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摘要：本文主要闡述了關于二氧化碳減排的基本技術手段和基本原理。文章從提高能源利用效率和轉化效率以及二氧化碳的捕集、分離和利用等方面介紹了中國二氧化碳減排的各種技術現狀,并對二氧化碳減排技術的在國外的具體發(fā)展方向作了初步探討,。許多國外的化工公司通過提供減排產品促進汽車應用綠色化。汽車的綠色化包括用生物基材料替代石油基材料、降低輪胎滾動阻力、發(fā)展塑料汽車、開發(fā)更多汽車用綠色產品。另一些化工公司正在開發(fā)用二氧化碳作為低成本化工原材料的新技術，包括將CO2轉化為燃料、利用合成生物學開發(fā)生物燃料。這些新技術均為中國二氧化碳減排及利用前景提供了一定的參考方向。 關鍵詞：二氧化碳減排；捕獲與分離；綠色化工；二氧化碳燃料 全球每年有250多億噸二氧化碳排放,中國已達60多億噸,位居世界第一。大量CO2的排放所帶來的全球性的極端氣候問題已經引起科學界、各國政府及公眾的強烈關注。為此，如何減少CO2的排放問題已經被列入各國政府、聯(lián)合國會議的首要議題，放在優(yōu)先考慮的地位，成為全球諸多重大問題亟待解決的戰(zhàn)略課題。 2009年12月7-18日召開的哥本哈根會議提出,面對氣候變化的嚴峻挑戰(zhàn),我們必須采取更加強有力的政策措施與行動,努力控制溫室氣體排放,建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。中國政府做出承諾,到2020年我國單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40% ~45%,非化石能源占一次能源消費的比重達到15%左右。 當前，減排的主要路線首先是從源頭上減排，即通過調整產業(yè)、經濟、能源結構，鼓勵低排放、低能耗企業(yè)的建設，對高能耗的企業(yè)實行技術改造；大力發(fā)展節(jié)能技術，提高能源利用率；尋找新能源；增強公民意識，改變生活方式等；其次，對迫不得已排放的CO2通過回收分離、捕獲貯存、資源化利用等技術減少或消除其排放。 1. 二氧化碳減排的基本技術手段和原理 1.1捕獲分離CO2技術 1.1.1吸收法 包括物理吸收和化學吸收。物理吸收是指利用那些對CO2具有較大溶解度的有機溶劑做 吸收劑，通過對CO2的加壓讓其溶解到該溶劑內，再通過減壓讓CO2釋放出來，通過這樣的交替方式完成CO2的捕獲分離。當然溶劑的選擇非常重要，一般要求其具有無腐蝕性、無毒性和良好的化學穩(wěn)定性。常見吸收劑有丙烯酸酯、甲醇、乙醇、聚乙二醇等等?；瘜W吸收是指利用堿性溶液如碳酸鉀等對CO2進行溶解捕獲，再通過脫析作用完成對CO2的分離和溶劑的再生。該方法適用于大流量低濃度CO2的分離回收。 1.1.2吸附法 通過吸附劑在一定條件下對CO2進行選擇性吸附，再將CO2解析分離的方法。常用的吸附劑有活性炭、沸石、硅膠、分子篩等。按照改變的條件，吸附法又可分為：變電吸附(ESA)、變壓吸附(PSA)、變溫吸附(TSA)等。其中以變壓吸附法發(fā)展較為迅速，目前在化肥、化工工業(yè)中獲得了廣泛應用。 1.1.3富氧燃料 該技術是利用空分系統(tǒng)獲得富氧甚至純氧，再與純的CO2以一定比例混合后送入爐膛與燃料混合燃燒。這樣由于除去了氮，就可以在排放氣體中產生高濃度的CO2，通過煙氣再循環(huán)裝置去稀釋純氧，重新回注燃燒爐。采用這種富氧燃燒方法，由于助燃氣體中氧氣濃度較高，燃燒比較完全，不但大大降低了煙氣黑度，還因為氮氣量的減少，而減少了熱損失，節(jié)約了能源，故而被發(fā)達國家稱之為“資源創(chuàng)造性技術”，有著良好的應用前景。目前的oxy-fuel技術又得到了進一步的發(fā)展。在oxy-fuel技術中，由于煙道氣中CO2的濃度很高，這樣就有利于對CO2進行捕獲和封存。 1.1.4膜分離法 又稱分子篩法，利用不同的聚合材料對不同的氣體具有不同的滲透率，將CO2從鍋爐尾部煙氣中分離出來的方法。其最大優(yōu)點在于投資少，結構簡單，操作方便。工業(yè)上常見的分離CO2的膜有醋酸纖維膜、乙基纖維素膜、聚苯醚等。這些膜對于CO2現出良好的滲透性。隨著高分子材料科學的不斷發(fā)展，膜分離技術將不斷完善，成為CO2的捕獲分離的又一重要手段。 1.2捕獲封存技術(CCS) 將含有CO2的廢氣通過一個裝有三維網篩的煙囪，廢氣在上升的過程中與從上方噴淋下來的化學溶劑相遇，CO2氣體被溶劑吸收，隨后再將其從溶劑中提取出來進行壓縮，然后用泵注入地下儲存。由于地球儲存CO2的潛力十分巨大，因而地質封存被普遍認為是未來主流的封存方式。由于該方法減排效果較好(可捕集90%以上的CO2的排放)，加之地球儲存CO2的潛力巨大且對環(huán)境友好，因而受到了越來越多的國家的廣泛重視。但是，這種技術也有一定的局限性。首先，它存在一定的環(huán)境風險，比如，溶解的CO2會對地下水的化學性質產生影響，淺層地下和近表面環(huán)境處氣態(tài)CO2高濃度產生的直接效應以及CO2泄漏和鹽水取代對地下水的危害、對陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)的危害、誘發(fā)地震、引起地面沉降或升高等。其次，能耗大，成本高。從捕集到運輸再到貯存，每一個環(huán)節(jié)都要耗能，如果將該技術用于電力生產，每kWh電的費用估計會增加約0.01~0.05美元，排放每t CO2的成本是30~70美元。由此可見，該技術能否獲得廣泛應用，還取決于環(huán)境、技術、資金以及政策等問題。但是，隨著技術的不斷成熟，CCS技術將成為未來CO2減排的重要手段。 1.3 CO2的資源化利用 CO2早期主要用來合成尿素、碳酸氫銨等化學肥料，以及用來生產純堿、小蘇打等基礎化工原料?，F在，CO2被廣泛應用于化工、機械、食品、農業(yè)、醫(yī)藥、煙草等行業(yè)。利用現代科學技術，可以將其轉化為有機燃料、化工原料、中間體或有機化工產品?！白儚U為寶”，對于緩解能源緊張、節(jié)能減排不失為一舉兩得。 2二氧化碳減排的具體手段和新型技術 2.1 電站二氧化碳減排應用 將電廠和其他高耗能裝置排出的大量CO2打入油田井下,既隔離封存了CO2,又可以提高油田采收率,是處理大量排放的CO2的出路之一。歐盟委員會估計，到2030年可捕獲的CO2大約相當于歐盟建議書要求該地區(qū)在2030年減排CO2數量的15%。歐盟已承諾在今后幾年支持12項不同技術捕獲CO2的示范項目。 富氧燃料(oxy-fuel)技術,即向燃煤電站進純氧,而不是進空氣。這樣除去了氮,就可以在排放氣體中產生高濃度的CO2。用富氧燃料,可以產生富CO2煙道氣,為準備封存而分離和凈化CO2的成本可以降低?？諝猱a品公司現已開發(fā)了試驗室規(guī)模的技術，準備在示范裝置檢驗這項技術。羅地亞能源服務部也建立了一家負責能源供應管理和生產的集團。羅地亞認為用CO2排放氣作原料不是一個可行的選擇,因為排放的CO2要擴散,過程將是高耗能的,但公司正在研究CO2捕獲的化學方法。 |
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