温室气体二氧化碳的回收技术研究进展

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1、攀钢技术·1·温室气体二氧化碳的回收技术研究进展邱正秋，彭良虎（攀钢钢铁研究院）摘要：温室气体CO2减排是目前大气污染治理的一大难题，引起了国际社会的极大关注。吸附法、膜分离法、液膜法、胺化合物吸收法、离子液循环吸收法等是CO2气体回收常用的方法。通过对各种方法的原理及研究现状介绍，深入分析了各种方法的优缺点及存在的问题，提出了改善吸收剂性能、开发高效低耗的CO2选择性吸收剂、改进CO2吸收工艺将成为今后CO2捕集回收技术的研究方向。关键词：二氧化碳；烟气；脱碳；回收攀钢技术·3·0引言由温室效应导致的气候变暖已经成为一个全球性的环境问题。CO2是造成温室效应的主要气

2、体之一，约占温室气体的2/3。据2004年IEA（InternationalEnergyAgency）的预测，到2030年，世界能源消费中以煤、石油、天然气为主的化石燃料将仍然占据主导地位[1]。因此，在未来的几十年里，化石燃料利用量的持续上升将导致CO2排放量的不断增加，如不加以控制，CO2的过量排放将会造成环境的继续恶化。基于此，1997年124个国家签署了《京都议定书》，规定了2008～2012年全球CO2的排放量要比1990年的CO2排放量平均降低5.2%。我国是《京都议定书》签约国之一，在2012年后，需承担温室气体减排的要求。我国2006年排放CO2气体6

3、2亿t，位居世界第一，中国将面临CO2减排压力。由于巨大的产量和能源消耗，钢铁工业是我国CO2排放的主要源头之一，CO2排放量占全国9.2%[2]。据美国EIA（EnergyInformationAdministration）预测，到2010年，如果按照《京都议定书》的要求，美国在满足经济发展的前提下，全美大约33.7%的燃煤电厂要实现CO2“零”排放。显然，要满足此要求，除了大力推广新能源和不断优化生产流程，提高能源利用效率和加速二次能源的回收利用步伐，需对废气中CO2配匹相应的脱碳装备。笔者主要对吸附法、膜分离法、液膜法、胺类化合物吸收法、离子液循环吸收法等烟气中

4、二氧化碳气体回收技术的原理、优缺点、存在的问题及研究现状进行了论述，展望了烟气脱碳技术的发展方向。1二氧化碳回收技术1.1吸附法　吸附法是利用固态吸附剂对原料混合气中的CO2的选择性可逆吸附作用来分离回收CO2。吸附剂在高温(或高压)时吸附CO2降温(或降压)后将CO2解析出来，通过周期性的温度(或压力)变化,从而使CO2分离出来。其关键是吸附剂的载荷能力，主要决定因素是温差(或压差)[3]。常用的吸附剂有天然沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶和活性炭等。南京工业大学对硅胶的二氧化碳吸附性能及其与微孔结构的关系进行了研究[4]，比较了两种硅胶吸附剂对CO2吸附穿透曲线和吸

5、附性能的差异及硅胶的微结特性对吸附二氧化碳性能的影响。结果表明：比表面大、孔径分布趋向细孔有利于硅胶对二氧化碳的吸附，而适当的孔分布则有利于硅胶吸附剂减小扩散阻力，为硅胶吸附剂的改进以及变压吸附在合成气脱碳过程中的应用提供了理论依据。华南理工大学韦朝海等针对电厂烟道气流量大[5]，温度高的特点，采用活性炭、沸石分子筛、金属氧化物，水滑石类混合物和锂盐化合物进行了CO2高温吸附性能比较，重点讨论了新型吸附剂Li2ZrO3用于高温烟道气中CO2的吸附性能及影响因素，如CO2吸附速率、反应温度、ZrO2攀钢技术·3·颗粒大小、改性化合物的种类和用量等；认为Li2ZrO3是从

6、高温烟道气中吸附CO2的高效吸附剂。吕国强等用固相合成法合成可用于循环使用的CO2吸收材料Li4SiO4[6]，并对其吸收性能进行研究。结果发现，在900℃下烧结2h可合成Li4SiO4陶瓷材料，该材料在600～720℃下吸收CO2反应最为活跃，最高吸收率可达29.16%；该材料吸收CO2后，在750℃时开始解吸CO2，到900℃左右可解吸完全，再生为Li4SiO4。目前工业上应用较多的是变压吸附工艺,它属于干法工艺，无腐蚀，整个过程由吸附、漂洗、降压、抽真空和加压五步组成，其运行系统压力在6.66～1260kPa之间变化。吸附法的主要优点是工艺过程简单、能耗低、适应

7、能力强，但此法的吸附容量有限、需要大量的吸附剂、吸附解吸频繁、自动化程度要求较高。1.2膜分离法膜分离法是利用某些聚合材料制成的薄膜对不同气体的渗透率的不同来分离气体的。膜分离的驱动力是压差，当膜两边存在压差时，渗透率高的气体组分以很高的速率透过薄膜，形成渗透气流，渗透率低的气体则绝大部分在薄膜进气侧形成残留气流，两股气流分别引出从而达到分离的目的。用于CO2气体分离的膜大多为乙酸纤维、聚砜、聚酰胺等，由于膜本身或膜组件的其他材料耐热性能差，150℃是其操作温度的上限。近年来一些性能优异的新型膜材质正不断涌现,如聚酰亚胺膜、聚苯氧改性膜、二胺基聚砜复