电厂烟气中二氧化碳的捕获 The Capture Of Carbon Dioxide From The Power Plant Flue Gas.pdf

Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术化学工程与技术, 2011, 1, 4-10 http//dx.doi.org/10.12677/hjcet.2011.11002 Published Online July 2011 http//www.hanspub.org/journal/hjcet/ Copyright 2011 Hanspub HJCET The Capture of Carbon Dioxide from the Power Plant Flue Gas* Fenfen Li1, Yonghong Yang2, Cheng Yang2, Wenyu Zhang1, Jinhu Wu2 1Shandong Polytechnic University, Jinan 2Key Laboratory of Biofuels, Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao Email yangcheng Received Apr. 25th, 2011; revised Jun. 10th, 2011; accepted Jun. 12th, 2011. Abstract The capture Coal-Fired Power Plant; Capture; Carbon Emissions Reduction 电厂烟气中二氧化碳的捕获电厂烟气中二氧化碳的捕获* 李芬芬李芬芬 1，杨永红 ，杨永红 2，杨 ，杨 成成 2，张文郁 ，张文郁 1，吴晋沪 ，吴晋沪 2 1山东轻工业学院，济南 2中国科学院青岛生物能源与过程研究所中科院生物燃料重点实验室，青岛 Email yangcheng 收稿日期2011 年 4 月 25 日；修回日期2011 年 6 月 10 日；录用日期2011 年 6 月 12 日 摘摘 要要二氧化碳的捕获分离是其固定和利用的前提，本文首先概括比较了目前针对电厂烟气二氧化 碳捕获方法的研究进展和应用前景， 进一步结合燃煤电厂自身工艺条件和世界先进的洁净煤技术发展， 探讨我国燃煤电厂实现二氧化碳减排的可能途径。 关键词关键词二氧化碳；燃煤电厂；捕获；碳减排 1. 引言引言 大量化石燃料的燃烧所释放的温室气体对全球环 境的影响已经逐渐显现，饮用水的减少、海水的盐浓 度增加、海平面的上升、平均气温升高、洋流的变化 与厄尔尼诺频发等等严重威胁着人类的生存。大气中 增长的CO2四分之三归因于化石燃料的燃烧， 以煤炭、 天然气、石油为代表的化石能源占了世界能源结构的 85[1]。人口的急剧增长造成能源的大量消耗，未来 更多国家的工业化使得 21 世纪人类对能源的需求更 大[2]。CO2的捕获和固定是目前唯一可以实现继续使 用化石燃料而又不会遭受气候变化威胁的可靠选择。 从全球范围来看，人为产生的 CO2排放超过三分 之一来自于燃煤发电厂[3,4]。 我国以煤为主的能源结构 特点在很长的时间内不会发生改变，由于煤炭消费比 重大，造成中国能源消费的 CO2排放强度也相对更高 [5]。中国工程院的研究报告显示，我国 SO 2、CO2的排 放量的 85，烟尘的 70均来自于燃煤。据世界银行 预测，到 2020 年环境污染造成的经济损失将占 GDP 的 13。我国政府承诺 2020 年碳强度相对 2005 年减 少 40～45，并且要把应对气候变化作为国家经济 社会发展的重大战略[6-9]， 这表明了我国在碳减排方面 所做的努力和决心。本文首先总结比较了目前 CO2的 捕集分离技术研究进展，进而结合燃煤电厂的工艺特 点和世界先进的洁净煤利用技术，指出实现碳减排任 务的可能途径。 *资助项目中国科学院战略先导专项项目No.XDA05010300、山 东省自然科学基金项目No.2009ZRB01250、青岛市科技计划项目 No.1263194353127。 李芬芬 等电厂烟气中二氧化碳的捕获 5 | 2. 二氧化碳的分离技术二氧化碳的分离技术 CO2的分离成本占总的碳捕获和存储成本的很大 一部分约 80，所以首先要找到高效的 CO2捕获方 法。目前工业上使用比较广泛的 CO2捕集和分离技术 有许多种，主要包括吸收法，吸附法，膜分离法，微 生物固定法等。 2.1. 吸收法吸收法 2.1.1. 物理溶剂吸收法 物理溶剂吸收法 物理吸收一般是在高压或低温条件下，选择合适 的溶剂的基础上利用二氧化碳在溶剂中溶解度大而除 去的方法。使用的溶剂在解吸时采用降压操作能耗较 小，因此在工业上有一定的应用。此法的关键就是寻 找性能优良的溶剂，即对 CO2溶解度大、选择性好、 沸点高、无腐蚀、无毒性、性能稳定。典型的物理吸 收法有加压水洗法、吡咯烷酮法、Selexol 法、Flour 法、Rectisol 法等[10,11]。 2.1.2. 化学吸收法化学吸收法 化学吸收法是利用二氧化碳具有酸性可与碱性化 合物进行反应而实现。化学吸收法中，靠减压闪蒸解 吸的二氧化碳很有限，通常需要热法再生，其工艺流 程如图 1 所示。 化学吸收法[10]主要有热钾碱法和醇胺法两大类， 前者具体分为菲尔德法、砷碱法Vetro Cokes 法、卡 苏尔法Carsol 法、 改良热碳酸钾法Cata Carb 法； 后 者主要包括一乙醇胺、二乙醇胺、MDEA 法、联合碳 化公司的乙醇胺法、 道化学公司的 2–烷氧基乙胺法以 及劳尔夫–2 巴逊斯法 [12]。醇胺法具有吸收速度快、 吸收能力大及投资少等优点，但存在能耗高、胺降解 净化气 富液 烟气 吸 收 塔 吸收液贫液 解 析 塔 净化气 Figure 1. The process flow of chemical absorption 图图 1. 化学吸收法工艺流程 化学吸收法工艺流程 损耗大、设备腐蚀严重等技术难题[13]。在选择比较好 的胺吸收液时要考虑其负荷特性、 对CO2的溶解速度、 降解性能与排出气体中杂质的反应速率、再生性能等 因素。虽然化学吸收法在处理低浓度气体能耗高，但 鉴于该技术成熟度高，还是被工业界所认可和采用。 比如在合成氨工业中，通常采用醇胺法将半水煤气中 含量约为 18～20的 CO2吸收下来，经过解吸纯化 后用于尿素合成中；美国 Bellingham 电厂320 MW 基于胺法建立了烟气中 CO2的处理示范装置。另外 许多改进的胺类吸收方法正在研究中，美国的福陆公 司Fluor、日本的三菱重工业公司Mitsubishi Heavy Idustries, MHI和 Cansolv Technologies 等正在从事这 方面的研究工作。MHI 已经研发了一种新的吸收体 系，称为 KS-1，其中的关键就是采用了一种新胺溶剂 从烟气中回收 CO2。Cansolv Technologies 新创造的叔 胺溶剂有较快的传质力、好的化学稳定性和高的吸收 能力，每个循环可达到 0.5 molCO2/mol胺，相比于 MEA 的 0.25 molCO2 /molMEA优越很多[6]。 研究改 进的其它工艺途径包括修饰塔填料，减少压降和接触 面积；增强热联合，减少能量需求；添加添加剂，减 少腐蚀和提高胺的浓度；改进再生工艺条件等。 2.2. 吸附法吸附法 吸附法是利用吸附剂对二氧化碳选择性可逆吸附 的性质实现分离的，科学家们致力于研究一种用微孔 或中空材料粉煤灰[14] 、硅胶[15,16]、分子筛[17,18]、活 性碳[19,20]等支撑的固体吸附剂来解决吸收法中存在 的腐蚀性、高再生能耗等问题。然而固态的吸附本身 就比液态的吸收过程复杂得多，所以尽管从大量的气 流中用分子筛除去杂质已经工业化，诸如生产高纯 H2，但是大规模的从烟气中脱除 CO2的固体吸附剂还 没有商业应用。活性炭、炭纳米管及分子筛等多孔材 料在室温或低温条件下表现出对 CO2的高吸附容量， 但 CO2在这些吸附剂上的吸附都是物理吸附，温度略 微升高，便会导致 CO2吸附容量的明显降低。因此， 在温度波动随时可能发生的实际条件下，这些材料都 不能直接作为 CO2捕获可靠的吸附剂。 2.2.1. 有机胺嫁接固体吸附剂有机胺嫁接固体吸附剂 固体吸附剂所采用的嫁接胺类目前研究最多的主 要有 MEA、DEA、PEI、TEPA、APTS、E-100AN 等。 Copyright 2011 Hanspub HJCET 李芬芬 等电厂烟气中二氧化碳的捕获 6 | 美国国家能源技术实验室NETL已经研究了用富胺的 固体吸附剂从烟气中回收 CO2， 该吸附剂使用高比表面 积的载体和胺嫁接而成[21]。这种技术与 MEA 吸收相 比，可节省大量的水[6,22]，但同时存在的主要问题是吸 附解吸频繁、自动化程度要求高、需要大量的吸附剂。 为了提高吸附剂的二氧化碳吸附容量，将有机胺 嫁接到多孔硅或无机分子筛的表面是研究的热点，如 中孔二氧化硅[23,24]、 SBA-15[21]、 SBA-16[25]、 MCM-41[25-27] 和 MC M-48，它们的孔径大，有足够的胺分子修饰空 间，因此倍受关注。Alex C. C. Chang[28] 等采用 SBA-15-AP，吸附量为 9 mg/g～18 mg/g吸附剂； Khatri[29] 报道的 SBA-15-DA 吸附能力为 44 mg/g吸 附剂。嫁接法的缺点是氨基数目有限，通常采用的浸 渍法负载嫁接的分散度不好，导致二氧化碳的吸附量 不高。为了提高负载量，M.B.Xue[30]等通过实验证明 多孔载体表面羟基的存在可以改变氨基与 CO2键合/ 反应的机理从而增强吸附能力，采用不去除模板剂 SBA-15 做支撑载体，在 CO2含量较低的情况下，多 次循环操作吸附剂仍具有好的吸附能力。Xiaochun Xu[22]等设计开发出一种具有“molecular basket”的吸 附剂,即 MCM-41-PEI-50， 75℃下吸附能力为 112mg/g- 吸附剂， 多次循环操作之后性能仍稳定， 所采用的 PEI 有机胺在材料中具有高分散度使得脱附过程比较完 全，但是在脱附过程中会脱出 NOx，因此需要预先在 烟道气中移除 NOx，研究中也发现水对材料吸附能力 有促进作用。 Gray[14]和他的同事为了得到比较经济型的固体 吸附剂， 采用粉煤灰做支撑， 嫁接 CPAHCL 3-chloro- propylamine-hydrochloride有机胺，吸附能力为 174.5 μmol/g-吸附剂，显然比商业化的吸收剂小很多。M. Mercedes Maroto-ValerT[31]等人利用蒸汽活化制备活 性无烟煤，嫁接 PEI 或进行 NH3热处理，其吸附能力 为 65.7 mg/g吸附剂。 为了解决固体吸附剂/吸附塔的 压降和传热问题，美国能源部资助 Akron 大学正在开 发金属箔片支撑的胺嫁接纳米分子筛整体式吸附系统 [6,32-34]。 2.2.2. 金属有机骨架金属有机骨架MOFs 2008 年 2 月 15 日出版的科学杂志上，加州 大学洛杉矶分校 Omar Yaghi 研究组描述了金属有机 骨架材料相关的一些情况，称这种结构具有极高的空 隙率和很大的表面积，能吸收 80 倍于它们体积的 CO2， 而且只要很小的压力变动就能将 CO2释放出来。 这是一个很大的进步，因为不需要耗费太多的能量。 在过去几年的研究中，已经开发出 600 多种 MOFs， 其中 MOF-177 在高压下的 CO2吸附容量最高[35]。当 然这种结构还有待评价稳定性，比如经过数千次循环 后的效率和典型的烟气中的杂质对其影响。美国环球 石油产品公司UOP已经成功开发了一种模型 VHTS， 模拟合成 MOFs 的结果与实验结果吻合性很好。 UOP、 密歇根州大学和西北大学组成的团队正在研究用这种 材料从煤基电厂的烟气中回收 CO2。 2.2.3. 沸石咪唑酯骨架结构材料沸石咪唑酯骨架结构材料ZIFs 加州大学洛杉矶分校还设计出能够捕捉并储存二 氧化碳的类似蓄水池结构的材料，储存于该材料中的 二氧化碳不会逃逸，这些新型材料属于沸石咪唑酯骨 架结构材料ZIFs由一些可调整孔洞大小及化学 性质的金属有机配位子结构构成。将 ZIF-68、ZIF-69 和 ZIF-70 置于一氧化碳和二氧化碳， 以及一氧化碳和 氮气的两种混合气流中，只有二氧化碳能够被捕获。 这种材料捕获二氧化碳不需要破坏强共价键，因而压 缩气体时也不需要太多的能量。该研究团队声称，这 种多孔晶体材料的商业化应用有望在近几年内实现， 因为他们开发的其他类似材料已经由巴斯夫公司 BASF进行吨级生产了。 2.2.4. 高温固体吸附剂高温固体吸附剂 最近，日本专利JP9-99214 、JP2001-96122 、 JP2001-232186、JP2001-170480、JP2004-004878中介 绍了使用锂的锆酸盐和正硅酸盐作为捕获材料分离 CO2的技术， 该类材料的吸附量可以直接在燃煤电厂烟 道气中400℃使用， 但此类吸附剂在吸附 CO2后其解 吸再生温度通常都很高，一般在 1000oC 以上，因而增 大了运行费用， 限制了它们的使用。 文献报道另一种固 体碱材料是将 CaO 与 ZrO2复合， 通过高温焙烧使两者 形成一种稳定的介孔氧化锆复合氧化钙的固定碱体系 [36,37]，这种固体碱不仅能在高温700℃下保持氧化锆 的亚稳态四方相， 而且不容易中毒和失活， 能够有效地 降低固体碱活性组分在反应过程中的流失， 大大提高了 催化剂的使用寿命。山西煤化所专利CN101497019中 介绍一种高温烟道气中 CO2吸附材料，具有从晶体学 Copyright 2011 Hanspub HJCET 李芬芬 等电厂烟气中二氧化碳的捕获 7 | 角度定义的氟化钙晶体结构的镁-锆二元复合金属化合 物材料，这种材料对二氧化碳的吸附温度范围在 140 ℃～160℃，脱附温度控制在 200℃～350℃，与以往的 高温二氧化碳吸附材料相比， 脱附温度大大降低， 减少 了材料再生能耗；材料高温下吸附量达到 22 mg/g 以 上；材料反复吸附–脱附的稳定性好。 2.3. 膜分离法膜分离法 膜技术的优点是增加单位体积的传质面积，避免 气液接触表面产生的相关问题，膜分离烟道气 CO2基 本工艺流程如图 2 所示。从烟气中回收 CO2有很多种 膜可以采用[38]常用的是束状有机膜，当烟气流经膜 管时，壳层流动的胺溶液就吸收了烟气中的 CO2，其 它的杂质不会被胺吸收，这就降低了胺的损失；无机 膜是发展的另一个方向，溶胶–凝胶过程形成的胺基 功能硅膜可以选择性从 CH4和烟气中分离 CO2。经过 修饰的硅膜，由于胺和 CO2之间的键合力更强，可以 在运输的其它气体如 O2、 N2和 SO2阻塞通道后， 仍然 保持较强的吸附 CO2的能力。如果膜的渗透性和选择 性能够达到平衡，新型的胺基功能膜相比于纯硅膜有 很高的吸收选择性。新墨西哥矿物和技术研究机构 New Mexico Tech 正在从事分子筛膜的研究， 利用分 子筛严密而整齐的孔径网状晶体结构，一方面具有较 高的 CO2吸附容量，另一方面可以进行分子选择性吸 附。该机构目前的研究工作就是从 N2中高温分离 CO2，膜操作温度的目标是 400℃。 膜技术研究的方向是找到一种薄层复合聚合膜和 捕捉结构，增加 CO2在膜中的迁移速率，减少所需膜 面积。 这种研究包括膜组件的分布情况， 找到一种可以 应用在电厂的最优结构， 以便于最大限度的增加膜的传 质力。日本 Yamaguchi 大学制造出一种沸石矿物膜， 在 200℃下，烟气中的 CO2通过膜的速度是 N2的 100 倍[39]。美国 Envirogerics System 公司开发出一种名为 压缩机 预处理 膜反应器 缓冲罐 压缩机 烟道气 残气 Figure 2. The process flow of membrane separation 图图 2. 膜分离工艺流程图 膜分离工艺流程图 “Gasep”的新型 CO2分离装置，是采用醋酸纤维素 不对称膜活性层为 10 mm， 多孔性支承层约 0.2 mm， 以螺旋卷式膜组件构成，从天然气中分离回收 CO2， 该膜使用 3 年仍无明显损坏。由于中空碳纤维膜组件 其产量较高可以弥补价格上的缺陷， 其经济效益较好， 在以色列已实现商业化规模生产[40] 。这种膜适于回 收空气或生化气流中的 CO2，其中在空气中选择性回 收 CO2的能力是普通聚合物薄膜的 2 倍。 膜分离技术是有着光明前景的高新技术，甚至有 人将膜技术的应用称之为“第三次工业革命”，但是 膜的长期运行的稳定性问题不容小觑，清洗过程十分 复杂，投资维修费用高昂等限制了此法的广泛使用。 2.4. 微生物微生物/藻类体系藻类体系 生物体系是借助于 CO2在微生物体内尤其酶中的 自然反应达到从烟气中分离 CO2的目的。微生物/藻类 具有光合速率快、 繁殖快、 易与其他工程技术集成等特 点，在 CO2的吸收上表现出一定的优势。利用基因工 程技术构建固定 CO2的微生物并简化技术条件是此项 技术研究的发展趋势。 此外， 开发高效光生物反应器可 提高微型藻类固定 CO2的效率华东理工大学在微型 藻类光生物反应器研究方面已取得一定进展并已实现 工业示范[41]。虽然微生物/藻类固定 CO2技术具有极高 的价值，从理论上讲是最有效的 CO2固定方法，但仍 存在着一系列问题， 像捕获速度太慢， 环境条件严格等。 2.5. 离子液体离子液体 离子液体ILs, ionic liquids是一类很广泛的盐系， 典型的是有机阳离子和无机阴离子或者有机阴离子组 成。 离子液体可以溶解气态的 CO2， 在几百摄氏度的范 围内都是稳定的。 较高的温度稳定性， 使其可以从未冷 却的烟气中回收 CO2。做为一种新型的 CO2固定体系， 离子液体可以通过吸附或转化这两种方式来处理 CO2。 阴离子是决定CO2溶解度的关键因素， F. S. Pereira 等[32]用胍类化合物TMG,TBD吸附 CO2。含功能胺的 特定离子液体TSIL用于提高 CO2溶解度的实验正在 进行中[21]。一些离子液体虽然市场上有售，但是非常 适合用于分离 CO2的离子液体只是小规模的在实验室 合成。 CO2转化法是指利用离子液体的催化特性将 CO2 活化并与有机物反应形成一种新的物质， 如铵盐型离子 液体主要用于催化 CO2转化成环状碳酸酯。 Copyright 2011 Hanspub HJCET 李芬芬 等电厂烟气中二氧化碳的捕获 8 | 离子液体作为一类全新的绿色介质和软功能材 料，具有低挥发性、可设计性、热稳定性好、液态温 度范围宽等独特的性质[42]，为创建高效、清洁、节能 的新工艺提供了新机遇。以离子液体为介质进行捕集 分离及转化利用CO2的新技术同时具备吸收和催化转 化的功效[43,44]，恰好满足工业上对 CO2吸收介质的要 求，是最有可能实现 CO2的较大规模捕集、分离和资 源化利用的体系之一。 3. 烟气中烟气中 CO2 捕获捕获 电厂烟气中 CO2的捕获存在着许多难题，如前所 述， 就处理工艺而言有如下几点 1 许多捕获方法必 须在低温下进行，烟气的出口温度较高，所以必须采 用大量的额外冷量将烟道气降温至 25℃左右，浪费了 大量能量， 几乎占整个捕集成本的 20； 2 烟气的流 量非常大，目前所使用的的几种处理方法仅适合在小 点源的电厂的小规模使用，几乎无法实现大规模的烟 道气 CO2捕集，且设备投资巨大＄40 - 60/t CO2，如 火力发电厂增加烟气碳捕获装置将使电厂投资提高 50，能耗增加约 30，电价成本提高 20～30[45]； 3 目前使用的几种主要技术普遍存在成本高、 选择性 不高、稳定性不够好、吸附速度较慢、溶剂易氧化降 解以及设备腐蚀严重等缺点。因此，适合电厂烟气使 用的二氧化碳捕获材料要具备以下特点 1 高吸附容 量； 2 在燃煤电厂或煤气化尾气气氛中能够长时间使 用，再生性能好；3 再生能量要求低。这些都对目前 的二氧化碳捕集分离技术提出了更高的要求。 3.1. 脱碳技术路线脱碳技术路线 为了提高燃煤电厂 CO2的捕获效率，从捕获分离 技术使用在燃烧的不同阶段可以分为以下几种技术路 线[46]燃烧后脱碳、燃烧前脱碳、纯氧燃烧技术以及 化学链燃烧技术见图 3[47]。 燃烧后脱碳技术是在燃烧后产生的含 NOx和 SO2 烟中捕获或者分离 CO2。燃烧前脱碳技术则是在碳基 燃料燃烧之前将其化学能从碳转移到其他物质中，然 后再将其进行分离如图 3 所示，燃料首先进入气化 炉气化，生产出煤气，然后重整煤气，使其变为 CO2 和 H2， 从而将燃料化学能转移到 H2中， 然后再对 CO2 和H2进行分离。 整体煤气化联合循环IGCC， Integrated gasification combined-cycle就是最典型的可以进行燃 烧前脱碳的系统。纯氧燃烧技术是一个通过改进燃烧 过程提高烟气中 CO2浓度，从而达到从尾气中更易分 离 CO2的方法。化学链燃烧技术CLC, Chemi- cal-looping combustion通过金属氧化物MeO, 如 Fe2O3，NiO，CuO，Mn2O3等携带活性氧，使燃料与 空气不直接接触，CO2产生在专门的反应器中，避免 了空气对 CO2的稀释；金属氧化物在燃料反应器中与 燃料进行与空气隔绝的反应1，产生热能、金属单质 以及 CO2和水 MeO 燃料 → Me H2O CO2 1 金属单质通过输送到空气反应器中与氧气进行反 应2，再生为金属氧化物 Me 1/2O2 → MeO 2 反应体系的能量和热量平衡主要取决于这两个反 应， 原则上， 所有的燃料都可以采用化学链燃烧技术。 燃烧后脱碳技术可以使用 2/3 的传统工艺单元， 但投资运行的成本很高；由于一般 IGCC 系统的气化 炉都采用富氧或纯氧技术，所需分离气体体积大幅度 CO2 N2O2 锅炉 电力，热，蒸汽 分离 气化炉煤气分离 燃机 燃料电池 纯氧燃烧 系统 空分 电力，热，蒸汽 燃料反应器 空气反应器 电力，热，蒸汽 电力，热，蒸汽 燃料 空气 烟气 燃料 重整 H2 空气 空气 N2 燃料 O2 CO2 燃料 Me 空气 MeO CO2 CO2 燃烧后 PC 燃烧前 PCDC 纯氧燃烧 Oxyful 化学链 燃烧 脱碳烟气 Figure 3. The separation technology pathways of Co2 of power plants 图图 3. 电厂 电厂 CO2分离技术路线 分离技术路线 Copyright 2011 Hanspub HJCET 李芬芬 等电厂烟气中二氧化碳的捕获 9 | 变小、CO2体积分数显著变大，从而分离单元规模大 幅度减小， 降低了投资和运行费用。 美国的未来电力、 中国的绿色煤电、日本的鹰计划以及澳大利亚的零排 放发电等技术均计划采用 IGCC 作为基础，进行燃烧 前的脱碳，但是该技术要将附加成本控制在 10[48]； 纯氧燃烧技术可以避免其它污染物和稀释剂的排放， 但是需要采用专门的纯氧燃烧技术和专门材料的纯氧 燃烧设备以及空分系统，这将大幅度提高系统的投资 成本，同时加上部分尾气的回流显著降低了其经济效 益，该技术还不成熟，它的操作、维修和建设成本可 以与燃烧前脱碳相比；化学链燃烧技术避免了空气对 CO2 的稀释， 尾气主要由CO2 和水构成， 所以CO2 通 过压缩就很容易的捕获，相比于传统的胺捕获技术来 说， 不需要消耗额外的巨大能量， 这是其最大的优势， 但是此技术仍处于研究阶段。 3.2. 二氧化碳的捕获与埋藏二氧化碳的捕获与埋藏 二氧化碳的捕获与埋藏CCS技术就是将利用燃 料而产生的 CO2与其他气体分离开，然后经过压缩、 脱水和输送，最后将其安全长久地封存在地质层中。 CCS 最主要的目的就是减少由于化石燃料的使用而大 规模集中排放的 CO2[16]。 各国都在通过发展能源技术， 调整能源结构以提高能源使用效率，降低高碳基燃料 的使用，取得了巨大的进步。而对于 CCS 技术，虽然 在化工、食品等行业，CO2的分离已经较为成熟，在 石油开采行业，也已经有了较成熟的 CO2驱油技术 EOR，但是对于电力行业，CCS 技术的研究仍处于 起步阶段， 迄今还未有大容量和价格低廉的技术产生。 IGCC 发电是当今国际上最引人注目的新型、 高效的洁 净煤发电技术之一，其基本工艺过程为煤或者其他 含碳燃料，如石油焦、生物质等经气化生成中低热值 合成气，经过除尘、脱硫等净化工艺成为洁净的合成 气供给燃气轮机燃烧做功，燃气轮机排气余热和气化 岛显热回收热量经余热锅炉加热给水产生过热蒸汽， 带动蒸汽轮机发电，从而实现了煤气化燃气蒸汽联合 循环发电过程。 IGCC 发电系统把环境友好的煤气化技 术和高效的燃气蒸汽联合循环发电技术相结合，实现 了煤炭资源的高效、洁净利用，具有高效、洁净、节 水、燃料适应性广、易于实现多联产等优点，并且与 未来二氧化碳近零排放、氢能经济长远可持续发展目 标相容。以美国为例，美国能源部 2000 年开始实施的 21 世纪前景发展计划Vision 21，2007 年 8 月发布了 第三方关于化石燃料电厂投资和性能的研究成果考 虑二氧化碳脱除要求后，近零排放的 IGCC 系统与近 零排放的常规燃煤电站相比具有较强的竞争优势。 2008 年美国 EPRI 提出了 IGCC ＋ CCS 示范的 思路，分别支持进行 10％～20％二氧化碳脱除的 IGCC、50％～70％二氧化碳脱除的 IGCC、80％～90 ％二氧化碳脱除的 IGCC 示范。发达国家这些中、长 期重点研究开发课题， 展示了 21 世纪世界能源科技的 趋向，将对世界能源前景和全球环境的改善产生重大 的影响。 4. 结语结语 二氧化碳的捕获、分离、固定和利用CCSU已经 成为各国政府、企业和学术界共同关注的问题。综合 考虑目前 CO2捕集分离技术的研究进展，结合我国燃 煤电厂的工艺技术特点，对电厂烟气的碳排放进行控 制的有效途径是首先，结合源头 IGCC 工艺条件设 计开发新型 CO2吸收和吸附介质与功能化材料，发展 CO2捕集分离的新技术；其次，要结合现场地质、地 理与生态条件，提出和发展 CO2封存模式；再次，积 极考虑 CO2的有效和综合利用，比如用于提高油田采 收率或者在捕获分离的同时生产化学品微藻技术/离 子液体捕获和转化等。 参考文献参考文献 References [1] A. 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