中國礦業大學碳中和研究院研究員陸詩建，近日在國際分離純化領域著名期刊《Separation and Purification Technology》上發表了題為“Research and design experience of a 150 kt/a CO₂ capture and purification project in the Shaanxi Guohua Jinjie power plant ?”的研究論文。該文章第一作者為中國礦業大學碳中和研究員陸詩建；通訊作者為中國礦業大學碳中和研究院陸詩建研究員、浙江大學方夢祥教授、錦界電廠高級工程師高禮以及中石化石油工程建設公司正高級工程師李清方。

圖文摘要｜Graphical abstract

圖1 項目三維效果圖

圖2 項目全景圖

文章簡介｜Introduction

  本文介紹了150kt/a 煙氣CO₂捕集項目的背景，該項目是國內已建成的規模最大的煙氣碳捕集項目。項目目標是建設國內首個燃燒后CO₂捕集與咸水層封存示范工程，優化燃燒后CO₂捕集咸水層封存全過程系統，掌握關鍵技術，實現低能耗燃煤電廠碳捕集與近零排放。對捕集系統的工藝與消耗進行了分析，進行了全系統節能優化，蒸汽消耗≤1.27 t/t CO₂，吸收劑損失≤1.0 kg/t CO₂，對工程健康、安全、環保進行了論述，并提出了運行分析測試方案。

引言

        2019年，中國碳排放量超過110億噸，約占全球碳排放量的30%，實現碳中和所需的碳減排遠高于其他國家。在2015年11月的巴黎氣候大會上，中國提出了二氧化碳減排目標，中國的二氧化碳排放量將在2030年達到峰值，單位GDP二氧化碳排放量將比2005年減少60-65%。2016年9月，中國在G20峰會上率先簽署了氣候變化《巴黎協定》，在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上提出中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。因此，減少二氧化碳排放已成為中國的一項重要發展戰略，國務院和各部委也出臺了一系列支持減排的政策。

  在碳中和的背景下，CCUS作為碳中和的兜底技術，迎來了快速發展的窗口期。《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）-中國CCUS路徑研究》中，對CCUS進行了重新定位：CCUS是目前實現化石能源低碳化利用的唯一技術選擇，是碳中和目標下保持電力系統靈活性的主要技術手段。國能錦界電廠積極響應國家號召，進行了15萬噸/年燃煤機組CO₂捕集與驅油封存CCUS項目建設與示范，發揮了央企社會責任，契合國家“雙碳”發展戰略。

圖文導讀

圖3 錦界電廠CO₂捕集工藝原理圖

  項目設計CO₂捕集規模15萬噸/年，操作彈性為50%-110%，煙氣處理量為100000 Nm³/h，捕集率大于90%，產品氣純度＞99.5v%，設計再生能耗＜2.4G J/t CO₂，實際運行能耗值為2.35G J/t CO₂。

  針對燃煤電廠煙氣中CO₂分壓低、成分復雜等特點，為實現低成本低消耗CO₂捕集，本項目應用了新型低能耗多氨基復合胺CO₂吸收劑先進材料降低能耗，對相變吸收體系、離子液體進行了兼容性設計；應用了塑料填料吸收塔降低設備成本，降膜式煮沸器提高解吸能效，全焊接式換熱器避免溶液泄漏，超重力反應器減少占地面積；集成了“機械蒸汽再壓縮(MVR)熱泵+級間冷卻+分級流解吸”節能工藝降低蒸汽耗量，應用了堿洗預處理以及高效除霧工藝技術減少溶劑損耗。工藝原理圖如圖3所示。

  根據功能，生產工藝過程可分為捕集凈化、壓縮、干燥、液化和儲存單元。圖4顯示了錦界電廠15萬噸/年CO₂捕集工程工藝流程圖。

圖4 錦界電廠CO₂捕集工程系統流程圖

  系統工藝為：凈煙氣從脫硫吸收塔出口經堿洗預處理后，進入捕集裝置進行CO₂回收處理。采用復合胺吸收劑吸收煙氣中的CO₂。煙氣從塔底進入吸收塔，與吸收液在塔內逆向接觸。在冷卻方面，采用級間冷卻工藝對吸收塔吸收段第二段填料下的半富液進行冷卻。這樣做是為了降低反應熱量，提高捕集效率與吸收負載。CO₂吸收后，5%-10%的富液經塔底富液泵加壓后，直接輸送至再生塔頂部，剩余的富貧液換熱器進行熱回收，再輸送至再生塔。解吸后的CO₂與水蒸氣分離除去水分，得到純度在99.5%以上(干基)的產物CO₂氣體，進入后續壓縮過程。CO₂在螺桿式壓縮機中增壓至2.5MPa（g）后進入低溫液化裝置，液化后進入650 m³的球罐中進行儲存。從再生氣體中分離出來的冷凝水被送回地下儲罐，并利用補液泵不斷地為再生塔進行補液。

  項目占地76 m×67 m，2021年6月正式投運，是當前中國國內已投運的最大規模煙氣碳捕集工程。

圖5 錦界電廠CO₂捕集工程占地三維效果圖

主要結論｜Conclusions

  本研究介紹了國能錦界電廠15萬噸 /年煙氣二氧化碳捕集項目的背景信息，該項目是中國目前已建成的規模最大的煙氣碳捕集項目。本項目的目標是建設國內首個燃燒后CO₂捕集與咸水層封存示范工程，優化燃燒后CO2捕集與咸水層封存整個工藝體系，掌握關鍵技術，實現燃煤發電。該工廠幾乎零排放。項目過程實現了復合胺吸收劑、相變吸收劑、離子液體三種吸收劑的兼容性，集成了MVR熱泵、級間冷卻和分流解吸三種節能工藝，CO₂單位產品再生能耗為2.35 GJ/t CO₂。

主要作者介紹

第一作者、通訊作者

陸詩建 研究員

工作單位：中國礦業大學碳中和研究院

郵件地址：lushijian@cumt.edu.cn

陸詩建，化學工程專家，中國礦業大學研究員，中科院山西煤化所兼職研究員，浙江大學訪問學者。二氧化碳捕集、利用與封存全國循環經濟實驗室常務副主任，校青年學術帶頭人，中國能源學會副主任委員，碳中和專業委員會秘書長，全國碳排放管理標委會CCUS標準化工作組成員，中國CCUS產業聯盟青年學者沙龍工作組成員。從事碳捕集、利用與封存（CCUS）技術研究與產業化應用13年，先后主持了中歐國際合作項目1項，國家重點研發計劃專題2項，中國工程院咨詢項目2項，江蘇省“雙碳”課題2項，寧波市“雙碳”重大項目1項，四川省科技廳項目1項，參加國家重點研發計劃課題2項，承擔企業橫向技術開發項目20余項，發表論文120余篇，獲專利授權63件，榮獲省部級科技獎勵12項。

文章來源SPT分離純化技術