Le climat de la Terre subit un changement important caractérisé par le réchauffement climatique, qui aura un impact important sur l'écosystème mondial et le développement social et économique. Des études ont montré que cela est principalement dû à l'effet de réchauffement des gaz à effet de serre tels que le CO2 émis par les humains à l'aide de combustibles fossiles. Au cours des dernières décennies, les émissions de CO2 ont augmenté avec le développement économique. En 2006, les émissions mondiales du CO2 ont atteint 28 milliards de tonnes, dont la Chine représentait 20,2%. Les combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole et le gaz naturel sont les principales sources d'émissions de CO2, et le charbon émet le plus de CO2. Le charbon est une source d'énergie relativement "sale". Le charbon avec la même valeur calorifique émet beaucoup plus de CO2 que le pétrole et le gaz naturel, et est la source la plus importante d'émissions de CO2. En 2006, le charbon ne représentait que 26% de la principale consommation d'énergie mondiale, mais ses émissions de CO2 représentaient 41,7%. Ce problème est particulièrement important dans mon pays: en 2007, la consommation de charbon de mon pays était de 2,59 milliards de tonnes, représentant 69,5% de la consommation d'énergie primaire de mon pays et plus de 80% des émissions de CO2 de mon pays. De ceci, 1,31 milliard de tonnes ont été utilisées pour la production d'électricité. En 2008, la production d'énergie thermique a représenté 80% de la production d'électricité totale de mon pays, dont la plupart provenaient de centrales au charbon. En raison de son prix bas, de ses réserves abondantes et de son accès facile, le charbon restera la principale source d'énergie de mon pays pendant longtemps.
Actuellement, il existe principalement les moyens suivants de contrôler les émissions de CO2: améliorer l'efficacité énergétique, utiliser les énergies renouvelables telles que l'énergie éolienne, l'énergie solaire, l'énergie de la biomasse et l'énergie nucléaire, et utiliser la technologie de capture de CO2 pour brûler les combustibles fossiles.
Dans un avenir prévisible, les combustibles fossiles continueront d'être notre principale source d'énergie, ce qui nous oblige à adopter la technologie de capture et de stockage du CO2 (CCS) pour réduire les émissions de CO2. Les centrales thermiques sont la source la plus importante d'émissions de CO2, et leurs émissions de CO2 dépassent 40% du total. En raison de leurs émissions centralisées et de leur contrôle facile, ils sont devenus les principaux objets d'application de la technologie de capture et de stockage du CO2.
La capture et le stockage du CO2 se réfèrent à la collection de CO2 émis par les centrales électriques, puis à la transporter vers un emplacement de stockage de CO2 via un pipeline. Cet article se concentre principalement sur la technologie de capture CO2. Il existe actuellement trois principaux types de technologies de capture de CO2:
Technologie de capture post-combustion
Technologie de combustion enrichie en oxygène
Technologie de capture de pré-combustion
Mots-clés: Capture CO2; centrale thermique; combustion enrichie en oxygène; Capture de gaz de combustion; Capture de pré-combustion
Technologie de capture post-combustion
La technologie de capture post-combustion est utilisée pour capturer le carbone dans les gaz de combustion après la combustion. Il utilise la monoéthanolamine (MEA) ou d'autres solutions pour absorber directement le CO dans les gaz de combustion pour la capture. La solution MEA est un solvant chimique organique qui a été utilisé pour éliminer les impuretés de gaz acide dans le gaz naturel, comme le CO2, le H2S, etc. plus de 60 ans. Son absorption de CO2 appartient à l'adsorption chimique, qui peut libérer du CO2 sous chauffage. L'utilisation de cette méthode pour capturer le CO2 dans les gaz de combustion peut éliminer 75% ~ 90% du CO2 dans les gaz de combustion et obtenir du CO2 avec une pureté de 99%.
Pour capturer le CO2 dans les gaz de combustion, une tour d'absorption et une tour de régénération doivent être ajoutées à l'équipement pour absorber et libérer du CO2. De plus, le système de vapeur doit être modifié pour extraire la vapeur pour chauffer la solution et libérer le CO2. En raison de la faible pression des gaz de combustion (généralement près de la pression atmosphérique), de la faible concentration en CO2 (10% ~ 15%) et de l'énorme débit de gaz, le système de capture est important et consomme beaucoup d'énergie. La principale perte d'énergie de la technologie de capture post-combustion réside dans la régénération de la solution MEA. On estime que pour les unités nouvellement construites avec capture de CO2, l'efficacité baissera d'environ 20% ~ 30% par rapport aux unités avec les mêmes paramètres, et l'énergie consommée par la régénération de la solution MEA représente plus de la moitié de l'énergie totale consommée. L'énergie requise pour la régénération provient généralement de l'extraction de vapeur à basse pression de la turbine. Alstom a étudié la modification de la capture de CO2 d'une unité aux États-Unis, montrant que 79% de la vapeur après le cylindre à pression moyenne est utilisée pour la régénération de la solution MEA. Étant donné que l'extraction de la vapeur empêche l'unité de fonctionner dans des conditions optimales, l'efficacité continuera de baisser.
De plus, les gaz acides tels que SO2 et NO2 dans les gaz de combustion réagiront avec la solution MEA pour générer des sels stables à la chaleur, entraînant la perte de la solution MEA. Par conséquent, la teneur en gaz acides dans les gaz de combustion doit être contrôlée à environ 10x10 ".X, puisque nonXDans les gaz de combustion est principalement non, et le NO2 ne représente que environ 5%, le système SCR ordinaire peut répondre aux besoins.
Technologie de combustion enrichie en oxygène
La technologie de combustion enrichie en oxygène utilise la technologie de production d'oxygène pour passer de l'oxygène pur et une partie des gaz de combustion recyclés dans la chaudière pour la combustion, de sorte que la concentration de CO2 dans le gaz de combustion atteint plus de 95%, qui peut être directement comprimée et purifiée.
L'équipement de capture de CO2 à l'aide de la technologie de combustion enrichie en oxygène comprend principalement des dispositifs de séparation d'air, des dispositifs de recirculation de gaz de combustion et des dispositifs de compression et de purification du CO2. La principale perte d'énergie de la technologie de combustion enrichie en oxygène réside dans la séparation de l'air pour produire de l'oxygène. La technologie de refroidissement et de séparation d'air actuellement couramment utilisée consomme beaucoup d'énergie, et l'électricité requise représente environ 18% de la production d'électricité totale. Dans le même temps, en raison de la réduction de l'écoulement des gaz de combustion et de la réduction de la perte de chaleur d'échappement, l'efficacité de la chaudière peut être augmentée d'environ 3%. Dans l'ensemble, l'efficacité de l'ensemble de la centrale baissera de 20% ~ 30%. De nouvelles technologies de production d'oxygène à faible coût sont actuellement à l'étude, telles que la technologie de la membrane de transport d'oxygène et d'ion (OTM). Une fois qu'une percée est effectuée, le coût de la technologie de combustion enrichie en oxygène peut être considérablement réduit.
En raison de la circulation continue des gaz de combustion, la concentration de SO2 dans les gaz de combustion est de 2 ~ 3 fois celle de la combustion d'air. Si la teneur en soufre du charbon est élevée, le gaz de combustion doit être extrait après le système de désulfurisation pour empêcher la corrosion de l'équipement. S'il n'est pas élevé, l'équipement de désulfurisation peut être annulé. NONXLes émissions seront considérablement réduites sous la prémisse de l'adoption de la technologie de combustion NOx faible. D'une part, c'est parce qu'il y a un manque de N2 dans les gaz de combustion, et pas de non thermiqueXest généré. D'un autre côté, les NOx peuvent être encore réduits pendant la circulation. Une fois le CO2 comprimé et liquéfié, les gaz non condensables, y compris l'excès d'oxygène qui fuit dans l'air de la chaudière, SO2, nonX, etc., sera séparé; Les polluants peuvent être traités en fonction des exigences locales de protection de l'environnement.
La technologie de capture de pré-combustion est principalement utilisée en conjonction avec la technologie IGCC. L'IGCC (cycle combiné de gazéification intégré) est une technologie de pointe qui combine la technologie de gazéification du charbon avec un cycle combiné. Le système IGCC doit ajouter un réacteur de décalage, une séparation de CO2 et un dispositif de purification de compression pour la capture du CO2. Le charbon est converti en gaz de synthèse, principalement composé de CO et H2, dans un environnement à haute température, à haute pression et riche en oxygène dans le gazéificateur: dans le réacteur de décalage, le CO et la vapeur d'eau dans le gaz de synthèse génèrent du CO et de l'hydrogène sous l'action d'un catalyseur. Parce que la pression du gaz est élevée à ce moment, la concentration de CO est également élevée et la méthode de l'éther diméthylique de polyéthylène glycol (SELEXOL) peut être utilisée pour absorber le CO. Cette méthode est une méthode d'absorption physique. En réduisant la pression de la solution, le CO2 peut être libéré et la solution peut être régénérée. Sa consommation d'énergie est beaucoup plus petite que celle de la méthode MEA. Dans le même temps, en raison de la pression élevée du gaz, la consommation d'énergie du processus de compression CO2 ultérieur est également réduite. Certains chercheurs ont analysé le système IGCC de 500 MW et croient qu'après avoir installé le système de capture de CO2, l'efficacité de l'IGCC passera de 38,4% (HHV) à 31,2% (HHV). Parmi eux, le réacteur de conversion et la compression de CO2 ont le plus grand impact, ce qui réduit l'efficacité de 4,2% et 2,1%, respectivement. Le coût de l'élimination du CO2 par cette méthode est d'environ 20 $ / t.
perspectives techniques
La technologie de capture post-combustion est la technologie la plus mature et a été mise en service. Le premier dispositif de capture de capture de CO2 de centrale à charbon de mon pays - Huaneng Beijing Thermal Power Single 3000 ~ 5000T / Year CO2 Capture Demunation Device utilise cette technologie. La technologie de combustion enrichie en oxygène est actuellement un hotspot de recherche, mais la technologie n'est pas très mature et reste surtout en laboratoire et en phase pilote. Le plus grand projet de combustion enrichi en oxygène au monde est le projet de 30 MW Vattenfall construit en Allemagne en septembre 2008, qui utilise la technologie Alstom. En outre, Black Hills, avec B&W, Air Liquide et d'autres sociétés, construira une centrale de combustion enrichie de 100 MW en oxygène à Wyoming, aux États-Unis. Le projet devrait être achevé en 2015. La technologie de capture post-combustion et la technologie de combustion enrichie en oxygène peuvent être utilisées pour transformer les centrales électriques existantes. Le coût de la technologie de combustion enrichie en oxygène est relativement faible, mais si une seule partie du CO2 est capturée, la technologie de capture post-combustion est plus appropriée. L'IGCC est la technologie de charbon la plus propre au monde, mais sa technologie élevé et sa technologie immature limitent son application. Cependant, après l'installation de la capture de CO2, son augmentation des coûts est la moindre et le coût d'élimination du CO2 est également le plus bas. Avec le développement de la technologie, l'IGCC sera largement utilisé à l'avenir. L'inconvénient est que cette technologie ne peut être utilisée que pour les nouvelles centrales électriques et ne peut pas être utilisée pour la transformation technique des centrales électriques existantes.
Peu importe la technologie utilisée, il existe certaines exigences pour le site. Par conséquent, la centrale électrique nouvellement conçue doit considérer la capture du CO2, réfléchir à la technologie à utiliser à l'avance, réserver un espace pour l'équipement d'élimination du CO2 et trouver un emplacement de stockage approprié à proximité.
Promotion de la technologie de capture de CO2
Bien que la technologie de capture de CO2 soit devenue un hotspot de recherche, elle n'a pas encore été promue dans le monde entier. Cela est principalement dû aux facteurs suivants:
(1) Considérations économiques: Après la capture du CO2, l'efficacité de l'ensemble de la centrale baissera de 20% ~ 30% et le coût de la production d'électricité augmentera considérablement. Les entreprises qui ont déjà réalisé des bénéfices n'ont aucune motivation pour capturer le CO2.
(2) L'influence des politiques nationales: la capture du CO2 doit être motivée par les politiques nationales. Le gouvernement peut envisager d'adopter des formulaires tels que l'imposition d'une taxe sur les émissions de CO2 pour promouvoir l'application de la technologie de capture et de stockage du CO2.
(3) L'influence des politiques nationales: la capture du CO2 doit être motivée par les politiques nationales. Le gouvernement peut envisager d'adopter des formulaires tels que l'imposition d'une taxe sur les émissions de CO2 pour promouvoir l'application de la technologie de capture et de stockage du CO2.
(4) Sensibilisation du public: Après l'adoption de la technologie de capture de CO2, les prix de l'électricité augmenteront inévitablement fortement. Qu'il s'agisse d'augmenter les prix de l'électricité ou de faire des impôts sur le carbone, il doit être reconnu et soutenu par le public.
La construction de centrales de démonstration est une mesure efficace pour promouvoir la promotion de la technologie de capture de CO2. L'UE a prévu de construire 12 centrales de démonstration de démonstration de capture de CO2 à grande échelle d'ici 2012 pour se préparer à une promotion à grande échelle dans le monde en 2020.
Conclusion
Trois types de technologies de capture de CO2 pour les centrales électriques au charbon sont introduits, les avantages, les inconvénients et les coûts de diverses technologies sont comparés et la promotion de la technologie de capture de CO2 est analysée. Un coût excessif est toujours le principal facteur restreignant le développement de la technologie de capture de CO2. Des considérations complètes doivent être réalisées et les systèmes intégrés devraient être raisonnablement conçus pour réduire les coûts. Par exemple, le CO2 généré peut être utilisé pour augmenter le taux de récupération du pétrole des champs de pétrole. Dans la technologie enrichie en oxygène, l'énergie froide du gaz naturel liquéfié importé peut être utilisée pour la séparation de l'air afin de réduire le coût de la production d'oxygène.
