《洁净煤技术》“CCUS大规模集成化发展”专题

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《洁净煤技术》“CCUS大规模集成化发展”专题

来源：洁净煤技术

专题来自于《洁净煤技术》2024年10期，共17篇研究成果。

行业视野: 碳中和
类别; 76个
关键词; 78位
专家; 17篇
论文; 1133IP
点击量; 294次
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中美CCUS技术发展与政策体系对比

作者(Author)：史明威, 高仕康, 吕昊东, 马乔, 张贤, 李佳

摘要：碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是指能够将二氧化碳从能源利用、工业生产等排放源或生物质利用尾气、空气中等不同碳源捕集分离,并输送到适宜的场地加以利用或封存,最终实现二氧化碳减排的技术组合,是各国实现气候目标所不可或缺的重要技术支撑。碳达峰碳中和目标提出后,中国已初步建立碳达峰碳中和相关政策体系,积极推进各行业深度技术创新和系统性变革。CCUS技术既是可以实现化石能源的大规模低碳利用的重要技术选择,又是推进钢铁、水泥等难减排工业行业深度脱碳的可行技术方案,更是未来抵消剩余温室气体排放的托底技术手段。为实现中美两国气候目标,两国最终需要通过CCUS技术实现每年数十亿吨的二氧化碳减排量。美国是全球CCUS技术的先行者之一,在政策法规制定、基础设施建设、大规模工程运营方面具有相对优势。为支撑净零排放目标,美国通过一系列卓有成效的财税激励机制加快了CCUS项目大规模部署进展,相关经验值得借鉴。文章通过比较中美两国在CCUS技术领域的潜力需求、政策法规、研发示范等情况,为我国CCUS技术及配套政策环境发展提供参考,并提出中美在CCUS技术领域开展合作的潜在方向。

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洁净煤技术

2024年第10期

68

21
全球碳管理发展态势与技术前沿进展

作者(Author)：姚悦, 吕昊东, 彭雪婷, 张贤, 王颖

摘要：碳管理(CarbonManagement)技术是实现《巴黎协定》温控目标的重要支柱与实现中国碳中和目标技术组合的关键构成部分。当前,随着全球负排放需求增多,碳管理在主动管理现有工厂设施、难减排部门及大气遗留的二氧化碳排放方面将发挥不可或缺的作用,然而目前关于碳管理领域的科学认识与前沿进展还存在一些模糊与不足。围绕碳管理的内涵与外延、技术细分、全球前沿进展、中美发展态势对比及问题与建议方面进行了深入的分析。研究总结了碳管理的定义及意义、技术体系与碳循环模式;对自然碳管理、主动碳管理、碳捕集利用与封存(CCUS)与碳移除(CDR)技术进行了细分讨论;从科学共识,技术发展与国际合作3个方面归纳了当前全球碳管理前沿进展;对比了中国和美国碳管理领域在减排需求、技术跟踪、支持政策和市场投资领域的发展态势;最后从科技研发、政策激励、基础设施与多双边合作4个方面提出了相应的措施建议。研究系统梳理了全球碳管理发展态势与技术前沿进展,为推进我国碳管理战略性技术体系的超前部署和能源系统有序平稳转型下的碳中和目标实现提供参考。

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洁净煤技术

2024年第10期

83

22
煤电二氧化碳捕集能量梯级利用与机组效率分析

作者(Author)：王润宇, 马欣强

摘要：燃煤电厂配置二氧化碳捕集系统需消耗大量蒸汽用于吸收剂再生与循环利用,蒸汽消耗降低机组发电效率和发电量。机组热力系统和二氧化碳捕集系统的跨界区能量耦合利用是减少发电效率损失的重要途径。以全容量二氧化碳捕集的630MW机组为对象,构建全容量烟气的二氧化碳捕集系统模型和汽轮机组热力系统热平衡图,借助等效焓降法研究碳捕集系统工艺参数选择及多种余热利用方法对汽轮机组发电效率的影响。结果表明:全容量二氧化碳捕集系统后需消耗569.18t/h蒸汽,导致原机组循环效率从43.84%降至35.74%。再沸器凝结水余热用于富液加热时,再生热耗降低0.2GJ/t,节约蒸汽用量43.05t/h,机组循环效率升至36.35%,和余热用于机组回热系统效果相当,但前者系统更简单。再生气余热和二氧化碳压缩机级间余热可用于机组凝结水加热,节约机组低压缸抽汽,提高循环效率;再生气温度、流量和余热量与碳捕集系统富液分流工艺的分流比有关,随着冷富液流量增加,碳捕集系统能耗和机组发电效率损失均呈先降低再升高趋势,当冷富液、主富液、凝结水加热富液质量比0.20∶0.75∶0.05时,机组发电效率最高;二氧化碳压缩机级数越少可利用的热量越大,机组发电效率越高,但同时消耗更多电能。通过优化,配置全容量二氧化碳捕集系统的630MW机组发电功率由无优化时的510.09MW增至528.96MW。

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洁净煤技术

2024年第10期

54

17
化学链氧解耦燃煤发电系统过程模拟

作者(Author)：王小雨, 赵海波

摘要：当前煤的化学链燃烧中煤主要通过以下3步进行转化:煤的热解、煤焦的气化以及煤热解和气化产物与氧载体的反应。由于煤焦的气化反应速率较低,燃烧转化全过程受限于较慢速的煤焦气化过程,导致燃烧效率和CO2捕集效率的下降。化学链氧解耦燃烧采用具有吸释氧能力的氧载体,煤焦可以与氧载体释放的气态氧直接反应而转化,避免较慢速的煤焦气化过程,显著提高燃料的转化速率。运用AspenPlus软件构建了以CuO/Cu2O为氧载体的600MW化学链氧解耦燃煤发电系统。基于系统仿真结果,分别进行了能量、㶲和㶲成本分析。结果表明:化学链氧解耦燃煤发电系统的净热效率为37.66%;系统中内部㶲损失最大的组件为燃烧反应器,占子系统总内部㶲损失的44.23%。仅以发电量为产品时,化学链氧解耦燃煤发电系统的㶲效率为36.27%;如果将高浓度CO2也作为产品,系统的㶲效率为40.47%;化学链氧解耦燃煤发电系统中单位㶲成本最大的组件为第7台给水加热器,其次为第5个低压汽轮机、凝汽器、第1个高压汽轮机和空气预热器。

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洁净煤技术

2024年第10期

78

18
UiO−66−NH2合成及其在混合基质碳捕集膜中的应用

作者(Author)：陈羿戬, 生梦龙, 李庆华, 王志

摘要：UiO−66−NH2是典型Zr基金属有机框架(Zr-MOFs),在CO2吸附领域应用前景广阔,是与聚乙烯基胺(PVAm)结合制备混合基质膜(MMMs)的较好填料。但UiO−66−NH2合成反应规模化效应明显,难放大到十克级以上。通过调节水–乙酸的比例,合成了一系列UiO−66−NH2,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、比表面积测试与孔隙率分析(BET)对样品进行表征。通过分析表征结果,提出一种水–乙酸促进Zr-MOFs二级结构(SBU)形成的机理,以此为指导成功实现UiO−66−NH2颗粒的百克级规模化合成。此外,将该材料与聚乙烯基胺(PVAm)结合制备了UiO−66−NH2/PVAm混合基质膜,用模拟烟道气(CO2、N2体积分数分别为15%、85%)进行分离性能测试,相较纯PVAm膜,UiO−66−NH2/PVAm混合基质膜分离性能提高,CO2渗透率达1937GPU,CO2/N2分离因子达85。根据成本估算结果,用混合基质膜可有效减少碳捕集成本,在实际燃煤烟道气碳捕集中有应用前景。

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洁净煤技术

2024年第10期

115

18
基于压缩式热泵的CO2−MDEA/PZ碳捕集工艺优化

作者(Author)：俞苗, 徐燕洁, 方梦祥, 聂涛涛, 王涛, 吴海茜, 曾伟强

摘要：当前化学法CO2捕集系统的高投资、高吸收液再生能耗和高运行费用成为限制其大规模应用的主要障碍。为了回收解吸塔塔顶蒸汽中的潜热与显热,促进解吸反应的进行,利用Aspenplus软件建立基于压缩式热泵技术的有机胺法捕集CO2流程模拟模型,主要探究了解吸塔塔底压力、进解吸塔富液温度、有机工质气化率以及工艺流程对CO2再生过程的影响。结果表明:有机工质R123制热系数较R141b和R245fa高,其性能系数(COP)高达2.35,而排气温度较R141b和R245fa更低。压缩式热泵采用R123为循环工艺介质,热泵回收的热量用于加热贫富液换热器后的热富液以降低吸收液再生能耗。综合考虑解吸系统的再生能耗、工质循环量和解吸效果,通过12级位置注入15%的富液比合适。热泵回收余热工艺的投资回收期为0.82a,具有较高的经济价值。

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洁净煤技术

2024年第10期

54

12
用于高效稳定吸附CO2的胺基功能化MOF-808开发及机理

作者(Author)：沈遥, 鲁恒霞, 潘幸迪, 叶杰旭, 赵景开, 张士汉

摘要：胺基功能化金属有机骨架具有孔隙率高、CO2吸附容量大、抗水性好的优点,被认为是适用于燃煤烟气CO2捕集的吸附材料,但其表面胺基分子在高温脱附过程易发生团聚,导致吸附速率和吸附容量下降。采用物理浸渍将四乙烯五胺分子(TEPA)封装入MOF-808的孔道内,开发了一种胺基分子高度分散的胺基功能化吸附材料TEPA@MOF-808。TEPA@MOF-808的吸附容量相比MOF-808提高了2.15倍,吸附速率常数、吸附选择性分别提高了13%和498%,10次吸脱附循环后吸附容量仅下降10.9%,说明基于TEPA的胺基功能化策略可显著提高CO2吸附性能和稳定性。热力学结果显示TEPA@MOF-808的等量吸附热仅为40kJ/mol,小于普遍认为的化学吸附门槛,13C固体核磁和原位红外表征结果进一步揭示了其以物理吸附为主的吸附机理。

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洁净煤技术

2024年第10期

75

27
钢渣–粉煤灰固废复合碱激发胶凝材料矿化养护

作者(Author)：宋夏, 赵传文, 宋雨佳, 郭亚飞, 孔啸

摘要：针对钢渣固废占用资源、污染环境的问题,将钢渣与CO2矿化封存技术相结合可实现工业固废和CO2的资源化利用。通过研究钢渣–粉煤灰复合碱激发胶凝材料在自然和矿化养护条件下,不同CaO和水玻璃掺量、水玻璃模数、矿化养护压力和时长对样品固碳率和抗压强度的影响,发现当添加质量分数15%CaO、4%模数为2.2的水玻璃时,样品的固碳率和抗压强度分别可达7.86%和158MPa,有最佳综合性能。其中,CaO掺量与样品的固碳率呈正比,当不添加CaO时,固碳率仅0.35%;当CaO掺量升至15%时,固碳率可达7.86%。可见,CaO对固碳率的提升起决定作用。随着矿化养护压力升高,固碳率由4.82%升至7.86%。当矿化养护时间由0.25h增至1.5h时,固碳率增幅124%。XRD结果表明,矿化养护28d后,Ca(OH)2衍射峰消失,方解石含量显著上升,可见Ca(OH)2与CO2发生碳酸化反应,生成大量具有较良好稳定性的方解石,有效实现CO2封存。SEM测试结果表明,矿化养护后样品生成的大量方解石与C−S−H凝胶和粉煤灰玻璃体紧密地附着在一起,利于提高抗压强度。通过压汞测试测定CO2养护前后孔隙分布,相较自然养护,矿化养护后样品的孔隙大幅下降,矿化产物起好填充作用,使样品的强度得到明显提升。结合经济性分析发现矿化钢渣–粉煤灰碱激发胶凝材料有好的综合性能与经济效益。

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洁净煤技术

2024年第10期

66

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