji. S razvojem tehnologije, IGCC će se široko koristiti u budućnosti. Nedostatak je u tome što se ova tehnologija može koristiti samo za nove elektrane i ne može se koristiti za tehničku transformaciju postojećih elektrana.
Bez obzira koja se tehnologija koristi, postoje određeni zahtjevi za mjesto. Stoga novo dizajnirana elektrana mora uzeti u obzir hvatanje CO2, razmisliti o tome koju tehnologiju unaprijed koristiti, rezervirati prostor za opremu za uklanjanje CO2 i pronaći prikladno mjesto za odlaganje u blizini.
Promocija tehnologije hvatanja CO2
Iako je tehnologija hvatanja CO2 postala istraživačka žarište, još nije promovirana širom svijeta. To je uglavnom zbog sljedećih čimbenika:
(1) Ekonomska razmatranja: Nakon uhvata CO2, učinkovitost cijele elektrane smanjit će se za 20%~ 30%, a troškovi proizvodnje energije značajno će se povećati. Tvrtke koje su već ostvarile profit nemaju motivaciju za snimanje CO2.
(2) Utjecaj nacionalnih politika: Uzimanje CO2 mora biti vođen nacionalnim politikama. Vlada može razmotriti usvajanje obrazaca poput nametanja poreza na emisiju CO2 radi promicanja primjene tehnologije hvatanja i skladištenja CO2.
(3) Utjecaj nacionalnih politika: Snimanje CO2 mora biti vođeno nacionalnim politikama. Vlada može razmotriti usvajanje obrazaca poput nametanja poreza na emisiju CO2 radi promicanja primjene tehnologije hvatanja i skladištenja CO2.
(4) Svjesnost javnosti: Nakon usvajanja tehnologije za hvatanje CO2, cijene električne energije neizbježno će naglo porasti. Bez obzira na to da se povećava cijene električne energije ili naplaćuje porez na ugljik, javnost ga mora prepoznati i podržati.
Građevinske demonstracijske elektrane učinkovita je mjera za promicanje promocije tehnologije hvatanja CO2. EU je planirala izgraditi 12 velikih demonstracijskih elektrana velikih razmjera CO2 do 2012. godine kako bi se pripremila za velike promocije širom svijeta 2020. godine.
Zaključak
Uvode se tri vrste tehnologija za hvatanje CO2 za elektrane na ugljen, prednosti, nedostaci i troškovi različitih tehnologija se uspoređuju, a analizira se promocija tehnologije hvatanja CO2. Prekomjerni troškovi i dalje su glavni faktor koji ograničava razvoj tehnologije hvatanja CO2. Sveobuhvatna razmatranja trebaju biti napravljena, a integrirani sustavi trebaju biti razumno dizajnirani kako bi se smanjili troškovi. Na primjer, generirani CO2 može se koristiti za povećanje brzine oporavka nafte naftnih polja. U tehnologiji obogaćenoj kisikom, hladna energija uvezenog ukapljenog prirodnog plina može se koristiti za odvajanje zraka kako bi se smanjili troškovi proizvodnje kisika.
