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

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

Abstract

Abstract:

CO₂ is the main greenhouse gas. The reduction of CO₂ emissions to cope with climate change has become an international consensus. Industrial flue gas is considered to be an important source of CO₂ emissions. The characteristics of industrial 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 methods mainly include non-dispersive infrared absorption, gas chromatography, spectroscopy, and chemical absorption, etc. Among these, the non-dispersive infrared absorption method is the most mature in application and is the mainstream technology for fixed source CO₂ testing at present. CO₂ capture technologies mainly include absorption, adsorption, membrane separation, and cryogenic methods. Among these, the chemical absorption method is widely used for capturing low concentration CO₂ (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

CLC Number:

TK 09

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.

Figures/Tables 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
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
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

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