Iklim Bumi sedang mengalami perubahan signifikan yang ditandai dengan pemanasan global, yang akan memiliki dampak penting pada ekosistem global dan pembangunan sosial dan ekonomi. Penelitian telah menunjukkan bahwa ini terutama karena efek pemanasan gas rumah kaca seperti CO2 yang dipancarkan oleh manusia menggunakan bahan bakar fosil. Dalam beberapa dekade terakhir, emisi CO2 telah meningkat dengan pembangunan ekonomi. Pada tahun 2006, emisi CO2 dunia mencapai 28 miliar ton, di mana Cina menyumbang 20,2%. Bahan bakar fosil seperti batubara, minyak, dan gas alam adalah sumber utama emisi CO2, dan batubara memancarkan CO2 terbanyak. Batubara adalah sumber energi yang relatif "kotor". Batubara dengan nilai kalori yang sama memancarkan lebih banyak CO2 daripada minyak dan gas alam, dan merupakan sumber terpenting dari emisi CO2. Pada tahun 2006, batubara hanya menyumbang 26% dari konsumsi energi utama dunia, tetapi emisinya CO2 menyumbang 41,7%. Masalah ini sangat menonjol di negara saya: pada tahun 2007, konsumsi batubara negara saya adalah 2,59 miliar ton, menyumbang 69,5% dari konsumsi energi utama negara saya dan lebih dari 80% emisi CO2 negara saya. Dari jumlah ini, 1,31 miliar ton digunakan untuk pembangkit listrik. Pada tahun 2008, pembangkit listrik termal menyumbang 80% dari total pembangkit listrik negara saya, yang sebagian besar berasal dari pembangkit listrik tenaga batu bara. Karena harganya yang murah, cadangan berlimpah, dan akses mudah, batubara akan tetap menjadi sumber energi utama negara saya untuk waktu yang lama.
Saat ini, terutama ada cara -cara berikut untuk mengendalikan emisi CO2: meningkatkan efisiensi energi, menggunakan energi terbarukan seperti energi angin, energi matahari, energi biomassa, dan energi nuklir, dan menggunakan teknologi penangkapan CO2 untuk membakar bahan bakar fosil.
Di masa mendatang, bahan bakar fosil akan terus menjadi sumber energi utama kami, yang mengharuskan kami untuk mengadopsi CO2 Capture and Storage Technology (CCS) untuk mengurangi emisi CO2. Pembangkit listrik termal adalah sumber terpenting dari emisi CO2, dan emisinya CO2 melebihi 40% dari total. Karena emisi terpusat dan kontrol yang mudah, mereka telah menjadi objek aplikasi utama penangkapan dan teknologi penyimpanan CO2.
CO2 Capture and Storage mengacu pada pengumpulan CO2 yang dipancarkan oleh pembangkit listrik dan kemudian mengangkutnya ke lokasi penyimpanan CO2 melalui pipa. Artikel ini terutama berfokus pada teknologi penangkapan CO2. Saat ini ada tiga jenis utama teknologi penangkapan CO2:
Teknologi penangkapan pasca-pembakaran
Teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen
Teknologi penangkapan pra-pembakaran
Kata kunci: CO2 Capture; pembangkit listrik termal; pembakaran yang diperkaya oksigen; penangkapan gas buang; Penangkapan pra-pembakaran
Teknologi penangkapan pasca-pembakaran
Teknologi penangkapan pasca-pembakaran digunakan untuk menangkap karbon dengan gas buang setelah pembakaran. Ini menggunakan monoethanolamine (MEA) atau solusi lain untuk secara langsung menyerap CO dalam gas buang untuk ditangkap. Larutan MEA adalah pelarut kimia organik yang telah digunakan untuk menghilangkan kotoran gas asam dalam gas alam, seperti CO2, H2S, dll. Lebih dari 60 tahun. Penyerapan CO2 miliknya milik adsorpsi kimia, yang dapat melepaskan CO2 di bawah pemanasan. Menggunakan metode ini untuk menangkap CO2 dalam gas buang dapat menghilangkan 75%~ 90%dari CO2 dalam gas buang dan mendapatkan CO2 dengan kemurnian 99%.
Untuk menangkap CO2 dalam gas buang, menara penyerapan dan menara regenerasi perlu ditambahkan ke peralatan untuk menyerap dan melepaskan CO2. Selain itu, sistem uap perlu dimodifikasi untuk mengekstrak uap untuk memanaskan larutan dan melepaskan CO2. Karena tekanan gas buang rendah (umumnya dekat dengan tekanan atmosfer), konsentrasi CO2 rendah (10%~ 15%), dan aliran gas yang besar, sistem penangkapannya besar dan mengkonsumsi banyak energi. Kehilangan energi utama dari teknologi penangkapan pasca pembakaran terletak pada regenerasi solusi MEA. Diperkirakan bahwa untuk unit yang baru dibangun dengan penangkapan CO2, efisiensi akan turun sekitar 20% ~ 30% dibandingkan dengan unit dengan parameter yang sama, dan energi yang dikonsumsi oleh regenerasi solusi MEA menyumbang lebih dari setengah dari total energi yang dikonsumsi. Energi yang dibutuhkan untuk regenerasi biasanya berasal dari ekstraksi uap bertekanan rendah dari turbin. Alstom telah mempelajari modifikasi penangkapan CO2 dari suatu unit di Amerika Serikat, menunjukkan bahwa 79% uap setelah silinder tekanan menengah digunakan untuk regenerasi solusi MEA. Karena ekstraksi uap mencegah unit beroperasi dalam kondisi optimal, efisiensi akan terus menurun.
Selain itu, gas asam seperti SO2 dan NO2 dalam gas buang akan bereaksi dengan larutan MEA untuk menghasilkan garam yang stabil panas, yang mengakibatkan hilangnya larutan MEA. Oleh karena itu, kandungan gas asam dalam gas buang perlu dikendalikan pada sekitar 10x10 ". Ini membutuhkan modifikasi sistem desulfurisasi untuk meningkatkan efisiensi desulfurisasi. Karena tidak adaX, karena tidakXDalam gas buang terutama tidak, dan NO2 hanya menyumbang sekitar 5%, sistem SCR biasa dapat memenuhi kebutuhan.
Teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen
Teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen menggunakan teknologi produksi oksigen untuk melewati oksigen murni dan bagian dari gas buang daur ulang ke dalam boiler untuk pembakaran, sehingga konsentrasi CO2 dalam gas buang mencapai lebih dari 95%, yang dapat dikompresi dan dimurnikan secara langsung.
Peralatan untuk menangkap CO2 menggunakan teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen terutama mencakup perangkat pemisahan udara, perangkat resirkulasi gas buang, dan kompresi CO2 dan perangkat pemurnian. Kehilangan energi utama dari teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen terletak pada pemisahan udara untuk menghasilkan oksigen. Teknologi pendinginan dan pemisahan udara yang umum digunakan mengkonsumsi banyak energi, dan listrik yang diperlukan menyumbang sekitar 18% dari total pembangkit listrik. Pada saat yang sama, karena pengurangan aliran gas buang dan pengurangan kehilangan panas knalpot, efisiensi boiler dapat ditingkatkan sekitar 3%. Secara keseluruhan, efisiensi seluruh pembangkit listrik akan turun 20%~ 30%. Teknologi produksi oksigen berbiaya rendah baru saat ini sedang dipelajari, seperti teknologi oksigen dan ion transport bban (OTM). Setelah terobosan dibuat, biaya teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen dapat sangat berkurang.
Karena sirkulasi gas buang terus menerus, konsentrasi SO2 dalam gas buang adalah 2 ~ 3 kali lipat dari pembakaran udara. Jika kandungan sulfur batubara tinggi, gas buang harus diekstraksi setelah sistem desulfurisasi untuk mencegah korosi peralatan. Jika tidak tinggi, peralatan desulfurisasi dapat dibatalkan. TIDAKXEmisi akan sangat berkurang di bawah premis mengadopsi teknologi pembakaran NOX rendah. Di satu sisi, itu karena ada kekurangan N2 dalam gas buang, dan tidak ada termal noXdihasilkan. Di sisi lain, NOX dapat dikurangi lebih lanjut selama sirkulasi. Setelah CO2 dikompresi dan dicairkan, gas yang tidak dapat dikondensasi, termasuk kelebihan oksigen bocor ke udara boiler, SO2, NOX, dll., Akan dipisahkan; Polutan dapat diperlakukan sesuai dengan persyaratan perlindungan lingkungan setempat.
Teknologi penangkapan pra-pembakaran terutama digunakan bersama dengan teknologi IGCC. IGCC (Siklus Gabungan Gasifikasi Terpadu) adalah teknologi canggih yang menggabungkan teknologi gasifikasi batubara dengan siklus gabungan. Sistem IGCC perlu menambahkan reaktor shift, pemisahan CO2, dan perangkat pemurnian kompresi untuk penangkapan CO2. Batubara diubah menjadi gas sintesis, terutama terdiri dari CO dan H2, di bawah suhu tinggi, tekanan tinggi, dan lingkungan yang kaya oksigen di gasifier: dalam reaktor shift, CO dan uap air dalam sintesis gas menghasilkan CO dan hidrogen di bawah aksi katalis. Karena tekanan gas tinggi pada saat ini, konsentrasi CO juga tinggi, dan metode polietilen glikol dimetil eter (selexol) dapat digunakan untuk menyerap CO. Metode ini adalah metode penyerapan fisik. Dengan mengurangi tekanan larutan, CO2 dapat dilepaskan, dan solusinya dapat diregenerasi. Konsumsi energinya jauh lebih kecil dari metode MEA. Pada saat yang sama, karena tekanan gas yang tinggi, konsumsi energi dari proses kompresi CO2 berikutnya juga berkurang. Beberapa sarjana telah menganalisis sistem IGCC 500 MW dan percaya bahwa setelah memasang sistem penangkapan CO2, efisiensi IGCC akan turun dari 38,4% (HHV) menjadi 31,2% (HHV). Di antara mereka, reaktor konversi dan kompresi CO2 memiliki dampak terbesar, yang masing -masing mengurangi efisiensi sebesar 4,2% dan 2,1%. Biaya penghapusan CO2 dengan metode ini adalah sekitar 20 $/t.
prospek teknis
Teknologi penangkapan pasca-pembakaran adalah teknologi yang paling matang dan telah digunakan. Perangkat Penangkapan CO2 Tenaga Batubara Pertama di Negara saya - Huaneng Beijing Thermal Power Plant 3000 ~ 5000T/Tahun Perangkat Demonstrasi CO2 CO2 menggunakan teknologi ini. Teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen saat ini merupakan hotspot penelitian, tetapi teknologinya tidak terlalu matang dan sebagian besar tetap berada di tahap laboratorium dan percontohan. Proyek pembakaran yang diperkaya oksigen terbesar di dunia adalah proyek 30 MW Vattenfall yang dibangun di Jerman pada bulan September 2008, yang menggunakan teknologi Alstom. Selain itu, Black Hills, bersama dengan B&W, Air Liquide, dan perusahaan lain, akan membangun pembangkit listrik pembakaran yang diperkaya oksigen 100MW di Wyoming, AS. Proyek ini dijadwalkan selesai pada tahun 2015. Baik teknologi penangkapan pasca-pembakaran dan teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen dapat digunakan untuk mengubah pembangkit listrik yang ada. Biaya teknologi pembakaran yang diperkaya oksigen relatif rendah, tetapi jika hanya bagian dari CO2 yang ditangkap, teknologi penangkapan pasca pembakaran lebih cocok. IGCC adalah teknologi berbahan bakar batubara terbersih di dunia, tetapi biaya tinggi dan teknologi yang belum matang membatasi aplikasinya. Namun, setelah memasang penangkapan CO2, kenaikan biayanya adalah yang paling sedikit, dan biaya penghapusan CO2 juga yang terendah. Dengan pengembangan teknologi, IGCC akan banyak digunakan di masa depan. Kerugiannya adalah bahwa teknologi ini hanya dapat digunakan untuk pembangkit listrik baru, dan tidak dapat digunakan untuk transformasi teknis pembangkit listrik yang ada.
Tidak peduli teknologi mana yang digunakan, ada persyaratan tertentu untuk Situs. Oleh karena itu, pembangkit listrik yang baru dirancang harus mempertimbangkan penangkapan CO2, pikirkan tentang teknologi apa yang akan digunakan terlebih dahulu, ruang cadangan untuk peralatan penghapusan CO2, dan temukan lokasi penyimpanan yang sesuai di dekatnya.
Promosi teknologi penangkapan CO2
Meskipun teknologi penangkapan CO2 telah menjadi hotspot penelitian, itu belum dipromosikan di seluruh dunia. Ini terutama karena faktor -faktor berikut:
(1) Pertimbangan Ekonomi: Setelah penangkapan CO2, efisiensi seluruh pembangkit listrik akan turun 20%~ 30%, dan biaya pembangkit listrik akan meningkat secara signifikan. Perusahaan yang telah menghasilkan keuntungan tidak memiliki motivasi untuk menangkap CO2.
(2) Pengaruh kebijakan nasional: penangkapan CO2 harus didorong oleh kebijakan nasional. Pemerintah dapat mempertimbangkan mengadopsi formulir seperti mengenakan pajak emisi CO2 untuk mempromosikan penerapan teknologi penangkapan dan penyimpanan CO2.
(3) Pengaruh kebijakan nasional: penangkapan CO2 harus didorong oleh kebijakan nasional. Pemerintah dapat mempertimbangkan mengadopsi formulir seperti mengenakan pajak emisi CO2 untuk mempromosikan penerapan teknologi penangkapan dan penyimpanan CO2.
(4) Kesadaran publik: Setelah adopsi teknologi penangkapan CO2, harga listrik pasti akan naik tajam. Apakah itu menaikkan harga listrik atau memungut pajak karbon, ia perlu diakui dan didukung oleh publik.
Membangun pembangkit listrik demonstrasi adalah langkah yang efektif untuk mempromosikan promosi teknologi penangkapan CO2. UE telah merencanakan untuk membangun 12 pembangkit listrik Demonstrasi CO2 skala besar pada tahun 2012 untuk mempersiapkan promosi skala besar di seluruh dunia pada tahun 2020.
Kesimpulan
Tiga jenis teknologi penangkapan CO2 untuk pembangkit listrik tenaga batu bara diperkenalkan, kelebihan, kerugian dan biaya berbagai teknologi dibandingkan, dan promosi teknologi penangkapan CO2 dianalisis. Biaya yang berlebihan masih merupakan faktor utama yang membatasi pengembangan teknologi penangkapan CO2. Pertimbangan komprehensif harus dibuat dan sistem terintegrasi harus dirancang secara wajar untuk mengurangi biaya. Misalnya, CO2 yang dihasilkan dapat digunakan untuk meningkatkan laju pemulihan minyak ladang minyak. Dalam teknologi yang diperkaya oksigen, energi dingin gas alam cair impor dapat digunakan untuk pemisahan udara untuk mengurangi biaya produksi oksigen.
