钢铁工业CO2捕捉与封存(CCS)技术研究

二氧化碳捕获和封存是指把CO2从工业或相关能源排放源分离出来,输送到封存地点进行储存,并使其长期与大气隔绝的过程。目前,主要的封存方式有地质封存、海洋封存和碳酸盐矿石固存等等。为了尽可能减少以二氧化碳(CO2)为主的温室气体排放,减缓全球气候变化趋势,人类正在通过持续不断的研究以及国家间合作,从技术、经济、政策、法律等层面探寻长期有效的解决途径。近年来兴起的二氧化碳捕获与封存(CCS)技术成为研究的热点和国际社会减少温室气体排放的重要策略。

化学吸收法是利用CO2气体呈酸性的特点,用弱碱性物质进行吸收,然后加热使其解吸,从而达到分离CO2的目的。日前JFE工程公司对采用化学吸收法捕捉CO2技术进行了开发,开发出了可在18℃、压力为0.12MPa条件下将CO2转换为固体物质进行分离回收的工艺。该工艺采用的吸收剂为笼形水合物NeoWhite(一种烷基铵盐),是JFE工程公司与NEDO共同开发的蓄热空调用的一种蓄热材料,只需添加少量就可控制CO2转变成水合物所需的压力和温度条件。当排放的废气与NeoWhite的水溶液混合时,CO2会在室温和接近常压条件下被吸收形成冰冻果子露样固态水合物,固液分离后,将固态水合物稍微加热,CO2又转变为气体,这样气态CO2就可以回收,水和吸收剂可以被重复利用。

JFE工程公司首先在其鹤见厂进行了小规模试验,处理能力为3t/d,证实了几乎常温常压条件下,CO2也可转变为固体水合物进行分离回收。若对热电厂、钢厂和其他类似工厂烟道气中的CO2进行分离回收,年处理能力为30万~100万t,预计成本为2500日元/t。

为进行现场试验,在JFE钢铁公司东日本制铁所建设了以炼铁厂热风炉废气为原料的CO2分离、回收试验设备。该工艺的原料气为CO2体积分数约为20%的热风炉废气,对原料气进行两级处理,分离、回收气体的CO2纯度可达90%(体积分数)。

当前,国际上CCS技术研发所关注的主要问题包括:CO2,在地质封存系统中吸附和迁移的机理与规律。在地层中的相态及其变化规律、化学反应及固化条件;注CO2采油过程中的物理化学理论问题、复杂渗透流体力学原理、各类CO2:提高采收率(EOR)数值模拟基础模型;长距离管道运输CO2的化学腐蚀机理与规律等。

随着经济全球化深入发展,降低能耗和减排温室气体成为国际社会面临的严峻挑战,以低能耗、低污染为基础的“低碳经济”成为国际热点,成为继工业革命、信息革命之后又一波可能对全球经济产生重大影响的新趋势。据预测,走“低碳经济”的发展道路,每年可为全球经济产生25000亿美元的收益,到2050年,低碳技术市场至少会达到5000亿美元。为此,一些发达国家大力推进向“低碳经济”转型的战略行动,着力发展“低碳技术”,并对产业、能源、技术、贸易等政策进行重大调整,以抢占产业先机。

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