燃煤電站的CO2減排是煤炭清潔、低碳、高效利用的重要課題之一。傳統(tǒng)的燃煤電站采用的是“先污染、后治理”鏈?zhǔn)椒绞剑磸拿喝紵蟮奈矚庵胁都?/span>CO2。采用煤直接燃燒的方式,煤的燃燒溫度可達(dá)1800℃以上,因為受限于透平材料,可利用的蒸汽循環(huán)的溫度不高于700℃,燃料與可利用的蒸汽之間存在巨大的品位差,造成了燃料轉(zhuǎn)化過程中做功能力的巨大損失。同時,直接燃燒還是導(dǎo)致尾氣中CO2濃度低的直接原因,CO2因被N2稀釋,濃度僅為10-15%,造成了CO2分離能耗大。采用傳統(tǒng)燃燒后捕集90%的CO2,會使電廠發(fā)電效率下降10-15個百分點(diǎn),發(fā)電成本上升70-110%。
針對傳統(tǒng)燃煤電站CO2捕集能耗和成本高的缺陷,中國科學(xué)院工程熱物理研究所分布式供能與可再生能源實驗室以燃料轉(zhuǎn)化過程的做功能力利用與CO2生成、遷移之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系為突破口,提出了“燃料轉(zhuǎn)化過程化學(xué)能梯級利用與CO2捕集一體化”的思路,即在減小燃料轉(zhuǎn)化過程的不可逆損失的同時,實現(xiàn)CO2的定向富集,從而減小CO2分離能耗,在CO2形成的源頭實現(xiàn)低能耗的CO2捕集。基于“一體化”思路,實驗室開展了燃料轉(zhuǎn)化過程的不可逆損失與CO2富集耦合機(jī)理研究,開發(fā)了“煤炭碳?xì)湓囟ㄏ驓饣cCO2富集一體化”方法、化學(xué)鏈燃燒技術(shù)與方法、控制CO2的煤基化工動力多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)等。
目前,研究團(tuán)隊搭建了10kW級的燃料轉(zhuǎn)化與二氧化碳富集一體化實驗臺,用于研究燃料轉(zhuǎn)化過程中CO2富集機(jī)理,為實現(xiàn)“煤炭碳?xì)浣M分定向氣化與CO2富集”、煤化工及化工動力多聯(lián)產(chǎn)方向CO2提供實驗依據(jù)。實驗單元可實現(xiàn)6兆帕、1300攝氏度的反應(yīng)條件以及合成氣的部分循環(huán),為碳遷移研究提供實驗保障。實驗平臺集成了三個固定床反應(yīng)器,三組實驗可以同時進(jìn)行,大大提高了科研效率。到目前為止,此平臺已做完四百余組實驗,共涉及7個煤種、多種反應(yīng)條件。
研究團(tuán)隊在此領(lǐng)域已發(fā)表了相關(guān)理論研究成果,包含SCI論文20余篇,1項國際專利與5項國內(nèi)專利,并獲得美國機(jī)械工程師協(xié)會ASME獎。
(來源:中國氮肥與甲醇技術(shù)網(wǎng))