Zemes klimatā notiek ievērojamas pārmaiņas, kurām raksturīga globālā sasilšana, kurai būs būtiska ietekme uz globālo ekosistēmu un sociālo un ekonomisko attīstību. Pētījumi liecina, ka tas galvenokārt ir saistīts ar siltumnīcefekta gāzu, piemēram, CO2, sildošo iedarbību, ko izstaro cilvēki, izmantojot fosilo kurināmo. Pēdējās desmitgadēs CO2 emisijas ir palielinājušās līdz ar ekonomisko attīstību. 2006. gadā pasaules CO2 emisijas sasniedza 28 miljardus tonnu, no kurām Ķīna veidoja 20,2%. Fosilais degviela, piemēram, ogles, nafta un dabasgāze, ir galvenie CO2 izmešu avoti, un ogles izstaro visvairāk CO2. Ogles ir samērā "netīrs" enerģijas avots. Akmeņogles ar tādu pašu kalorisko vērtību izstaro daudz vairāk CO2 nekā naftas un dabasgāze, un tā ir vissvarīgākais CO2 emisiju avots. 2006. gadā ogles veidoja tikai 26% no pasaules primārā enerģijas patēriņa, bet tās CO2 emisijas veidoja 41,7%. Šī problēma ir īpaši ievērojama manā valstī: 2007. gadā manas valsts ogļu patēriņš bija 2,59 miljardi tonnu, veidojot 69,5% no manas valsts primārā enerģijas patēriņa un vairāk nekā 80% no manas valsts CO2 emisijām. No tā enerģijas ražošanai tika izmantoti 1,31 miljards tonnu. Termiskās enerģijas ražošana 2008. gadā veidoja 80% no manas valsts kopējās enerģijas ražošanas, no kurām lielākā daļa bija no ogļu spēkstacijām. Sakarā ar zemo cenu, bagātīgajām rezervēm un ērtu piekļuvi, ogles ilgu laiku paliks manas valsts galvenais enerģijas avots.
Pašlaik galvenokārt ir šādi veidi, kā kontrolēt CO2 emisijas: uzlabot energoefektivitāti, izmantot atjaunojamo enerģiju, piemēram, vēja enerģiju, saules enerģiju, biomasas enerģiju un kodolenerģiju, un izmantojiet CO2 uztveršanas tehnoloģiju fosilā kurināmā sadedzināšanai.
Paredzamā nākotnē fosilais kurināmais arī joprojām būs mūsu galvenais enerģijas avots, kas mums prasa, lai CO2 emisijas samazinātu CO2 uztveršanas un uzglabāšanas tehnoloģiju (CCS). Termiskās elektrostacijas ir vissvarīgākais CO2 izmešu avots, un to CO2 emisijas pārsniedz 40% no kopējās. Sakarā ar to centralizēto emisiju un ērto kontroli, tie ir kļuvuši par galvenajiem CO2 uztveršanas un uzglabāšanas tehnoloģijas lietojumprogrammu objektiem.
CO2 uztveršana un uzglabāšana attiecas uz spēkstaciju izstaroto CO2 kolekciju un pēc tam to transportē uz CO2 uzglabāšanas vietu caur cauruļvadu. Šis raksts galvenokārt ir vērsts uz CO2 uztveršanas tehnoloģiju. Pašlaik ir trīs galvenie CO2 uztveršanas tehnoloģiju veidi:
Pēckombizācijas uztveršanas tehnoloģija
Ar skābekli bagātināta sadegšanas tehnoloģija
Pirms sadedzināšanas uztveršanas tehnoloģija
Atslēgas vārdi: CO2 uztveršana; termiskā spēkstacija; ar skābekli bagātināta sadegšana; dūmvada gāzes uztveršana; pirms sadedzināšanas uztveršana
Pēckombizācijas uztveršanas tehnoloģija
Pēc sadedzināšanas uztveršanas tehnoloģija tiek izmantota oglekļa uztveršanai dūmgāzē pēc sadedzināšanas. Tas izmanto monoetanolamīnu (MEA) vai citus šķīdumus, lai tieši absorbētu CO dūmgāzi uztveršanai. MEA šķīdums ir organisks ķīmisks šķīdinātājs, ko izmanto, lai noņemtu skābos gāzes piemaisījumus dabasgāzē, piemēram, CO2, H2 utt. Vairāk nekā 60 gadus. Tā CO2 absorbcija pieder ķīmiskai adsorbcijai, kas sildīšanas laikā var atbrīvot CO2. Izmantojot šo metodi CO2 uztveršanai dūmgāzē, var noņemt 75%~ 90%CO2 dūmgāzē un iegūt CO2 ar tīrību 99%.
Lai uztvertu CO2 dūmgāzē, iekārtai jāpievieno absorbcijas tornis un reģenerācijas tornis, lai absorbētu un atbrīvotu CO2. Turklāt tvaika sistēma ir jāmaina, lai iegūtu tvaiku, lai sildītu šķīdumu un atbrīvotu CO2. Sakarā ar zemu dūmgāzu spiedienu (parasti tuvu atmosfēras spiedienam), zema CO2 koncentrācija (10%~ 15%) un milzīga gāzes plūsma, uztveršanas sistēma ir liela un patērē daudz enerģijas. Galvenais enerģijas zudums pēckombizācijas uztveršanas tehnoloģijai ir MEA risinājuma atjaunošanās. Tiek lēsts, ka jaunuzceltajām vienībām ar CO2 uztveršanu efektivitāte samazināsies par aptuveni 20% ~ 30%, salīdzinot ar vienībām ar vienādiem parametriem, un enerģija, ko patērē MEA risinājuma reģenerācija, veido vairāk nekā pusi no kopējās patērētās enerģijas. Reģenerācijai nepieciešamā enerģija parasti rodas no turbīnas zema spiediena tvaika ekstrakcijas. Alstom ir izpētījis vienības CO2 uztveršanas modifikāciju Amerikas Savienotajās Valstīs, parādot, ka 79% tvaika pēc vidēja spiediena cilindra tiek izmantoti MEA šķīduma atjaunošanai. Tā kā tvaika ekstrakcija neļauj vienībai darboties optimālos apstākļos, efektivitāte turpinās samazināties.
Turklāt skābās gāzes, piemēram, SO2 un NO2 dūmgāzē, reaģēs ar MEA šķīdumu, lai radītu siltumstabilus sāļus, kā rezultātā tiks zaudēts MEA šķīdums. Tāpēc skābo gāzu saturs dūmgāzēs ir jākontrolē aptuveni 10x10 ". Tam ir jāmaina desulfurizācijas sistēma, lai uzlabotu desulfurizācijas efektivitāti. Kas attiecas uz NOX, Tā kā nēXDūmē gāze galvenokārt ir nē, un NO2 veido tikai apmēram 5%, parastā SCR sistēma var apmierināt vajadzības.
Ar skābekli bagātināta sadegšanas tehnoloģija
Ar skābekli bagātinātā sadegšanas tehnoloģija izmanto skābekļa ražošanas tehnoloģiju, lai izvadītu tīru skābekli un daļu no pārstrādātās dūmgāzas gāze katlā, lai sadedzināšanai, tā, lai CO2 koncentrācija dūmgāzē būtu vairāk nekā 95%, kuru var tieši saspiest un attīrīt.
Iekārtas CO2 uztveršanai, izmantojot skābekli bagātinātu sadegšanas tehnoloģiju, galvenokārt ietilpst gaisa atdalīšanas ierīces, dūmgāzes recirkulācijas ierīces un CO2 saspiešanas un attīrīšanas ierīces. Galvenais enerģijas zudums ar skābekli bagātinātu sadegšanas tehnoloģiju ir gaisa atdalīšana, lai iegūtu skābekli. Pašlaik izmantotā dzesēšanas un gaisa atdalīšanas tehnoloģija patērē daudz enerģijas, un nepieciešamā elektrība veido apmēram 18% no kopējās enerģijas ražošanas. Tajā pašā laikā, pateicoties dūmgāzu plūsmas samazināšanai un izplūdes gāzu siltuma zudumu samazināšanai, katla efektivitāti var palielināt par aptuveni 3%. Kopumā visas elektrostacijas efektivitāte samazināsies par 20%~ 30%. Pašlaik tiek pētītas jaunas zemu izmaksu skābekļa ražošanas tehnoloģijas, piemēram, skābekļa un jonu transporta membrānas (OTM) tehnoloģija. Kad ir veikts izrāviens, ar skābekli bagātinātas sadegšanas tehnoloģijas izmaksas var ievērojami samazināt.
Sakarā ar nepārtraukto dūmgāzes cirkulāciju SO2 koncentrācija dūmgāzē ir 2 ~ 3 reizes lielāka par gaisa sadedzināšanu. Ja ogļu sēra saturs ir augsts, dūmgāzi jāiegūst pēc desulfurizācijas sistēmas, lai novērstu aprīkojuma koroziju. Ja tas nav augsts, desulfurizācijas aprīkojumu var atcelt. NeXEmisijas tiks ievērojami samazinātas, pieņemot zemu NOX sadedzināšanas tehnoloģiju. No vienas puses, tas notiek tāpēc, ka dūmgāzē trūkst n2 un nav termiskā nēXtiek ģenerēts. No otras puses, NOx cirkulācijas laikā var vēl vairāk samazināt. Pēc tam, kad CO2 ir saspiests un sašķidrināts, nedzīves gāzes, ieskaitot lieko skābekļa daudzumu, kas noplūst katlu gaisā, SO2, NOXutt., tiks atdalīti; Piesārņotājus var ārstēt atbilstoši vietējām vides aizsardzības prasībām.
Iepriekš pirmsapstrādes uztveršanas tehnoloģija galvenokārt tiek izmantota kopā ar IGCC tehnoloģiju. IGCC (integrēts gazifikācijas kombinēts cikls) ir uzlabota tehnoloģija, kas apvieno ogļu gazifikācijas tehnoloģiju ar kombinētu ciklu. IGCC sistēmai ir jāpievieno maiņas reaktors, CO2 atdalīšana un kompresijas attīrīšanas ierīce CO2 uztveršanai. Akmeņogles tiek pārveidotas par sintēzes gāzi, kas galvenokārt sastāv no CO un H2, augsta temperatūras, augsta spiediena un skābekļa bagātinātā vidē gazifikatorā: Shift reaktorā CO un ūdens tvaiki sintēzē Gāzes veido CO un ūdeņradi katalizatora darbībā. Tā kā gāzes spiediens šajā laikā ir augsts, CO koncentrācija ir arī augsta, un CO absorbēšanai var izmantot polietilēnglikola dimetilētera metodi (SELEXOL). Šī metode ir fiziskas absorbcijas metode. Samazinot šķīduma spiedienu, CO2 var atbrīvot, un šķīdumu var atjaunot. Tās enerģijas patēriņš ir daudz mazāks nekā MEA metodei. Tajā pašā laikā, sakarā ar augstu gāzes spiedienu, tiek samazināts arī nākamā CO2 saspiešanas procesa enerģijas patēriņš. Daži zinātnieki ir analizējuši 500 MW IGCC sistēmu un uzskata, ka pēc CO2 uztveršanas sistēmas uzstādīšanas IGCC efektivitāte samazināsies no 38,4% (HHV) līdz 31,2% (HHV). Starp tiem vislielākā ietekme ir konvertēšanas reaktoram un CO2 saspiešanai, kas samazina attiecīgi efektivitāti par 4,2% un 2,1%. CO2 noņemšanas izmaksas ar šo metodi ir aptuveni 20 USD/t.
tehniskās izredzes
Postkombizācijas uztveršanas tehnoloģija ir visnobriedušākā tehnoloģija, un tā ir izmantota. Manas valsts pirmā ogļu spēkstacijas CO2 uztveršanas ierīce - Huaneng Pekinas termiskā elektrostacija 3000 ~ 5000t gadā CO2 uztveršanas demonstrācijas ierīce izmanto šo tehnoloģiju. Ar skābekli bagātinātā sadegšanas tehnoloģija šobrīd ir pētniecības punkts, taču tehnoloģija nav ļoti nobriedusi un lielākoties paliek laboratorijas un izmēģinājuma stadijā. Pasaulē lielākais skābekļa bagātinātais sadedzināšanas projekts ir 30 MW Vattenfall projekts, kas uzbūvēts Vācijā 2008. gada septembrī, kurā tiek izmantota Alstom tehnoloģija. Turklāt Melnie kalni kopā ar B&W, Air Liquide un citiem uzņēmumiem būvēs 100MW ar skābekli bagātinātu sadegšanas spēkstaciju Vaiomingā, ASV. Projektu plānots pabeigt 2015. gadā. Gan pēcapstrādes uztveršanas tehnoloģiju un skābekli bagātināto sadegšanas tehnoloģiju var izmantot esošo elektrostaciju pārveidošanai. Ar skābekli bagātinātas sadegšanas tehnoloģijas izmaksas ir salīdzinoši zemas, taču, ja tiek uzņemta tikai daļa no CO2, piemērotāka ir pēckombizācijas uztveršanas tehnoloģija. IGCC ir tīrākā ogļu tehnoloģija pasaulē, taču tās augstās izmaksu un nenobriedušās tehnoloģija ierobežo tās pielietojumu. Tomēr pēc CO2 uztveršanas uzstādīšanas tā izmaksu pieaugums ir vismazākais, un CO2 noņemšanas izmaksas ir arī viszemākās. Ar tehnoloģiju attīstību IGCC tiks plaši izmantots nākotnē. Trūkums ir tāds, ka šo tehnoloģiju var izmantot tikai jaunām elektrostacijām, un to nevar izmantot esošo elektrostaciju tehniskai pārveidošanai.
Neatkarīgi no tā, kura tehnoloģija tiek izmantota, vietnei ir noteiktas prasības. Tāpēc jaunizveidotajai spēkstacijai ir jāapsver CO2 uztveršana, jādomā par to, kādu tehnoloģiju izmantot iepriekš, rezervēt vietu CO2 noņemšanas aprīkojumam un tuvumā jāatrod piemērota glabāšanas vieta.
CO2 uztveršanas tehnoloģijas veicināšana
Lai arī CO2 uztveršanas tehnoloģija ir kļuvusi par pētījumu tīkliņu, tā vēl nav reklamēta visā pasaulē. Tas galvenokārt ir saistīts ar šādiem faktoriem:
(1) Ekonomiskie apsvērumi: Pēc CO2 uztveršanas visas elektrostacijas efektivitāte samazināsies par 20%~ 30%, un enerģijas ražošanas izmaksas ievērojami palielināsies. Uzņēmumiem, kas jau ir gūti peļņai, nav motivācijas uztvert CO2.
(2) Nacionālās politikas ietekme: CO2 sagūstīšana ir jāveicina ar nacionālo politiku. Valdība var apsvērt iespēju pieņemt tādas veidlapas kā CO2 emisijas nodokļa uzlikšana, lai veicinātu CO2 uztveršanas un uzglabāšanas tehnoloģijas piemērošanu.
(3) Nacionālās politikas ietekme: CO2 uztveršana ir jāveicina nacionālās politikas. Valdība var apsvērt iespēju pieņemt tādas veidlapas kā CO2 emisijas nodokļa uzlikšana, lai veicinātu CO2 uztveršanas un uzglabāšanas tehnoloģijas piemērošanu.
(4) Sabiedrības izpratne: pēc CO2 uztveršanas tehnoloģijas ieviešanas elektrības cenas neizbēgami strauji pieaugs. Neatkarīgi no tā, vai tas paaugstina elektrības cenas vai iekasē oglekļa nodokļus, tas ir jāatzīst un jāatbalsta sabiedrībai.
Ēku demonstrācijas spēkstacijas ir efektīvs pasākums, lai veicinātu CO2 uztveršanas tehnoloģijas veicināšanu. ES ir plānojis līdz 2012. gadam izveidot 12 liela mēroga CO2 uztveršanas demonstrācijas spēkstacijas, lai 2020. gadā sagatavotos liela mēroga reklamēšanai visā pasaulē.
Secinājums
Tiek ieviestas trīs veidu CO2 uztveršanas tehnoloģijas, kas paredzētas ogļu spēkstacijām, tiek salīdzinātas dažādu tehnoloģiju priekšrocības, trūkumi un izmaksas, kā arī tiek analizētas CO2 uztveršanas tehnoloģijas veicināšana. Pārmērīgas izmaksas joprojām ir galvenais faktors, kas ierobežo CO2 uztveršanas tehnoloģijas attīstību. Jāveic visaptveroši apsvērumi, un integrētām sistēmām jābūt pamatoti izstrādātām, lai samazinātu izmaksas. Piemēram, ģenerēto CO2 var izmantot, lai palielinātu naftas lauku eļļas reģenerācijas ātrumu. Ar skābekli bagātinātu tehnoloģiju importētās sašķidrinātās dabasgāzes auksto enerģiju var izmantot gaisa atdalīšanai, lai samazinātu skābekļa ražošanas izmaksas.
