Loftslag jarðar er í verulegri breytingu sem einkennist af hlýnun jarðar, sem mun hafa mikilvæg áhrif á alþjóðlegt vistkerfi og félagslega og efnahagslega þróun. Rannsóknir hafa sýnt að þetta er aðallega vegna hlýnun áhrifa gróðurhúsalofttegunda eins og CO2 sem mönnum gefur frá sér með jarðefnaeldsneyti. Undanfarna áratugi hefur losun CO2 aukist með efnahagslegri þróun. Árið 2006 náði CO2 losun heims 28 milljörðum tonna, þar af voru Kína 20,2%. Jarðvegseldsneyti eins og kol, olía og jarðgas eru helstu uppsprettur CO2 losunar og kol gefur frá sér mest CO2. Kol er tiltölulega „óhrein“ orkugjafi. Kol með sama kaloríugildi gefur frá sér miklu meira CO2 en olíu og jarðgas og er mikilvægasta uppspretta CO2 losunar. Árið 2006 voru kol aðeins 26% af aðal orkunotkun heimsins, en CO2 losun þess var 41,7%. Þetta vandamál er sérstaklega áberandi í mínu landi: Árið 2007 var kolaneysla lands míns 2,59 milljarðar tonna og nam 69,5% af aðal orkunotkun lands míns og meira en 80% af CO2 losun lands míns. Þar af voru 1,31 milljarður tonna notaðir til orkuvinnslu. Árið 2008 nam hitauppstreymi 80% af heildarorkuframleiðslu lands míns, sem flestar voru frá koleldavirkjunum. Vegna lágs verðs, mikils forða og greiðs aðgangs verða kol áfram aðal orkugjafi lands míns í langan tíma.
Eins og er eru aðallega eftirfarandi leiðir til að stjórna losun CO2: Bæta orkunýtni, nota endurnýjanlega orku eins og vindorku, sólarorku, lífmassa orku og kjarnorku og nota CO2 handtaka tækni til að brenna jarðefnaeldsneyti.
Í fyrirsjáanlegri framtíð mun jarðefnaeldsneyti halda áfram að vera aðal orkugjafi okkar, sem krefst þess að við notum CO2 handtöku og geymslutækni (CCS) til að draga úr losun CO2. Varmavirkjanir eru mikilvægasta uppspretta CO2 losunar og CO2 losun þeirra fer yfir 40% af heildinni. Vegna miðlægrar losunar og auðveldrar stjórnunar eru þeir orðnir helstu notkunarhlutir CO2 handtaka og geymslutækni.
CO2 handtaka og geymsla vísar til safns CO2 sem gefin eru út af virkjunum og flytja það síðan á CO2 geymslu staðsetningu í gegnum leiðslu. Þessi grein fjallar aðallega um CO2 handtaka tækni. Nú eru til þrjár megin gerðir af CO2 handtaka tækni:
Tækni eftir samkomu
Súrefnis-auðgað brennslutækni
Tækni fyrir samkomu
Lykilorð: CO2 handtaka; hitauppstreymi; súrefnis-auðgað bruni; streyma gashandtöku; forstilling
Tækni eftir samkomu
Tækni eftir samkomu er notuð til að fanga kolefni í rofgasi eftir brennslu. Það notar monoethanolamine (MEA) eða aðrar lausnir til að taka beint upp CO í rofgasi til handtöku. MEA lausn er lífrænt efnafræðilegt leysir sem hefur verið notaður til að fjarlægja súrt gas óhreinindi í jarðgasi, svo sem CO2, H2S osfrv. Meira en 60 ár. Upptaka þess á CO2 tilheyrir efnafræðilegri aðsog, sem getur losað CO2 undir upphitun. Með því að nota þessa aðferð til að ná CO2 í rofgasi getur það fjarlægt 75%~ 90%af CO2 í rofgasi og fengið CO2 með hreinleika 99%.
Til að fanga CO2 í Blue Gas þarf að bæta frásog turn og endurnýjunarturn við búnaðinn til að taka upp og losa CO2. Að auki þarf að breyta gufukerfinu til að draga gufu til að hita lausnina og losa CO2. Vegna lágs loftþrýstings (almennt nálægt andrúmsloftsþrýstingi), lágum CO2 styrkur (10%~ 15%) og mikið gasflæði, er handtaka kerfið stórt og eyðir mikilli orku. Helsta orkutap á tækni til að ná fram komu liggur í endurnýjun MEA lausnarinnar. Áætlað er að fyrir nýbyggðar einingar með CO2 handtöku muni skilvirkni lækka um 20% ~ 30% samanborið við einingar með sömu breytum og orkan sem neytt er af endurnýjun MEA lausnar nemur meira en helmingi heildarorkunnar sem neytt er. Orkan sem þarf til endurnýjunar kemur venjulega frá lágþrýstings gufuútdrátt á hverflinum. Alstom hefur rannsakað CO2 handtökubreytingu einingar í Bandaríkjunum og sýnt að 79% gufunnar eftir að meðalþrýstingshólkinn er notaður til að endurnýja MEA lausnina. Vegna þess að útdráttur gufu kemur í veg fyrir að einingin starfi við ákjósanlegar aðstæður mun skilvirkni halda áfram að lækka.
Að auki munu súru lofttegundir eins og SO2 og NO2 í rofgasi bregðast við MEA lausn til að mynda hita stöðug sölt, sem leiðir til taps á MEA lausn. Þess vegna þarf að stjórna innihaldi súrra lofttegunda í rennslisgasi við um það bil 10x10 ". Þetta krefst breytinga á desulfurization kerfinu til að bæta skilvirkni desulfurizaX, þar sem neiXÍ rofgasi er aðallega nei og NO2 er aðeins um það bil 5%, venjulegt SCR kerfi getur mætt þörfunum.
Súrefnis-auðgað brennslutækni
Súrefnis-auðgað brennslutækni notar súrefnisframleiðslutækni til að fara framhjá hreinu súrefni og hluta endurunnins róðugas í ketilinn fyrir bruna, þannig að CO2 styrkur í rofgasinu nær meira en 95%, sem hægt er að þjappa beint og hreinsa.
Búnaðurinn til að ná CO2 með því að nota súrefnis-auðgaða brennslutækni felur aðallega í sér loftaðskilnað tæki, endurrásarbúnað fyrir gas og CO2 samþjöppun og hreinsunartæki. Helsta orkutap súrefnis-auðgaðs brennslutækni liggur í aðskilnaði lofts til að framleiða súrefni. Núverandi algengt kælingar- og loftaðskilnaðartækni eyðir mikilli orku og nauðsynleg raforku er um 18% af heildarorkuframleiðslunni. Á sama tíma, vegna minnkunar á rennsli rennslis og minnkunar á hitastigi útblásturs, er hægt að auka skilvirkni ketilsins um 3%. Á heildina litið mun skilvirkni allrar virkjunarinnar lækka um 20%~ 30%. Nú er verið að rannsaka nýja lágmarkskostnaðar súrefnisframleiðslutækni, svo sem súrefnis- og jónaflutningshimnu (OTM) tækni. Þegar búið er að gera bylting er hægt að draga mjög úr kostnaði við súrefnis-auðgaða brennslutækni.
Vegna stöðugrar blóðrásar á lofttegundum er SO2 styrkur í rofgasinu 2 ~ 3 sinnum meiri en loftbrennsla. Ef brennisteinsinnihald kola er hátt, ætti að draga rennslisgasið eftir eftir desulfaization kerfið til að koma í veg fyrir tæringu búnaðar. Ef það er ekki hátt er hægt að hætta við desulfurization búnaðinn. NeiXLosun mun minnka mjög undir forsendu að taka upp litla NOx brennslutækni. Annars vegar er það vegna þess að það skortir N2 í rofgasinu og engin hitauppstreymi nrXer búið til. Aftur á móti er hægt að draga frekar úr NOX við blóðrásina. Eftir að CO2 er þjappað og fljótandi lofttegundir, sem ekki er hægtX, osfrv., verður aðskilið; Hægt er að meðhöndla mengunarefnin í samræmi við staðbundnar umhverfisverndarkröfur.
Tækni fyrir samkomu er aðallega notuð í tengslum við IGCC tækni. IGCC (samþætt lofttegund samanlagð hringrás) er háþróuð tækni sem sameinar kolgasi IGCC kerfið þarf að bæta við vakt reactor, CO2 aðskilnað og þjöppunarhreinsunarbúnaði fyrir CO2 handtöku. Kolum er breytt í myndunargas, aðallega samsett úr CO og H2, undir háum hita, háum þrýstingi og súrefnisríku umhverfi í gasieranum: í vakt reactor, CO og vatnsgufu í myndunargasinu mynda CO og vetni undir verkun hvata. Vegna þess að gasþrýstingurinn er mikill á þessum tíma er styrkur CO einnig mikill og hægt er að nota pólýetýlen glýkól dimetýleteraðferðina (Selexol) til að taka upp co. Þessi aðferð er eðlisfræðileg frásogsaðferð. Með því að draga úr þrýstingi lausnarinnar er hægt að losa CO2 og hægt er að endurnýja lausnina. Orkunotkun þess er mun minni en MEA aðferðin. Á sama tíma, vegna mikils gasþrýstings, er einnig minnkað orkunotkun síðari CO2 samþjöppunarferlisins. Sumir fræðimenn hafa greint 500 MW IGCC kerfið og telja að eftir að CO2 handtaka kerfið hefur verið sett upp mun skilvirkni IGCC lækka úr 38,4% (HHV) í 31,2% (HHV). Meðal þeirra hafa umbreytingarofninn og samþjöppun CO2 mest áhrif, sem dregur úr skilvirkni um 4,2% og 2,1%, í sömu röð. Kostnaður við CO2 fjarlægingu með þessari aðferð er um 20 $/t.
Tæknilegar horfur
Tækni eftir samkomu er þroskaðasta tæknin og hefur verið tekin í notkun. Fyrsta kolelda virkjunarbúnað landsins míns - Huaneng Beijing Thermal Power Plant 3000 ~ 5000t/Year CO2 Capture Sýningartæki notar þessa tækni. Súrefnis-auðgað brennslutækni er nú rannsóknarnúmer, en tæknin er ekki mjög þroskuð og er aðallega áfram á rannsóknarstofu og tilrauna stigi. Stærsta súrefnis auðgaða brennsluverkefni heims er 30 MW Vattenfall verkefnið sem byggt var í Þýskalandi í september 2008, sem notar Alstom tækni. Að auki munu Black Hills, ásamt B&W, Air Liquide og öðrum fyrirtækjum, byggja 100MW súrefnis-auðgaða brennsluvirkjun í Wyoming, Bandaríkjunum. Áætlað er að verkefninu verði lokið árið 2015. Báðum tækni til að handtaka og súrefnis-auðgaða brennslutækni er hægt að nota til að umbreyta núverandi virkjunum. Kostnaður við súrefnis-auðgaða brennslutækni er tiltölulega lágur, en ef aðeins hluti CO2 er tekinn upp, þá hentar tækni eftir kommbustion. IGCC er hreinasta kolelda tækni í heiminum, en mikill kostnaður og óþroskaður tækni takmarkar notkun sína. Eftir að CO2 handtaka hefur verið sett upp er kostnaðarhækkun þess þó síst og CO2 fjarlægingarkostnaður er einnig lægstur. Með þróun tækni verður IGCC mikið notað í framtíðinni. Ókosturinn er sá að aðeins er hægt að nota þessa tækni fyrir nýjar virkjanir og er ekki hægt að nota til tæknilegrar umbreytingar núverandi virkjana.
Sama hvaða tækni er notuð, það eru ákveðnar kröfur fyrir vefinn. Þess vegna verður nýhönnuð virkjun að huga að handtöku CO2, hugsa um hvaða tækni á að nota fyrirfram, panta pláss fyrir CO2 flutningsbúnað og finna viðeigandi geymslu staðsetningu í nágrenninu.
Kynning á CO2 handtaka tækni
Þrátt fyrir að CO2 handtaka tækni hafi orðið rannsóknarnúmer hefur það ekki enn verið kynnt um allan heim. Þetta er aðallega vegna eftirfarandi þátta:
(1) Efnahagsleg sjónarmið: Eftir CO2 handtöku mun skilvirkni allrar virkjunarinnar lækka um 20%~ 30%og kostnaður við orkuvinnslu mun aukast verulega. Fyrirtæki sem hafa þegar hagnast hafa enga hvatningu til að ná CO2.
(2) Áhrif þjóðarstefnu: CO2 handtaka verður að vera knúin áfram af innlendri stefnu. Ríkisstjórnin getur íhugað að taka upp eyðublöð eins og að leggja CO2 losunarskatt til að stuðla að beitingu CO2 handtaka og geymslutækni.
(3) Áhrif þjóðarstefnu: CO2 handtaka verður að vera knúin áfram af innlendri stefnu. Ríkisstjórnin getur íhugað að taka upp eyðublöð eins og að leggja CO2 losunarskatt til að stuðla að beitingu CO2 handtaka og geymslutækni.
(4) Vitund almennings: Eftir að CO2 handtaka tækni er samþykkt mun raforkuverð óhjákvæmilega hækka mikið. Hvort sem það er að hækka raforkuverð eða leggja á kolefnisskatta þarf að viðurkenna það og styðja af almenningi.
Að byggja upp sýningarvirkjanir er áhrifarík ráðstöfun til að stuðla að eflingu CO2 handtaka tækni. ESB hefur ætlað að byggja 12 stórfellda CO2 handtaka sýningarvirkjanir árið 2012 til að búa sig undir stórfellda kynningu um allan heim árið 2020.
Niðurstaða
Þrjár gerðir af CO2 handtaka tækni fyrir koleldavirkjanir eru kynntar, kostir, gallar og kostnaður við ýmsa tækni er borinn saman og efla er að efla CO2 handtaka tækni. Óhóflegur kostnaður er enn megin þátturinn sem takmarkar þróun CO2 handtaka tækni. Gera ætti yfirgripsmikla sjónarmið og samþætta kerfi ættu að vera sæmilega hönnuð til að draga úr kostnaði. Til dæmis er hægt að nota CO2 sem myndaðist til að auka olíu endurheimt olíusvæða. Í súrefnis-auðgaðri tækni er hægt að nota kalda orku innflutts fljótandi jarðgas til að aðskilja loft til að draga úr kostnaði við súrefnisframleiðslu.
