碳捕捉技術(shù)綱要2018

碳捕獲技術(shù)綱要—概述

美國(guó)能源部（DOE）的化石能源計(jì)劃已采用全面，多管齊下的方法，為當(dāng)今的煤電平臺(tái)以及未來(lái)的平臺(tái)研發(fā)先進(jìn)的二氧化碳（CO2）捕獲技術(shù)（R&D）。國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（NETL）正在實(shí)施碳捕捉研發(fā)計(jì)劃，以開(kāi)發(fā)下一代先進(jìn)的二氧化碳捕捉概念。這項(xiàng)研究的成功將使整個(gè)發(fā)電行業(yè)能夠經(jīng)濟(jì)有效地實(shí)施碳捕捉與封存（CCS）技術(shù)，并確保美國(guó)繼續(xù)從化石燃料中獲得安全，可靠和負(fù)擔(dān)得起的能源。

能源部的CCS研發(fā)工作是在總體清潔煤和碳管理研究計(jì)劃（CCCMRP）下作為CCS和電力系統(tǒng)計(jì)劃的一部分進(jìn)行的。CCCMRP由NETL通過(guò)合同研究活動(dòng)和NETL的現(xiàn)場(chǎng)研究實(shí)施。研究項(xiàng)目在各種獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制下進(jìn)行—包括合作伙伴關(guān)系，合作協(xié)議和財(cái)政援助贈(zèng)款-與公司，小企業(yè)，大學(xué)，非營(yíng)利組織以及其他國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和政府機(jī)構(gòu)合作。

碳捕捉計(jì)劃由兩個(gè)核心研究領(lǐng)域組成，即燃燒后捕獲和預(yù)燃燒捕獲，由技術(shù)準(zhǔn)備水平（TRL）組成，范圍從概念工程和材料設(shè)計(jì)（即TRL2）到25MW電氣（MWe）等效的試驗(yàn)測(cè)試（即TRL5-7）。與目前最先進(jìn)的基于溶劑的捕獲系統(tǒng)相比，這兩個(gè)核心領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂趧?chuàng)造技術(shù)改進(jìn)，從而在成本和性能方面實(shí)現(xiàn)階躍變化。在空氣中燃料燃燒之后，后燃燒系統(tǒng)將CO2與常規(guī)粉煤發(fā)電廠產(chǎn)生的煙道氣流分離。在該方法中，CO2與煙氣的主要成分氮（N2）分離。預(yù)燃系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于從整體氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電廠中的氣化器產(chǎn)生的合成氣流中分離CO2和氫氣（H2）。在這兩種情況下，R&D正在開(kāi)發(fā)基于溶劑，吸附劑和膜的捕獲技術(shù)以及新技術(shù)。

本技術(shù)簡(jiǎn)編提供了DOE/NETL碳捕捉計(jì)劃的技術(shù)摘要，在單個(gè)文檔中匯集了91個(gè)項(xiàng)目的CO2捕獲技術(shù)研發(fā)描述。截至2017年9月1日，共有47個(gè)正在進(jìn)行項(xiàng)目和44個(gè)已完成項(xiàng)目。附錄A中提供了已完成項(xiàng)目的說(shuō)明。應(yīng)該指出的是，之前完成的一些項(xiàng)目的格式可能略有不同，因?yàn)樗鼈兪菫樵摼V要的先前版本制定的。下表列出了本簡(jiǎn)編中概述的二氧化碳捕捉技術(shù)，這些技術(shù)是在DOE/NETL外部研發(fā)項(xiàng)目下開(kāi)發(fā)的。

國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室—研究與創(chuàng)新中心技術(shù)

NETL在二氧化碳捕捉領(lǐng)域的現(xiàn)場(chǎng)研究利用尖端的研究設(shè)施，世界一流的科學(xué)家和工程師，最先進(jìn)的計(jì)算建模和模擬工具，以及戰(zhàn)略合作來(lái)促進(jìn)轉(zhuǎn)化材料和高通量計(jì)算工具的發(fā)現(xiàn)、開(kāi)發(fā)和測(cè)試。通過(guò)工業(yè)影響碳捕獲模擬（CCSI2），能源部在建模和模擬方面的核心優(yōu)勢(shì)與工業(yè)部門合作，以擴(kuò)大新的和創(chuàng)新的碳捕獲技術(shù)。

燃燒后溶劑技術(shù)

基于化學(xué)溶劑的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高水平的二氧化碳捕捉，但是這些系統(tǒng)還需要大量的能量用于再生，這涉及溫度變化以破壞吸收劑-二氧化碳化學(xué)鍵。通過(guò)DOE/NETL贊助的研究正在開(kāi)發(fā)先進(jìn)的溶劑，其具有比市售胺系統(tǒng)更低的再生能量要求，沒(méi)有氣溶膠排放挑戰(zhàn)，并且耐煙氣雜質(zhì)。

燃燒后吸附劑技術(shù)

DOE/NETL的燃燒后吸附劑的研發(fā)目標(biāo)包括開(kāi)發(fā)低成本，耐用的吸附劑，這些吸附劑具有高選擇性，高CO2吸附能力，并且可以承受多次再生循環(huán)，幾乎沒(méi)有磨損。

燃燒后膜技術(shù)

DOE/NETL對(duì)后燃膜技術(shù)的研發(fā)目標(biāo)包括開(kāi)發(fā)低成本耐用膜，該膜提高了滲透性和選擇性、熱穩(wěn)定性和物理穩(wěn)定性、對(duì)燃燒煙氣中污染物的耐受性，并集成到低壓降模塊中。 

后燃燒新概念

DOE/NETL開(kāi)發(fā)了各種用于大規(guī)模CO2捕獲或壓縮的燃燒后新概念。新概念包括混合系統(tǒng)，這些系統(tǒng)結(jié)合了多種技術(shù)，電化學(xué)膜和先進(jìn)制造的特性，以實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)的工藝。利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試評(píng)估了幾個(gè)概念，從而引導(dǎo)原型開(kāi)發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

預(yù)燃溶劑技術(shù)

預(yù)燃溶劑研發(fā)專注于解決溶劑技術(shù)挑戰(zhàn)，包括增加CO2負(fù)載能力和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及降低再生能量。

預(yù)燃吸附劑技術(shù)

DOE/NETL正在開(kāi)發(fā)用于燃燒前二氧化碳捕捉的固體吸附劑，旨在提高IGCC二氧化碳分離的成本和性能。這些吸附劑必須保持高吸附負(fù)載能力，耐多次再生循環(huán)的磨損，并且在IGCC系統(tǒng)中遇到的高溫下表現(xiàn)出良好的性能，以避免需要合成氣冷卻和再加熱。

預(yù)燃膜技術(shù)

DOE/NETL正在開(kāi)發(fā)幾種先進(jìn)的膜技術(shù)選項(xiàng)，用于分離煤衍生合成氣中的CO2和H2。膜設(shè)計(jì)包括在升高的溫度下操作的金屬，聚合物或陶瓷材料，并使用各種化學(xué)和/或物理機(jī)制進(jìn)行分離。成功的膜必須具有高滲透性和選擇性，具有低壓降，對(duì)污染物（例如硫）的耐受性，并且能夠在高達(dá)500°F的系統(tǒng)溫度下操作。

預(yù)燃新技術(shù)

DOE/NETL正在開(kāi)發(fā)各種新概念，用于將二氧化碳去除工藝與其他系統(tǒng)（包括水煤氣變換和吸附反應(yīng)器）整合，以從生成的合成氣流中分離二氧化碳。這些概念使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試進(jìn)行評(píng)估，從而進(jìn)行原型開(kāi)發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

研發(fā)合作

DOE/NETL還參與研發(fā)合作，探索煤基發(fā)電廠二氧化碳捕捉的多種方法，并模擬碳捕捉研發(fā)的經(jīng)濟(jì)和減排影響。

翻譯：Bruce＠ERR能研微訊