1、能源开发利用与环境污染能源分类能源分类能能源源二次能源：二次能源：火电、水电，焦炭、煤气、蒸汽、火电、水电，焦炭、煤气、蒸汽、热水、汽油、柴油等热水、汽油、柴油等一次能源一次能源常规能源常规能源可再生能源：水力可再生能源：水力不可再生能源：煤、石油、天不可再生能源：煤、石油、天然气、核裂变然气、核裂变新能源新能源可再生能源：太阳能、生物质能可再生能源：太阳能、生物质能，风力、潮汐、地热，风力、潮汐、地热不可再生能源：核裂变不可再生能源：核裂变能源开发利用与环境污染煤炭开采、加工、运输和使用煤炭开采、加工、运输和使用开采开采 露天开采和地下开采露天开采和地下开采露天开采对土地的影响大，为了保护环
2、境与生态，露天煤矿要采用土地露天开采对土地的影响大，为了保护环境与生态，露天煤矿要采用土地复原措施其投资大。复原措施其投资大。地下开采埋深较浅的煤层可能引起大面积的地面塌陷，对地表水系有广地下开采埋深较浅的煤层可能引起大面积的地面塌陷，对地表水系有广泛的破坏作用。地下开采因为工作条件恶劣，对矿工的身体健康危害远泛的破坏作用。地下开采因为工作条件恶劣，对矿工的身体健康危害远大于露天开采，并随之产生一系列社会经济问题。大于露天开采，并随之产生一系列社会经济问题。均对水源有影响均对水源有影响加工加工 提高产品的质量，特别是去除其中含硫分和灰分。提高产品的质量，特别是去除其中含硫分和灰分。洗煤可除去原
3、煤中含硫量的洗煤可除去原煤中含硫量的 40 40 50 50 和灰分的和灰分的 65 65 75%75%洗过的洗过的煤经过蒸汽供干。煤经过蒸汽供干。产生大量的洗煤水和少量的空气污染（灰尘、产生大量的洗煤水和少量的空气污染（灰尘、SOSO2 2、NOxNOx 和和 COCO2 2 现代洗煤厂的洗煤水经贮存等处理后循环复用，大大减少了水污染和水现代洗煤厂的洗煤水经贮存等处理后循环复用，大大减少了水污染和水资源的浪费，同时还可提高煤粉的回收率。资源的浪费，同时还可提高煤粉的回收率。能源开发利用与环境污染煤炭开采、加工、运输和使用煤炭开采、加工、运输和使用运输运输 煤炭运输一般采用公路、内河、铁路和海
4、运方式。煤炭运输一般采用公路、内河、铁路和海运方式。运输过程中主要的环境影响除运输工具本身耗能产生的各种污染运输过程中主要的环境影响除运输工具本身耗能产生的各种污染因煤粉的洒漏和飞扬污染环境、以及降水迳流带走大量煤粉引起因煤粉的洒漏和飞扬污染环境、以及降水迳流带走大量煤粉引起运输沿途水源的污染。运输沿途水源的污染。利用利用 直接燃烧、制焦或煤气化、液化等方式。直接燃烧、制焦或煤气化、液化等方式。煤炭直接燃烧造成的污染是多方面的，其中最主要的大气排放物煤炭直接燃烧造成的污染是多方面的，其中最主要的大气排放物为为 COCO2 2、CO CO、SOSO2 2、烟尘、有机物、微量元素和放射性核素。、烟
5、尘、有机物、微量元素和放射性核素。煤炭的直接媲烧排出的污染物远大于煤气或煤液化气。煤炭的直接媲烧排出的污染物远大于煤气或煤液化气。煤炭还常常应用于炼钢工业，它使用的是煤炭通过于馏后的产品煤炭还常常应用于炼钢工业，它使用的是煤炭通过于馏后的产品 焦炭和焦炉煤气。在炼焦过程中产生的废气和废水中含有酚等焦炭和焦炉煤气。在炼焦过程中产生的废气和废水中含有酚等有害物，可引起大气和水的严重污染。有害物，可引起大气和水的严重污染。能源开发利用与环境污染石油与天然气的生产和利用石油与天然气的生产和利用u石油和天然气往往是共生的，它们的燃烧也有许多共同点。石油和天然气往往是共生的，它们的燃烧也有许多共同点。u石
6、油和天然气资源的勘探和开发，既可在陆上进行也可在海上石油和天然气资源的勘探和开发，既可在陆上进行也可在海上进行。它们对生态与环境的影响也因此不完全相同。进行。它们对生态与环境的影响也因此不完全相同。u陆上开采的环境影响：陆上开采的环境影响：占用大量土地；占用大量土地；开采设施破坏当地的自然景观；开采设施破坏当地的自然景观；发发生事故时可能引起石油泄漏、造成油田或运输途中的环境污染生事故时可能引起石油泄漏、造成油田或运输途中的环境污染；与石油、天然气共生的卤水可能会导致地表水的污染和与石油、天然气共生的卤水可能会导致地表水的污染和影啊水生生态系统；影啊水生生态系统；含硫物质的徘放影响环境质量。含
7、硫物质的徘放影响环境质量。u海上采油或天然气最大的影响是发生事故时大量漏油污染海域海上采油或天然气最大的影响是发生事故时大量漏油污染海域造成近海或沿岸地区的严重造成近海或沿岸地区的严重污染污染u石油的炼制对环境与生态的石油的炼制对环境与生态的影响影响 占用土地；占用土地；用水；用水；气体与液体废物的排放；气体与液体废物的排放；存存在火灾或爆炸的危险等。炼油厂除了厂房设施占用土地之外，还在火灾或爆炸的危险等。炼油厂除了厂房设施占用土地之外，还应设置防护区以防止因工业事故造成居民的伤亡。应设置防护区以防止因工业事故造成居民的伤亡。能源开发利用与环境污染 核能开发和利用核能开发和利用核能开发和利用包
8、括了整个核燃料循环：铀矿开采、核能开发和利用包括了整个核燃料循环：铀矿开采、加工加工-浓缩浓缩-元件制造元件制造-反应堆发电反应堆发电-后处理后处理-废物废物处理与处置。处理与处置。铀矿开采铀矿开采 空气中放射性浓度较高。矿工吸入氡气及其放射性衰变空气中放射性浓度较高。矿工吸入氡气及其放射性衰变子体后引起的内照射可能使矿土得肺癌的几率明显增加。子体后引起的内照射可能使矿土得肺癌的几率明显增加。铀的提取、冶炼、浓缩和元件铀的提取、冶炼、浓缩和元件制造这些制造这些生产过程中的放射性危害，因生产过程中的放射性危害，因为铀的各种同位素是弱为铀的各种同位素是弱 放射性和有较长的半衰期，在工艺过程中随放射
9、性和有较长的半衰期，在工艺过程中随三废排人环境很少，影响也不大。三废排人环境很少，影响也不大。核核电站电站 通过核通过核燃燃料的链式裂变反应释放能量料的链式裂变反应释放能量发电的。在正常运行过发电的。在正常运行过程中，除极少部分放射性通过三废排入环境外，绝大多数都被持留在程中，除极少部分放射性通过三废排入环境外，绝大多数都被持留在燃料元件的密封包壳之中或密闭的主回路内。只有在发生严重事故时燃料元件的密封包壳之中或密闭的主回路内。只有在发生严重事故时，才有可能将堆内包容的大量放射性泄漏出来进入环境，才有可能将堆内包容的大量放射性泄漏出来进入环境乏核燃料元件的后处理料乏核燃料元件的后处理料 直接贮
10、存埋藏和贮存冷却后由燃料后处理直接贮存埋藏和贮存冷却后由燃料后处理工厂进行化学处理；回收核燃料中可裂变物质以及去除裂变产物。在工厂进行化学处理；回收核燃料中可裂变物质以及去除裂变产物。在后处理过程中产生的大量放射性工艺废水、废气和废物将有一部分进后处理过程中产生的大量放射性工艺废水、废气和废物将有一部分进入环境。入环境。废物处置废物处置 关键就是要安全可靠地处置这些长寿命放射性，防止它们关键就是要安全可靠地处置这些长寿命放射性，防止它们通过各种途径进入环境。通过各种途径进入环境。能源开发利用与环境污染水力资源的开发和利用水力资源的开发和利用 水力资源是常规能源中的可再生能源。水力资源是常规能源
11、中的可再生能源。水力资源用于发电或抽水蓄能都需要建设水坝以及在水库中存大量的水。水力资源用于发电或抽水蓄能都需要建设水坝以及在水库中存大量的水。由此对整个库区和河流流域的生态环境有很大影响由此对整个库区和河流流域的生态环境有很大影响其它能源的开发和利用其它能源的开发和利用 包括地热能、太阳能、风能、海洋能以及生物质能。它们大多不排放大包括地热能、太阳能、风能、海洋能以及生物质能。它们大多不排放大气与水的污染物，均称之为清洁能源。这类能源在开发利用过程中对环气与水的污染物，均称之为清洁能源。这类能源在开发利用过程中对环境的影响相对于化石燃料是比较小的境的影响相对于化石燃料是比较小的 能源能源的开
12、发利用提供了人类创造文明和财富的动力，扩大了就业机会、增的开发利用提供了人类创造文明和财富的动力，扩大了就业机会、增加了收入、发展了社会经济、改善了生活条件和提高了生活质量，同时也加了收入、发展了社会经济、改善了生活条件和提高了生活质量，同时也为治理环境污染创造了物质条件；为治理环境污染创造了物质条件；另一方面另一方面能源的开发利用造成的环境质量下降和生态平衡的破坏又阻碍和能源的开发利用造成的环境质量下降和生态平衡的破坏又阻碍和限制了能源的发展。因此能源和环境不能孤立起来追求其自身的目标，必限制了能源的发展。因此能源和环境不能孤立起来追求其自身的目标，必须纠正能源发展规划中不考虑环境因素的偏向
13、，协调能源开发利用的正面须纠正能源发展规划中不考虑环境因素的偏向，协调能源开发利用的正面和负面作用。和负面作用。中国的能源现状中国能源特点：中国能源特点：中国是一个严重依赖化石能源的国家，可再生能源消费比例低于世中国是一个严重依赖化石能源的国家，可再生能源消费比例低于世界平均水平界平均水平能源资源开发难度较大。与世界相比，中国煤炭资源地质开采条件较与世界相比，中国煤炭资源地质开采条件较差，大部分储量需要井工开采，极少量可供露天开采。石油天然气资差，大部分储量需要井工开采，极少量可供露天开采。石油天然气资源地质条件复杂，埋藏深，勘探开发技术要求较高。未开发的水力资源地质条件复杂，埋藏深，勘探开发
14、技术要求较高。未开发的水力资源多集中在西南部的高山深谷，远离负荷中心，开发难度和成本较大源多集中在西南部的高山深谷，远离负荷中心，开发难度和成本较大。非常规能源资源勘探程度低，经济性较差，缺乏竞争力。非常规能源资源勘探程度低，经济性较差，缺乏竞争力。一次能源以煤为主 火电厂的分类火电厂的分类火电厂的电能生产过程国际二氧化碳形式各国CO2减排行动碳减排技术碳减排技术工程减排技术市场减排方法管理减排方法结构减排方法超（超）临界技术、循环流超（超）临界技术、循环流化床技术（化床技术（CFBCFB）、整体煤气）、整体煤气化联合循环技术（化联合循环技术（IGCCIGCC）、）、热电联产技术（热电联产技术
15、（CHPCHP），），CCSCCS技术技术提高可再生能源及核能提高可再生能源及核能等技术的比重，优化电等技术的比重，优化电力结构减低碳排放量力结构减低碳排放量通过电力调度顺序、发电通过电力调度顺序、发电权交易和减少厂用电等措权交易和减少厂用电等措施减排施减排采用清洁发展机制采用清洁发展机制CDM进进行国际合作，转让资金和行国际合作，转让资金和技术获得核证减排量技术获得核证减排量火电厂CO2减排的技术路线工程减排技术间接减排IGCC、CFB、CHPCCS燃烧前燃烧中燃烧后IGCC发电技术IGCCIGCC发电系统的构成发电系统的构成IGCC发电技术IGCC技术特点发电效率显著提高，目前可达发电效率
16、显著提高，目前可达4345%4345%污染物脱除效率高、耗水少，污染物排放量仅为常规燃煤污染物脱除效率高、耗水少，污染物排放量仅为常规燃煤电厂的电厂的10%10%，脱硫率可达，脱硫率可达99%99%，NoxNox和耗水量分别为常规和耗水量分别为常规电厂电厂10%20%10%20%和和1/21/31/21/3；有利于有利于COCO2 2减排，目前成熟工艺可分离减排，目前成熟工艺可分离85%85%以上的以上的COCO2 2；可实现多联产和副产品的综合利用，如气化炉出来的煤气可实现多联产和副产品的综合利用，如气化炉出来的煤气可用于合成胺、甲醇、二甲醚等化工产品，硫的回收率接可用于合成胺、甲醇、二甲醚
17、等化工产品，硫的回收率接近近99%99%等。等。IGCC技术的碳减排效果IGCCIGCC的的COCO2 2减排效果减排效果据有关资料显示：目前，据有关资料显示：目前，IGCC电厂的发电标准煤耗在电厂的发电标准煤耗在240g/kWh以下，而以下，而2008年我国火力发电标准煤耗为年我国火力发电标准煤耗为322g/kWh以一台以一台300MW机组为例，若年发电量为机组为例，若年发电量为16.25亿亿kWh注：*2008年火力发电量为2.8万亿kWh；*IGCC电站CO2捕获率为85%；*1g标准煤2.496gCO2电厂煤耗华能上海石洞口第二电厂华能上海石洞口第二电厂 煤耗煤耗 脱硫投运脱硫投运IG
18、CC技术存在问题成本较高成本较高操作灵活性低和变负荷性能差操作灵活性低和变负荷性能差建设周期较长和运行经验较少建设周期较长和运行经验较少可用率低，目前的示范可用率低，目前的示范IGCCIGCC电厂可用率在电厂可用率在7085%7085%富氧燃烧技术常规燃煤电站锅炉排烟中常规燃煤电站锅炉排烟中CO2 的浓度一般为的浓度一般为14%16%,直接从此烟气中分离回收低浓度的直接从此烟气中分离回收低浓度的CO2 将使电站效率降低将使电站效率降低7%29%,发电成本增加发电成本增加1.21.5 倍倍富氧燃烧技术是利用空分系统获得富氧燃烧技术是利用空分系统获得富氧或纯氧富氧或纯氧,然后燃料然后燃料与氧气共同
19、进入专门的纯氧燃烧炉进行燃烧与氧气共同进入专门的纯氧燃烧炉进行燃烧,一般需要对一般需要对燃烧后的烟气进行重新回注燃烧炉燃烧后的烟气进行重新回注燃烧炉 这一方面降低燃烧温度这一方面降低燃烧温度;另一方面也进一步提高了另一方面也进一步提高了CO2的体积分数。由于烟气中的体积分数。由于烟气中CO2 的体的体积分数高积分数高,可显著降低可显著降低CO2 捕获的能耗捕获的能耗 但必须采用专门的纯氧燃烧技术但必须采用专门的纯氧燃烧技术,需要专门材料的纯氧燃烧设备以需要专门材料的纯氧燃烧设备以及空分系统及空分系统,这将大幅度提高系统的投资成本这将大幅度提高系统的投资成本,大型的纯氧燃烧技大型的纯氧燃烧技术仍
20、处于研究阶段术仍处于研究阶段纯氧技术主要优越性采用烟气再循环采用烟气再循环,以烟气中的以烟气中的COCO2 2 来替代助燃空气中的氮来替代助燃空气中的氮气气,与氧气一起参与燃烧与氧气一起参与燃烧,这样能使排烟中的这样能使排烟中的COCO2 2 浓度大为浓度大为提高提高(95%(95%以上以上),),可直接回收可直接回收COCO2 2;SO SO2 2 、NONOx x 排放低排放低,同时矿物质的蒸发量也可望较常规空同时矿物质的蒸发量也可望较常规空气燃烧时有显著地下降气燃烧时有显著地下降,是一种污染物综合排放低的环境是一种污染物综合排放低的环境友好型的燃烧方式友好型的燃烧方式;烟气再循环使得燃烧
21、装置的排烟量大为减少烟气再循环使得燃烧装置的排烟量大为减少(仅为传统方仅为传统方式的式的1/5),1/5),从而大大减少排烟损失从而大大减少排烟损失,由此锅炉热效率得以显由此锅炉热效率得以显著提高著提高;通过调整通过调整COCO2 2 的循环比例有可能实现燃烧、传热的优化的循环比例有可能实现燃烧、传热的优化设计设计O2/CO2 燃烧技术的应用领域建立在常规煤粉锅炉基础上的建立在常规煤粉锅炉基础上的OO2 2/CO/CO2 2 煤粉燃烧系统煤粉燃烧系统;在在IGCC IGCC 系统中系统中,气化产物可直接在气化产物可直接在OO2 2/CO/CO2 2 环境中燃烧环境中燃烧,其产物可直接作为燃气轮
22、机和余热锅炉的介质其产物可直接作为燃气轮机和余热锅炉的介质;用于更高效的电力生产如燃料电池用于更高效的电力生产如燃料电池,煤气产物在电池的阳煤气产物在电池的阳极反应后极反应后,在在OO2 2中燃烧中燃烧,产生以产生以COCO2 2 为主要成分的烟气为主要成分的烟气,进一进一步作为阴极的反应物。步作为阴极的反应物。燃烧后捕碳技术燃烧后捕碳技术物理吸收法化学吸收法吸附法膜分离法燃烧后捕碳技术物理吸收法物理吸收法p 机理：机理：利用溶剂分子的官能团对不同分子的亲和力不同而有选择性地吸收利用溶剂分子的官能团对不同分子的亲和力不同而有选择性地吸收气体气体p 典型物理吸收法：典型物理吸收法：聚乙二醇二甲醚
23、法聚乙二醇二甲醚法(Selexol法）和低温甲醇法（法）和低温甲醇法（Rectisol法）法）p适用范围：高压、高浓度适用范围：高压、高浓度CO2的的IGCC电厂电厂p优点：优点：吸收剂吸收容量大，循环量少；吸收剂吸收容量大，循环量少；溶剂再生容易，再生热耗低。溶剂再生容易，再生热耗低。燃烧后捕碳技术化学吸收法化学吸收法u机理：机理：利用利用CO2为酸性气体，以弱碱性物质进行吸收，然后加热使其解吸，为酸性气体，以弱碱性物质进行吸收，然后加热使其解吸，从而达到脱除从而达到脱除CO2的目的。的目的。u主要化学吸收剂：烷基醇胺、热钾碱溶液主要化学吸收剂：烷基醇胺、热钾碱溶液各种醇胺结构式中至少各种醇
24、胺结构式中至少有一个有一个OH基及一个胺基基及一个胺基可增加醇胺的水溶可增加醇胺的水溶性以降低其蒸汽压性以降低其蒸汽压提供水溶液的提供水溶液的碱性，因此可碱性，因此可吸收酸性气体吸收酸性气体AbsorptionChilled ammonia processuInitial operation of the chilled ammonia process (CAP)to capture 35 ton-CO2/day from flue gases.(Kozak et al.(2009)uExtended UNIQUAQ electrolyte model to describe the prop
25、erties of the NH3 CO2 H2 O system.(Darde et al.(2010)uApplication of an approximate model to evaluate mass,energy and entropy flows.(Valenti et al.(2009)uThermodynamic analysis and process simulation of the chilled-ammonia process.(Mathias et al.(2010)Carbonation/calcination cyclespExperimental resu
26、lts from a small test facility (30 kW)operated in continuous mode using two interconnected CFB reactors as carbonator and calciner.(Alonso et al.(2010)pIntegration and evaluation of a power plant with a CaO-based CO2 capture system.(Yang et al.(2010b)pStudy of CO2 capture from flue gas in a small be
27、d reactor with limestone.(Fang et al.(2009a)pProcess analysis of CO2 capture (heat and mass balances)using three sorbents.(Li et al.(2008bAmino acid salt solutionsuTest of amino acid salts for CO2 capture from flue gas under varying operational conditions.(Majchrowicz et al.(2009)uEvaluation of the
28、CO2 capture of amino acid salts with the addition of activation agents (phosphates).(Lu et al.(2009)uStudy of the kinetics of CO2 absorption in several amino acid salts at temperature of 298 K.(van Hoist et al.(2009)uAssessment of CO2 capture potentiality of amine amino acid salts.Aronu et al.(2010A
29、mine-based processuStudy of CO2 recovery as function of several operational parameters in a pilot plant of 2 ton-CO2/day for CO2 recovery.(Lee et al.(2008)uEvaluation of future cost reductions of amine-based CO2 capture process.(Rao et al.(2006)uDevelopment of tertiary amine based absorbents with hi
30、gh absorption rate and low heats of reaction.(Chowdhury et al.(2009)uExperimental study of CO2 capture in a pilot plant using three solvents.(Mangalapally et al.(2009)燃烧后捕碳技术化学吸收法化学吸收法p优点：优点：吸收速度快、净化度高，吸收速度快、净化度高，CO2回收率高；回收率高；对低浓度烟气对低浓度烟气CO2的捕获有优势的捕获有优势p缺点：缺点：再生热耗大再生热耗大溶剂与其他气体发生不可逆的化学反应，溶剂损耗大（溶剂与其他气
31、体发生不可逆的化学反应，溶剂损耗大（1.21.6kg/tCO2)；对吸收塔、再生塔及相应管线有腐蚀作用。对吸收塔、再生塔及相应管线有腐蚀作用。燃烧后捕碳技术吸附法吸附法u机理：通过吸附提在一定的条件下对机理：通过吸附提在一定的条件下对CO2进行选择性地吸附，然进行选择性地吸附，然后通过恢复条件将后通过恢复条件将CO2解析出来，从而达到分离解析出来，从而达到分离CO2的目的。的目的。u主要方法：变温吸附法（主要方法：变温吸附法（TSA）、变压吸附法（）、变压吸附法（PSA）变压吸附法（pressure swing adsorption）基本原理基本原理其基本原理是利用吸附剂对不同气体在吸附量、吸
32、附速度、吸附推动力等其基本原理是利用吸附剂对不同气体在吸附量、吸附速度、吸附推动力等方面的差异以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化的特性，在加压时方面的差异以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化的特性，在加压时完成混合气体的吸附分离，在降压条件下完成吸附剂的再生，从而实现气完成混合气体的吸附分离，在降压条件下完成吸附剂的再生，从而实现气体分离及吸附剂循环使用的目的。体分离及吸附剂循环使用的目的。变压吸附法（PSA）PSAPSA的工艺过程的工艺过程升压、吸附、并流降压、逆流吸附、吹净解吸变压吸附的基本步骤升压升压：将具有一定压力的气体从吸附塔的一端引入吸附塔：将具有一定压力的气体从吸附塔的一端
33、引入吸附塔 吸附塔的另一端关吸附塔的另一端关闭使吸附塔内的压力达到预定的吸附压力闭使吸附塔内的压力达到预定的吸附压力 升压过程中所使用的气体可以是原升压过程中所使用的气体可以是原料气料气 也可以是产品气也可以是产品气 或者是其他在降压阶段放出的气体或者是其他在降压阶段放出的气体 只是升压时的气流只是升压时的气流方向因升压所用气体组成的不同而有所改变方向因升压所用气体组成的不同而有所改变 吸附吸附：原料气在预定的吸附压力下进入吸附塔：原料气在预定的吸附压力下进入吸附塔 开始吸附操作，由于易吸附组开始吸附操作，由于易吸附组份从塔的进口端即开始被吸附份从塔的进口端即开始被吸附 因此吸附塔出口端所流出
34、的产品气为不易吸附因此吸附塔出口端所流出的产品气为不易吸附组分的纯气体，在吸附塔中的气相组成在吸附塔轴向距离上随着以吸附组分组分的纯气体，在吸附塔中的气相组成在吸附塔轴向距离上随着以吸附组分浓度波峰面的移动变化明显，当吸附进行到预定的操作时间时浓度波峰面的移动变化明显，当吸附进行到预定的操作时间时 即床层中关键即床层中关键组份的浓度分布前沿到达床层中的某一预定位置，停止吸附，进入降压阶段组份的浓度分布前沿到达床层中的某一预定位置，停止吸附，进入降压阶段 降压降压：在吸附阶段部分吸附剂因吸附易吸附组分而饱和，为了使变压吸附循：在吸附阶段部分吸附剂因吸附易吸附组分而饱和，为了使变压吸附循环正常进行
35、，需要对吸附剂进行再生。通常是降低吸附床的压力环正常进行，需要对吸附剂进行再生。通常是降低吸附床的压力 从而降低易从而降低易吸附组分的分压使其从吸附剂上脱附下来。如果易吸附组分有经济价值吸附组分的分压使其从吸附剂上脱附下来。如果易吸附组分有经济价值 则将则将降压排出的解吸气当作一种产品气收集，否则作为废气处理降压排出的解吸气当作一种产品气收集，否则作为废气处理 。冲洗冲洗：冲洗的目的是为了把降压后残余在吸附床内的的杂质：冲洗的目的是为了把降压后残余在吸附床内的的杂质 产品气以外的其产品气以外的其他组分，排出吸附塔他组分，排出吸附塔 使吸附剂尽可能的得以再生使吸附剂尽可能的得以再生 四塔抽真空再
36、生变压吸附时序分布在吸附过程中原料气在吸附压力下通过装填有吸附剂的吸附床层，由于吸附剂对 CO2 的吸附能力比其它组分强而被吸留在床层内，其它组分则作为吸附废气由吸附塔出口端排出。受吸附剂本身性质及吸附塔死空间影响，吸附过程完成后仍有少量需要除去的杂质气体滞留在吸附塔内，因此还必须经过放压和置换过程使吸附床层中的 CO2 进一步富集，然后通过抽空获得纯度较高的产品CO2。在抽空过程中，一方面存留于吸附剂上的CO2 被抽出作为产品输出，同时吸附剂也得到再生。抽空步骤完成后，用其它吸附塔的降压气体和吸附废气对吸附塔进行逐步升压至吸附压力，即可开始进行下一次的吸附分离过程。变压吸附法（PSA）变压吸
37、附法优点变压吸附法优点：PSAPSA运用在电厂运用在电厂CCSCCS中存在的问题：中存在的问题：能耗低能耗低：变压吸附流程只在增压时消耗功，而且工作压力较低。真空变压吸附流程只在增压时消耗功，而且工作压力较低。真空解吸流程采用鼓风机就可以增压。吸附剂再生不需加热，只需消耗不解吸流程采用鼓风机就可以增压。吸附剂再生不需加热，只需消耗不大的真空泵产生的功。大的真空泵产生的功。适应性好适应性好：变压吸附装置稍加调节就可以变换生产能力，并能适应原变压吸附装置稍加调节就可以变换生产能力，并能适应原料气的杂质含量和进口压力等工艺条件的改变。料气的杂质含量和进口压力等工艺条件的改变。吸附剂损失少吸附剂损失少
38、：由于变压吸附是气固分离操作，被分离的气体中不混由于变压吸附是气固分离操作，被分离的气体中不混入溶剂蒸气因此不存在溶剂损失和溶剂回收问题。使用周期长，一般入溶剂蒸气因此不存在溶剂损失和溶剂回收问题。使用周期长，一般可以使用十年以上，且稍加新的吸附剂就可以延长使用。可以使用十年以上，且稍加新的吸附剂就可以延长使用。操作自动化操作自动化：目前目前 PSA 装置所设置的程序逻辑控制机装置所设置的程序逻辑控制机 PLC 可以效地可以效地控制程控阀的开关、调节系统和监控系统。控制程控阀的开关、调节系统和监控系统。大型化后，占地面积太大；大型化后，占地面积太大；对于非产品的对于非产品的CO2气体，捕集的能
39、耗和成本使电厂难以接受。气体，捕集的能耗和成本使电厂难以接受。燃烧后捕碳技术膜分离法膜分离法p膜分离法被认为是最有发展潜力的脱碳方法。膜分离法被认为是最有发展潜力的脱碳方法。p机理：在一定条件下，膜对气体渗透的选择性把机理：在一定条件下，膜对气体渗透的选择性把CO2和其他气体分离开。和其他气体分离开。p按照膜材料的不同，主要有高分子膜、无机膜以及正在发展的混合膜和其按照膜材料的不同，主要有高分子膜、无机膜以及正在发展的混合膜和其他过滤膜。他过滤膜。p优点：是一种能耗低、无污染、操作简单、操作弹性大、易维护的清洁生优点：是一种能耗低、无污染、操作简单、操作弹性大、易维护的清洁生成技术成技术p缺点
40、：膜高选择性和高透过率不易同时达到缺点：膜高选择性和高透过率不易同时达到p如何研究出一种同时具有高选择性和高透过率的膜材料是未来的研究方向如何研究出一种同时具有高选择性和高透过率的膜材料是未来的研究方向。膜分离法气体分离膜的材料气体分离膜的材料类别类别无机物无机物有机高分子有机高分子多孔材质多孔质玻璃、烧结体（陶瓷、金属）微孔聚乙烯、多孔醋酸乙烯非多孔材质非多孔材质（均质）（均质）电子导电性固体（ZrO2，-氧化铝）、钯合金均质醋酸纤维、合成高分子（聚硅氧烷橡胶、聚碳酸脂等）膜分离法基本原理基本原理气体膜分离过程是一种以压力为驱动力的分离过程。在膜两侧气体膜分离过程是一种以压力为驱动力的分离过
41、程。在膜两侧混合气体各组分分压差的驱动下出现气体渗透，由于各组分渗混合气体各组分分压差的驱动下出现气体渗透，由于各组分渗透的速率不同，从而实现混合气体各组分之间的分离。透的速率不同，从而实现混合气体各组分之间的分离。气体通过膜渗透的机理可分为：气体通过膜渗透的机理可分为：气体在膜表面的吸附气体在膜表面的吸附 气体溶于膜气体溶于膜 气体在膜中扩散气体在膜中扩散 溶解于膜内的气体从膜溶解于膜内的气体从膜另一端驰放另一端驰放 气体从膜表面脱附气体从膜表面脱附膜分离法基本原理基本原理渗透系数渗透系数P表示气体通过膜的难易程度，是表示膜性能的重要指标表示气体通过膜的难易程度，是表示膜性能的重要指标另一表
42、示各种膜对混合气体分离效率的是另一表示各种膜对混合气体分离效率的是分离系数分离系数，表示膜分离的，表示膜分离的选择性能：选择性能：膜两边气体分压：时间：膜面积：渗透气体流量膜厚度，:tSmqcm:PPtSqPm原料气透过气组分浓度组分浓度组分浓度组分浓度bb/aaba二、膜分离法气体分离膜的结构气体分离膜的结构螺旋形螺旋形二、膜分离法气体分离膜的结构气体分离膜的结构中空纤维式：中空纤维式：有数百上万根中空纤维膜固定在圆形容器内构成，有数百上万根中空纤维膜固定在圆形容器内构成，内径为内径为40-80um膜称中空纤维膜，外径约膜称中空纤维膜，外径约150200um优点优点:设备紧凑，单位设备体积内
43、的膜面积大设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大(高达高达1600030000m2 膜面积膜面积)缺点缺点:中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，膜污染难除去，因此对中空纤维内径小，阻力大，易堵塞，膜污染难除去，因此对料液处理要求高。料液处理要求高。电厂碳捕获技术小结1.3 CO2的封存地质封存三种类型的地质构造可用于CO2的地质封存：石油和天然气储层、深盐沼池构造和不可开采的煤层封存技术和机制在碳氢化合物储层或深盐沼池构造中的在碳氢化合物储层或深盐沼池构造中的COCO2 2应封存在应封存在800800米深度以下，米深度以下，此处的周边压力和温度通常使此处的周边压力和温度通常使COCO2 2处于液体或超
44、临界值的状态。处于液体或超临界值的状态。在这种条件下，在这种条件下，COCO2 2 的密度是水密度的的密度是水密度的5050-80-80。该密度接近某些。该密度接近某些原油的密度，产生驱使原油的密度，产生驱使COCO2 2 向上的浮力。向上的浮力。选择封存储层具有良好封闭性能的冠岩十分重要，以确保把选择封存储层具有良好封闭性能的冠岩十分重要，以确保把COCO2 2限制限制在地下。在地下。当被注入地下时，当被注入地下时，COCO2 2通过部分置换已经存在的流体（通过部分置换已经存在的流体（“现场流体现场流体”）来挤占并充满岩石中的孔隙。来挤占并充满岩石中的孔隙。在石油和天然气储层中，用注入的在石
45、油和天然气储层中，用注入的COCO2 2置换现场流体可为封存置换现场流体可为封存COCO2 2提提供大部分孔隙容积。在盐沼池构造中，潜在的封存容量估值较低，占供大部分孔隙容积。在盐沼池构造中，潜在的封存容量估值较低，占总岩体的百分之几到总岩体的百分之几到3030以上。以上。储层构造上方的大页岩和粘质岩起到了阻挡储层构造上方的大页岩和粘质岩起到了阻挡CO2CO2向上流动的物理俘获向上流动的物理俘获作用。这个不透水层是作用。这个不透水层是“冠岩冠岩”。毛管力提供的其他物理俘获作用可。毛管力提供的其他物理俘获作用可将将COCO2 2留在储层构造的孔隙中。然而，在许多情况下，储层构造的一留在储层构造的
46、孔隙中。然而，在许多情况下，储层构造的一侧或多侧保持开口，以便于侧或多侧保持开口，以便于COCO2 2在冠岩下侧向流动。在冠岩下侧向流动。封存技术和机制随着随着COCO2 2与现场流体和寄岩发生化学反应，就出现所谓的地质化学俘与现场流体和寄岩发生化学反应，就出现所谓的地质化学俘获机理。首先，获机理。首先，COCO2 2在现场水中溶解。一旦（在成几百年乃至几千年在现场水中溶解。一旦（在成几百年乃至几千年内）发生这种情况，充满内）发生这种情况，充满COCO2 2的水就变得越来越稠密，因此沉落在储的水就变得越来越稠密，因此沉落在储层构造中（而不再向地面浮升）。其次，溶解的层构造中（而不再向地面浮升）
47、。其次，溶解的COCO2 2与岩石中的矿物与岩石中的矿物质发生化学反应形成离子类物质，经过数百万年，部分注入的质发生化学反应形成离子类物质，经过数百万年，部分注入的COCO2 2 将转化为坚固的碳酸盐矿物质。将转化为坚固的碳酸盐矿物质。当当COCO2 2被偏好吸收的煤或有机物丰富的页岩吸附，开始置换甲烷类气被偏好吸收的煤或有机物丰富的页岩吸附，开始置换甲烷类气体，在这种情况下，只要压力和温度保持稳定，那么体，在这种情况下，只要压力和温度保持稳定，那么COCO2 2将长期保持将长期保持俘获状态。与碳氢化合物储层中俘获状态。与碳氢化合物储层中COCO2 2的封存地点和盐沼池构造相比，的封存地点和盐
48、沼池构造相比，这些过程通常发生在更浅的深度上。这些过程通常发生在更浅的深度上。风险和环境影响n 地质储层中CO2封存渗漏所引发的风险分为两大类：全球风险和局部风险。n 全球风险如果封存构造中的部分CO2泄漏到大气中，那么释放出的CO2可能引发显著的气候变化。n局部风险：从封存构造中泄漏CO2，可能给人类、生态系统和地下水造成局部灾害。地质封存的成本地质封存的技术和设备被广泛用于石油和天然气工业，因地质封存的技术和设备被广泛用于石油和天然气工业，因此对于技术潜力较低的封存能力而言该方案的成本估算具此对于技术潜力较低的封存能力而言该方案的成本估算具有相对较高的可信度。然而，由于诸如沿岸与沿海、储层
49、有相对较高的可信度。然而，由于诸如沿岸与沿海、储层深度和封存构造（如渗透度和构造厚度）的地质特点等特深度和封存构造（如渗透度和构造厚度）的地质特点等特定地点因素，所以各成本存在显著的差异和变化性。定地点因素，所以各成本存在显著的差异和变化性。对于在盐沼池构造和枯竭油气田中封存，典型的成本估值对于在盐沼池构造和枯竭油气田中封存，典型的成本估值为注入为注入1 1吨吨COCO2 2为为0.580.58美元。此外每吨美元。此外每吨COCO2 2还有还有0.10.30.10.3美元的监测成本。沿岸的、浅的、渗透度高的储美元的监测成本。沿岸的、浅的、渗透度高的储层和层和/或封存地点的封存成本最低，因为可以
50、重新启用已或封存地点的封存成本最低，因为可以重新启用已有的油气井和基础设施。有的油气井和基础设施。海洋封存海洋封存海洋封存的实施途径一个潜在的一个潜在的CO2CO2封存方案是将捕获的封存方案是将捕获的CO2CO2直接注入深海（深度在直接注入深海（深度在1,0001,000米以上），大部分米以上），大部分COCO2 2在这里将与大气隔离若干世纪。在这里将与大气隔离若干世纪。海洋封存有两种潜在的实施途径：海洋封存有两种潜在的实施途径：一种是经固定管道或移动船只将一种是经固定管道或移动船只将CO2CO2注入并溶解到水体中（以注入并溶解到水体中（以10001000米以下最为典型）米以下最为典型）另一种
