工业烟气CO2的排放特征、测试及捕集技术研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21126

发电技术 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (1): 62-68.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.21126

工业烟气CO₂的排放特征、测试及捕集技术研究

刘含笑¹^,²^,³^,⁴, 罗水源¹, 刘小伟⁴

^1.浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江省诸暨市 311800
^2.华北电力大学能源动力;与机械工程学院，北京市昌平区 102206
^3.浙江省环保集团生态环保研究院有限公司，浙江省杭州市 310030
^4.煤燃烧国家重点实验室(华中科技大学)，湖北省武汉市 430074

收稿日期:2022-03-10 出版日期:2024-02-29 发布日期:2024-02-29
作者简介:刘含笑(1987)，男，硕士，高级工程师，主要从事电力环保技术研发工作，gutounan@163.com。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2022YFC3701501);浙江省“尖兵”计划碳专项项目(2022C03030)

Study on Emission Characteristics, Test and Capture Technology of CO₂ in Industrial Flue Gas

Hanxiao LIU¹^,²^,³^,⁴, Shuiyuan LUO¹, Xiaowei LIU⁴

^1.Zhejiang Feida Environmental Science & Technology Co. , Ltd. , Zhuji 311800, Zhejiang Province, China
^2.School of Energy, Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China
^3.Zhejiang Environmental Protection Group Eco-Environmental Research Institute, Hangzhou 310030, Zhejiang Province, China
^4.State key Laboratory of Coal Combustion (Huazhong University of Science and Technology), Wuhan 430074, Hubei Province, China

Received:2022-03-10 Published:2024-02-29 Online:2024-02-29
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(2022YFC3701501);Foundation:Carbon Special Project of “Vanguard” Plan of Zhejiang Province(2022C03030)

摘要/Abstract

摘要：

CO₂是主要的温室气体，减排CO₂应对气候变化已成为国际共识，工业烟气是重要的人为CO₂排放源。对工业烟气CO₂的排放特征、主要测试及治理技术进行了系统的分析和研究：电力、钢铁、水泥等工业行业排放烟气中CO₂浓度分别在9.7%~15%、2%~28%、11%~29%；CO₂测试技术主要有非分散红外吸收法、气相色谱法、光谱法、化学吸收法等，其中，非分散红外吸收法在国内外应用最为成熟，是目前主流的固定源CO₂测试技术；CO₂捕集技术主要有吸收法、吸附法、膜分离法、深冷法等，其中，化学吸收法广泛用于低浓度CO₂烟气(体积浓度≤30%)捕集。研究结果可为后续工业大幅降碳提供借鉴。

关键词: 工业烟气, CO₂排放, 捕集技术, 测试方法

Abstract:

CO₂ is the main greenhouse gas. The reduction of CO₂ emissions to cope with climate change has become an international consensus. The industrial flue gas is considered to be an important source of CO₂ emissions. The characteristics of industral flue gas CO₂ emission, the main test and treatment technology were studied and analyzed. The CO₂ concentrations in power plant, steel and cement flue gas are 9.7%-15%, 2%-28% and 11%-29%, respectively. CO₂ testing mainly includes non-dispersed infrared absorption method, gas chromatography, spectroscopy, chemical absorption method, etc. Among them, the non-dispersed infrared absorption method is the most mature in application, and is the mainstream fixed source CO₂ testing technology at present. CO₂ capture technology mainly includes absorption method, adsorption method, membrane separation method and cryogenic method. Among them, the chemical absorption method is widely used for low concentration CO₂ capture (volume concentration ≤30%). The purpose of this study is to provide reference for the subsequent large-scale industrial carbon reduction.

Key words: industrial flue gas, CO₂ emission, capture technology, test method

中图分类号:

TK 09

刘含笑, 罗水源, 刘小伟. 工业烟气CO₂的排放特征、测试及捕集技术研究[J]. 发电技术, 2024, 45(1): 62-68.

Hanxiao LIU, Shuiyuan LUO, Xiaowei LIU. Study on Emission Characteristics, Test and Capture Technology of CO₂ in Industrial Flue Gas[J]. Power Generation Technology, 2024, 45(1): 62-68.

图/表 6

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测试方法	测试原理	对应的测试标准
非分散红外吸收法	CO₂气体选择性吸收4.26 μm波长的红外辐射，且在一定的范围内，吸收量与CO₂气体浓度遵循Lambert-beer定律，根据出入射光强来计算CO₂气体浓度	ISO 12039—2001、 BS ISO 10396—2007、 GB/T 18204.24—2000、 HJ 870-2017、 ZHJZ/JF 110
气相色谱法	CO₂经甲烷化转化器转化为甲烷，用氢火焰离子化检测器(FID)进行测定	EPA Method 3C、 GB/T 18204.24—2000、 GB/T 8984—2008
光谱法	CO₂与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法。根据测试原理不同，可分为离轴积分腔输出光谱法、光腔衰荡光谱法(CRDS)和傅里叶变换红外光谱法(FTIR)	ISO 19702—2006、JIS B 7986-—2006、 EPA Method 320、 GB/T 34286—2017、 GB/T 34415—2017
化学吸收法	化学吸收法是利用不同的溶液来相继吸收样品中不同气体组分，然后根据吸收前后试样体积的变化来计算其浓度值	ISO 10396—2007、EPA Method 3A、 GB/T 16157—1996

测试方法	测试原理	对应的测试标准
非分散红外吸收法	CO₂气体选择性吸收4.26 μm波长的红外辐射，且在一定的范围内，吸收量与CO₂气体浓度遵循Lambert-beer定律，根据出入射光强来计算CO₂气体浓度	ISO 12039—2001、 BS ISO 10396—2007、 GB/T 18204.24—2000、 HJ 870-2017、 ZHJZ/JF 110
气相色谱法	CO₂经甲烷化转化器转化为甲烷，用氢火焰离子化检测器(FID)进行测定	EPA Method 3C、 GB/T 18204.24—2000、 GB/T 8984—2008
光谱法	CO₂与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法。根据测试原理不同，可分为离轴积分腔输出光谱法、光腔衰荡光谱法(CRDS)和傅里叶变换红外光谱法(FTIR)	ISO 19702—2006、JIS B 7986-—2006、 EPA Method 320、 GB/T 34286—2017、 GB/T 34415—2017
化学吸收法	化学吸收法是利用不同的溶液来相继吸收样品中不同气体组分，然后根据吸收前后试样体积的变化来计算其浓度值	ISO 10396—2007、EPA Method 3A、 GB/T 16157—1996

CO₂捕集方法			优缺点
吸收法	化学吸收法	热钾碱法	优点：CO₂产品纯度高(99%)、反应速度快、吸收能力强、液体循环量小缺点：低温条件下K₂CO₃易结晶，解吸温度较高，吸收压力较高，氧化降解速率较快；能耗较高
	化学吸收法	有机胺、氨基酸盐法	优点：CO₂产品纯度高(99%)，中高压低温条件下具有物理吸收特性，吸收能力强，反应解吸温度低缺点：胺液易氧化、低压条件下吸收能力小，溶液循环量大；能耗较高
	物理吸收法		优点：CO₂产品纯度高(99%)，适用于中高压、低温、低浓度工况，反应解吸温度低缺点：低压条件下吸收能力低
	物理化学吸收法		优点：CO₂产品纯度高(99%)，适用于中高压、低温、低浓度工况，反应解吸温度低缺点：低压条件下吸收能力低
吸附法			优点：操作弹性大，CO₂成品质量稳定，基本不会随原料气组分的变化而变化，适合于高浓度CO₂的处理缺点：产品纯度低(95%)，回收率低，预处理要求高
膜分离法			优点：模块化设计，安装维护方便，适合于高浓度CO₂的处理缺点：产品纯度低(95%)，预处理要求高，膜组件易堵塞、寿命短
深冷法			优点：流程简单、投资较低，适合于高浓度CO₂的处理缺点：产品纯度低(95%)，CO₂低浓度下能耗巨大

CO₂捕集方法			优缺点
吸收法	化学吸收法	热钾碱法	优点：CO₂产品纯度高(99%)、反应速度快、吸收能力强、液体循环量小缺点：低温条件下K₂CO₃易结晶，解吸温度较高，吸收压力较高，氧化降解速率较快；能耗较高
	化学吸收法	有机胺、氨基酸盐法	优点：CO₂产品纯度高(99%)，中高压低温条件下具有物理吸收特性，吸收能力强，反应解吸温度低缺点：胺液易氧化、低压条件下吸收能力小，溶液循环量大；能耗较高
	物理吸收法		优点：CO₂产品纯度高(99%)，适用于中高压、低温、低浓度工况，反应解吸温度低缺点：低压条件下吸收能力低
	物理化学吸收法		优点：CO₂产品纯度高(99%)，适用于中高压、低温、低浓度工况，反应解吸温度低缺点：低压条件下吸收能力低
吸附法			优点：操作弹性大，CO₂成品质量稳定，基本不会随原料气组分的变化而变化，适合于高浓度CO₂的处理缺点：产品纯度低(95%)，回收率低，预处理要求高
膜分离法			优点：模块化设计，安装维护方便，适合于高浓度CO₂的处理缺点：产品纯度低(95%)，预处理要求高，膜组件易堵塞、寿命短
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工业烟气CO₂的排放特征、测试及捕集技术研究

Study on Emission Characteristics, Test and Capture Technology of CO₂ in Industrial Flue Gas

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