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高溫化學(xué)吸附捕集煙氣CO2 版權(quán)信息
- ISBN：9787030748331
- 條形碼：9787030748331 ; 978-7-03-074833-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
高溫化學(xué)吸附捕集煙氣CO2 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書積極響應(yīng)總書記"碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和"的時(shí)代號(hào)召，針對(duì)電力、鋼鐵、水泥等高碳排放行業(yè)的脫碳需求，從理論研究和工程應(yīng)用出發(fā)，全面介紹了鈣循環(huán)過程基礎(chǔ)以及應(yīng)用中存在的問題與解決方案。全書內(nèi)容共分為5章，主要以高效鈣基CO2吸附粉體材料的合成（第2章）、耐磨損吸附顆粒的成型方法與性能評(píng)價(jià)（第3章）、鈣循環(huán)過程氣/固雜質(zhì)的影響與機(jī)理分析（第4章）和鈣-銅聯(lián)合循環(huán)的體系優(yōu)化與過程模擬（第5章）四方面為重點(diǎn)，提出了高效鈣基CO2吸附粉體材料的合成方法，優(yōu)化了耐磨損吸附顆粒的成型工藝，闡明了煤灰、水蒸氣、SO2等關(guān)鍵雜質(zhì)組分對(duì)鈣循環(huán)過程的影響特性與機(jī)制，分析了鈣-銅聯(lián)合循環(huán)的耦合性。
高溫化學(xué)吸附捕集煙氣CO2 目錄
目錄
第1章 緒論 1
1.1 能源消費(fèi)與CO2排放狀況 1
1.1.1 能源消費(fèi)結(jié)構(gòu) 1
1.1.2 CO2排放分析 3
1.2 CCUS技術(shù)與應(yīng)用 4
1.2.1 CCUS技術(shù)概述 5
1.2.2 CCUS項(xiàng)目概況 6
1.3 CO2高溫吸附技術(shù)基礎(chǔ) 8
1.3.1 CO2高溫吸附技術(shù)概述 8
1.3.2 鈣基CO2吸附技術(shù) 14
1.3.3 鋰基CO2吸附技術(shù) 18
1.4 本章小結(jié) 21
參考文獻(xiàn) 22
第2章 高效粉體CO2吸附材料合成研究 28
2.1 不同前驅(qū)體合成鈣基CO2吸附材料研究 28
2.1.1 吸附劑制備與性能測(cè)試 29
2.1.2 鋁酸鈣水泥中鈣組分作用分析 30
2.1.3 合成吸附劑性能分析 31
2.1.4 CO2吸脫附循環(huán)穩(wěn)定性 34
2.2 多元金屬氧化物制備鈣基CO2吸附劑 35
2.2.1 溶膠-凝膠合成與基礎(chǔ)表征 36
2.2.2 合成材料的CO2吸脫附特性 39
2.2.3 苛刻條件下循環(huán)吸脫附分析 40
2.2.4 吸附劑微觀結(jié)構(gòu)演變分析 41
2.2.5 合成材料CO2吸附性能對(duì)比 43
2.3 廢舊鋰離子電池制備低成本Li4SiO4吸附劑 44
2.3.1 LIBs熱解與吸附劑合成 45
2.3.2 鋰前驅(qū)體與吸附劑性質(zhì) 46
2.3.3 Li4SiO4材料CO2吸脫附性能 47
2.3.4 CO2吸脫附穩(wěn)定性分析 50
2.3.5 鋰吸附劑性能比較與經(jīng)濟(jì)性分析 51
2.4 本章小結(jié) 52
參考文獻(xiàn) 53
第3章 耐磨損吸附顆粒成型方法與性能評(píng)價(jià) 57
3.1 有機(jī)鈣前驅(qū)體制備鈣基CO2吸附顆粒 57
3.1.1 原材料和吸附顆粒制備方法 58
3.1.2 顆粒吸脫附與磨損特性測(cè)試 58
3.1.3 吸附顆粒形貌與孔結(jié)構(gòu)分析 59
3.1.4 吸附顆粒CO2吸脫附循環(huán)特性 61
3.1.5 顆粒磨損特性分析 65
3.1.6 吸附顆粒綜合性能評(píng)估 66
3.2 黏結(jié)劑輔助鈣基CO2吸附顆粒成型研究 67
3.2.1 黏結(jié)劑與造孔劑熱解特性 67
3.2.2 吸附顆粒物相與孔結(jié)構(gòu)分析 68
3.2.3 黏結(jié)劑影響吸附顆粒基礎(chǔ)特性 70
3.2.4 磷酸鎂添加量的影響特性 73
3.2.5 預(yù)煅燒溫度的影響規(guī)律 75
3.2.6 造孔劑和黏結(jié)劑的作用機(jī)制 77
3.3 正硅酸鋰基吸附顆粒成型與性能研究 78
3.3.1 粉體正硅酸鋰CO2吸附性能 78
3.3.2 成型顆粒的CO2吸脫附性能 80
3.3.3 吸附顆粒孔結(jié)構(gòu)與形貌特征 81
3.3.4 吸附顆粒機(jī)械性能評(píng)價(jià) 84
3.3.5 鋰基吸附顆粒性能對(duì)比分析 85
3.4 本章小結(jié) 87
參考文獻(xiàn) 88
第4章 CO2吸/脫附反應(yīng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué) 92
4.1 正硅酸鋰吸/脫附CO2熱力學(xué)平衡邊界 92
4.1.1 吸附劑制備與性能測(cè)試 92
4.1.2 熱力學(xué)計(jì)算方法 93
4.1.3 鋰基吸附劑物相特征分析 93
4.1.4 各因素影響下吸脫附平衡特性 94
4.1.5 熱力學(xué)分析與平衡關(guān)聯(lián)式 100
4.2 鋰基吸附劑脫附再生動(dòng)力學(xué)特性研究 102
4.2.1 吸附劑制備與基礎(chǔ)特性 103
4.2.2 脫附基礎(chǔ)特征及動(dòng)力學(xué)方程 105
4.2.3 本征反應(yīng)的冪律模型擬合 107
4.3 硫酸化作用下的碳酸化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究 109
4.3.1 硫酸化影響CO2吸/脫附循環(huán)特性 109
4.3.2 吸附劑的基礎(chǔ)理化性質(zhì) 111
4.3.3 新鮮吸附劑碳酸化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 112
4.3.4 循環(huán)材料的碳酸化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 114
4.4 本章小結(jié) 117
參考文獻(xiàn) 118
第5章 CO2捕集過程雜質(zhì)影響與作用機(jī)制 121
5.1 吸附過程碳酸化/硫酸化競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)數(shù)值模擬 121
5.1.1 單顆粒耦合模型構(gòu)建方法 121
5.1.2 吸附劑參數(shù)測(cè)定與模型驗(yàn)證 126
5.1.3 并行碳酸化/硫酸化顆粒基礎(chǔ)行為 127
5.1.4 反應(yīng)工況影響碳酸化/硫酸化特性 129
5.1.5 顆粒參數(shù)影響碳酸化/硫酸化特性 131
5.2 水蒸氣加速吸附劑分解再生特性與機(jī)理 133
5.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與測(cè)試過程 134
5.2.2 水蒸氣濃度的影響特性分析 135
5.2.3 水蒸氣加速碳酸鈣分解的量化計(jì)算 137
5.2.4 水蒸氣在CaCO3(1 0 -1 4)表面吸附位點(diǎn) 138
5.2.5 水蒸氣在CaCO3(1 0 -1 4)表面反應(yīng)過程 140
5.3 煤灰影響CO2吸/脫附特性與作用機(jī)制 145
5.3.1 煙氣夾帶煤灰影響吸/脫附特性 145
5.3.2 富氧燃燒煤灰影響吸/脫附特性分析 149
5.3.3 吸附劑孔結(jié)構(gòu)分析 153
5.3.4 吸附劑形貌演變及煤灰元素遷移 154
5.3.5 煤灰與吸附劑的相互作用機(jī)制 156
5.4 本章小結(jié) 158
參考文獻(xiàn) 160
第6章 基于高溫化學(xué)吸附的脫碳體系研究 162
6.1 Ca-Cu聯(lián)合化學(xué)合循環(huán)再生過程反應(yīng)動(dòng)力學(xué)匹配 162
6.1.1 Ca-Cu聯(lián)合化學(xué)循環(huán)研究概述 162
6.1.2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法 165
6.1.3 CaCO3分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 166
6.1.4 CuO與CH4還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 168
6.1.5 煅燒反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型構(gòu)建 170
6.1.6 煅燒反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)過程分析 171
6.2 Ca-Cu聯(lián)合化學(xué)循環(huán)組分均布式顆粒煅燒行為模擬 174
6.2.1 單顆粒模型建立與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 174
6.2.2 CuO/CaCO3顆粒內(nèi)部參數(shù)分布 178
6.2.3 反應(yīng)器運(yùn)行工況影響特性 180
6.2.4 顆粒參數(shù)的影響特性分析 182
6.3 基于Li4SiO4的CO2捕集/CH4干重整一體化 185
6.3.1 吸附劑與催化劑制備方法 186
6.3.2 耦合CO2捕集/轉(zhuǎn)化過程測(cè)試 187
6.3.3 吸附劑與催化劑基礎(chǔ)物化特征 187
6.3.4 耦合CO2捕集/轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性 189
6.3.5 耦合CO2捕集/轉(zhuǎn)化循環(huán)穩(wěn)定性 190
6.4 本章小結(jié) 192
參考文獻(xiàn) 193
第1章 緒論 1
1.1 能源消費(fèi)與CO2排放狀況 1
1.1.1 能源消費(fèi)結(jié)構(gòu) 1
1.1.2 CO2排放分析 3
1.2 CCUS技術(shù)與應(yīng)用 4
1.2.1 CCUS技術(shù)概述 5
1.2.2 CCUS項(xiàng)目概況 6
1.3 CO2高溫吸附技術(shù)基礎(chǔ) 8
1.3.1 CO2高溫吸附技術(shù)概述 8
1.3.2 鈣基CO2吸附技術(shù) 14
1.3.3 鋰基CO2吸附技術(shù) 18
1.4 本章小結(jié) 21
參考文獻(xiàn) 22
第2章 高效粉體CO2吸附材料合成研究 28
2.1 不同前驅(qū)體合成鈣基CO2吸附材料研究 28
2.1.1 吸附劑制備與性能測(cè)試 29
2.1.2 鋁酸鈣水泥中鈣組分作用分析 30
2.1.3 合成吸附劑性能分析 31
2.1.4 CO2吸脫附循環(huán)穩(wěn)定性 34
2.2 多元金屬氧化物制備鈣基CO2吸附劑 35
2.2.1 溶膠-凝膠合成與基礎(chǔ)表征 36
2.2.2 合成材料的CO2吸脫附特性 39
2.2.3 苛刻條件下循環(huán)吸脫附分析 40
2.2.4 吸附劑微觀結(jié)構(gòu)演變分析 41
2.2.5 合成材料CO2吸附性能對(duì)比 43
2.3 廢舊鋰離子電池制備低成本Li4SiO4吸附劑 44
2.3.1 LIBs熱解與吸附劑合成 45
2.3.2 鋰前驅(qū)體與吸附劑性質(zhì) 46
2.3.3 Li4SiO4材料CO2吸脫附性能 47
2.3.4 CO2吸脫附穩(wěn)定性分析 50
2.3.5 鋰吸附劑性能比較與經(jīng)濟(jì)性分析 51
2.4 本章小結(jié) 52
參考文獻(xiàn) 53
第3章 耐磨損吸附顆粒成型方法與性能評(píng)價(jià) 57
3.1 有機(jī)鈣前驅(qū)體制備鈣基CO2吸附顆粒 57
3.1.1 原材料和吸附顆粒制備方法 58
3.1.2 顆粒吸脫附與磨損特性測(cè)試 58
3.1.3 吸附顆粒形貌與孔結(jié)構(gòu)分析 59
3.1.4 吸附顆粒CO2吸脫附循環(huán)特性 61
3.1.5 顆粒磨損特性分析 65
3.1.6 吸附顆粒綜合性能評(píng)估 66
3.2 黏結(jié)劑輔助鈣基CO2吸附顆粒成型研究 67
3.2.1 黏結(jié)劑與造孔劑熱解特性 67
3.2.2 吸附顆粒物相與孔結(jié)構(gòu)分析 68
3.2.3 黏結(jié)劑影響吸附顆粒基礎(chǔ)特性 70
3.2.4 磷酸鎂添加量的影響特性 73
3.2.5 預(yù)煅燒溫度的影響規(guī)律 75
3.2.6 造孔劑和黏結(jié)劑的作用機(jī)制 77
3.3 正硅酸鋰基吸附顆粒成型與性能研究 78
3.3.1 粉體正硅酸鋰CO2吸附性能 78
3.3.2 成型顆粒的CO2吸脫附性能 80
3.3.3 吸附顆粒孔結(jié)構(gòu)與形貌特征 81
3.3.4 吸附顆粒機(jī)械性能評(píng)價(jià) 84
3.3.5 鋰基吸附顆粒性能對(duì)比分析 85
3.4 本章小結(jié) 87
參考文獻(xiàn) 88
第4章 CO2吸/脫附反應(yīng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué) 92
4.1 正硅酸鋰吸/脫附CO2熱力學(xué)平衡邊界 92
4.1.1 吸附劑制備與性能測(cè)試 92
4.1.2 熱力學(xué)計(jì)算方法 93
4.1.3 鋰基吸附劑物相特征分析 93
4.1.4 各因素影響下吸脫附平衡特性 94
4.1.5 熱力學(xué)分析與平衡關(guān)聯(lián)式 100
4.2 鋰基吸附劑脫附再生動(dòng)力學(xué)特性研究 102
4.2.1 吸附劑制備與基礎(chǔ)特性 103
4.2.2 脫附基礎(chǔ)特征及動(dòng)力學(xué)方程 105
4.2.3 本征反應(yīng)的冪律模型擬合 107
4.3 硫酸化作用下的碳酸化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究 109
4.3.1 硫酸化影響CO2吸/脫附循環(huán)特性 109
4.3.2 吸附劑的基礎(chǔ)理化性質(zhì) 111
4.3.3 新鮮吸附劑碳酸化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 112
4.3.4 循環(huán)材料的碳酸化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 114
4.4 本章小結(jié) 117
參考文獻(xiàn) 118
第5章 CO2捕集過程雜質(zhì)影響與作用機(jī)制 121
5.1 吸附過程碳酸化/硫酸化競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)數(shù)值模擬 121
5.1.1 單顆粒耦合模型構(gòu)建方法 121
5.1.2 吸附劑參數(shù)測(cè)定與模型驗(yàn)證 126
5.1.3 并行碳酸化/硫酸化顆粒基礎(chǔ)行為 127
5.1.4 反應(yīng)工況影響碳酸化/硫酸化特性 129
5.1.5 顆粒參數(shù)影響碳酸化/硫酸化特性 131
5.2 水蒸氣加速吸附劑分解再生特性與機(jī)理 133
5.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與測(cè)試過程 134
5.2.2 水蒸氣濃度的影響特性分析 135
5.2.3 水蒸氣加速碳酸鈣分解的量化計(jì)算 137
5.2.4 水蒸氣在CaCO3(1 0 -1 4)表面吸附位點(diǎn) 138
5.2.5 水蒸氣在CaCO3(1 0 -1 4)表面反應(yīng)過程 140
5.3 煤灰影響CO2吸/脫附特性與作用機(jī)制 145
5.3.1 煙氣夾帶煤灰影響吸/脫附特性 145
5.3.2 富氧燃燒煤灰影響吸/脫附特性分析 149
5.3.3 吸附劑孔結(jié)構(gòu)分析 153
5.3.4 吸附劑形貌演變及煤灰元素遷移 154
5.3.5 煤灰與吸附劑的相互作用機(jī)制 156
5.4 本章小結(jié) 158
參考文獻(xiàn) 160
第6章 基于高溫化學(xué)吸附的脫碳體系研究 162
6.1 Ca-Cu聯(lián)合化學(xué)合循環(huán)再生過程反應(yīng)動(dòng)力學(xué)匹配 162
6.1.1 Ca-Cu聯(lián)合化學(xué)循環(huán)研究概述 162
6.1.2 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)測(cè)試方法 165
6.1.3 CaCO3分解反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 166
6.1.4 CuO與CH4還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 168
6.1.5 煅燒反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型構(gòu)建 170
6.1.6 煅燒反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)過程分析 171
6.2 Ca-Cu聯(lián)合化學(xué)循環(huán)組分均布式顆粒煅燒行為模擬 174
6.2.1 單顆粒模型建立與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 174
6.2.2 CuO/CaCO3顆粒內(nèi)部參數(shù)分布 178
6.2.3 反應(yīng)器運(yùn)行工況影響特性 180
6.2.4 顆粒參數(shù)的影響特性分析 182
6.3 基于Li4SiO4的CO2捕集/CH4干重整一體化 185
6.3.1 吸附劑與催化劑制備方法 186
6.3.2 耦合CO2捕集/轉(zhuǎn)化過程測(cè)試 187
6.3.3 吸附劑與催化劑基礎(chǔ)物化特征 187
6.3.4 耦合CO2捕集/轉(zhuǎn)化反應(yīng)特性 189
6.3.5 耦合CO2捕集/轉(zhuǎn)化循環(huán)穩(wěn)定性 190
6.4 本章小結(jié) 192
參考文獻(xiàn) 193
展開全部
高溫化學(xué)吸附捕集煙氣CO2 節(jié)選
第1章 緒論 能源是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，能源革命是文明進(jìn)步的階梯，能源安全是國家安全的重要基石。從早期的鉆木取火到煤的發(fā)現(xiàn)、石油的開發(fā)，水能、核能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能等的相繼興起，能源深刻地影響著人類文明發(fā)展的進(jìn)程。 能源戰(zhàn)略是國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要支柱，是綜合國力的重要體現(xiàn)。我國自2014年起明確把能源革命作為能源安全新戰(zhàn)略的根本任務(wù)，先后印發(fā)了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2030年）》《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016—2030年）》《能源體制革命行動(dòng)計(jì)劃》等綱領(lǐng)性文件，提出了建設(shè)清潔、低碳、安全、高效的現(xiàn)代能源體系，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式根本性轉(zhuǎn)變的總體戰(zhàn)略目標(biāo)。 1.1 能源消費(fèi)與CO2排放狀況 1.1.1 能源消費(fèi)結(jié)構(gòu) 1.全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu) 2020年發(fā)布的《中石油經(jīng)研院能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)》表明，2019年，全球一次能源消費(fèi)138.2×108t，同比增長(zhǎng)1.9%，其中石油消費(fèi)占比32.3%，增速約1.8%；天然氣消費(fèi)占比24.8%，增速約3.4%；煤炭消費(fèi)占比27.7%，增速約0.9%；核能和可再生等非化石能源消費(fèi)占比相對(duì)較低，約15.1%，但增速近1.9%。按能源需求增長(zhǎng)排名，2019年排名前三的國家為中國、美國和印度，在全球能源消費(fèi)增量中分別占比40%、20.3%和18.1%，能源消費(fèi)增量占全球增量的78.4%。2019年全球主要能源消費(fèi)國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，中國和印度作為發(fā)展中國家，煤炭消費(fèi)占比較高，分別達(dá)到57.9%和57.5%；美國和日本能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)較為合理，呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢(shì)；俄羅斯作為天然氣儲(chǔ)量大國，天然氣在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中明顯占據(jù)主導(dǎo)。按各類能源消費(fèi)增速進(jìn)行分析，2019年的天然氣消費(fèi)增速>石油消費(fèi)增速>煤炭消費(fèi)增速，分別為3.8%、1.9%、0.9%，2010～2019年平均增速分別為3.2%、1.0%、1.1%，可見煤炭消費(fèi)量已接近峰值。另一方面，非化石能源消費(fèi)量自2011年后持續(xù)上漲，2019年增速為2.0%，2010～2019年平均增速均為3.4%。 2.中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu) 2019年我國能源消費(fèi)總量穩(wěn)定增長(zhǎng)，在“雙碳”目標(biāo)的影響下，一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭占比持續(xù)下滑至57.9%，連續(xù)兩年降至60%以下；天然氣與非化石能源占比達(dá)到23.1%，其中天然氣占比首次突破8%。如圖1.2和表1.1所示，2010年中國的能源消費(fèi)占比從高到低分別為：煤炭69.2%、石油17.4%、非化石能源9.4%、天然氣4.0%；2019年中國的能源消費(fèi)占比從高到低分別為：煤炭57.9%、石油19.0%、非化石能源14.9%、天然氣8.2%。可見，我國天然氣和非化石能源消費(fèi)占比呈現(xiàn)持續(xù)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐漸向綠色低碳形式轉(zhuǎn)變，同時(shí)，我國的石油消費(fèi)穩(wěn)步增長(zhǎng)，煤炭消費(fèi)占比大幅下滑。但是，我國原油對(duì)外依存度較高，非化石能源在國家政策的刺激下，與天然氣共同分擔(dān)煤炭占比的下降量。隨著中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的逐漸轉(zhuǎn)型，天然氣和非化石等綠色能源占比逐步提升，直接導(dǎo)致中國碳排放量增速大幅降低，2015～2019年碳排放平均增速為0.4%，2010～2019年平均增速為2.5%。 1.1.2 CO2排放分析 CO2（carbon dioxide）在常溫常壓下是一種無色無味、其水溶液略有酸味的氣體，在空氣組成中占比約為0.04%，也是*為重要的一種溫室氣體。CO2在自然界中含量豐富，其產(chǎn)生途徑主要有以下幾種：有機(jī)物（包括動(dòng)植物）的分解、發(fā)酵、腐爛、變質(zhì)過程，石油、煤炭、天然氣、石蠟的燃燒以及生產(chǎn)過程中均會(huì)釋放出CO2。 1.全球CO2排放狀況 伴隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，全球CO2排放量也在逐年增加，2018年全球CO2排放量較2017年增加了6.17×109t，約為340.5×109t。CO2的持續(xù)大量排放是全球變暖的主要原因，將明顯導(dǎo)致大量自然性災(zāi)難的發(fā)生，例如大規(guī)模海嘯、地殼動(dòng)蕩等，且爆發(fā)次數(shù)愈發(fā)頻繁。全球新冠肺炎疫情暴發(fā)以來，大部分國家采取停工、停產(chǎn)、居家隔離等措施導(dǎo)致CO2排放量在短期內(nèi)有所降低。2020年全球CO2排放量約為400.0×109t，按地區(qū)CO2排放量從高到低分別為：亞太地區(qū)>北美地區(qū)>歐洲>中東地區(qū)>獨(dú)聯(lián)體>非洲>中南美地區(qū)，分別為16752.9×106t、5307.1×106t、3592.9×106t、2025.3×106t、1981.0×106t、1195.0×106t、1129.5×106t，如圖1.3所示。 分國家來看，2020年中國CO2排放量為9893.5×106t，全球排名**；美國CO2排放量為4432.2×106t，全球排名第二；印度CO2排放量為2298.2×106t，全球排名第三。不同國家的CO2排放占比如圖1.3所示，2020年中國、美國、印度、俄羅斯、日本、伊朗、德國、韓國、沙特阿拉伯和印度尼西亞十個(gè)國家CO2排放量總和占全球CO2總排放量的68.86%。按照國家CO2排放量占全球CO2總排放量的比例從高到低分別為：中國>美國>印度>俄羅斯>日本>伊朗>德國>韓國>沙特阿拉伯>印度尼西亞，分別占比30.93%、13.86%、7.19%、4.48%、3.21%、2.03%、1.89%、1.81%、1.77%、1.69%。 2.中國CO2排放狀況 自2005年起，我國CO2排放總量位居世界**，2018年CO2排放量達(dá)到96.63×109 t，排放量是美國的2倍、俄羅斯的9.2倍。但是，中國CO2排放存在人均排放偏低、單位經(jīng)濟(jì)排放強(qiáng)度大、能源排放占比高等特點(diǎn)，具體如下：①人均CO2排放相對(duì)較低。2018年中國CO2排放量為6.94t/人，遠(yuǎn)低于科威特21.62t/人、加拿大16.45t/人、美國14.54t/人。②單位GDP的CO2排放偏高。2018年中國單位GDP的CO2排放量為695.47t/百萬美元，不僅高于發(fā)達(dá)國家單位GDP的CO2排放量，也高于世界各國單位GDP的CO2排放平均水平。③能源排放占比較高。2019年中國能源活動(dòng)CO2排放量約占全社會(huì)CO2排放量的87%。從能源品種看，燃煤發(fā)電和供熱排放占能源活動(dòng)CO2排放比重的44%，煤炭終端燃燒排放占比為35%，石油排放占比為15%，天然氣排放占比為6%。從能源活動(dòng)領(lǐng)域看，能源生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換、工業(yè)、交通運(yùn)輸、建筑領(lǐng)域的CO2排放占能源活動(dòng)CO2排放的比重分別為47%、36%、9%、8%，其中工業(yè)領(lǐng)域的鋼鐵、建材和化工三大高耗能產(chǎn)業(yè)占比分別達(dá)到17%、8%和6%。 分行業(yè)來看，火力發(fā)電業(yè)和工業(yè)是中國CO2排放的重要領(lǐng)域。2018年，中國火力發(fā)電業(yè)CO2排放量為31.98×109t，其中97.24%是通過煤炭燃燒產(chǎn)生；工業(yè)CO2排放量為25.10×109 t，其中煤炭和焦炭燃燒產(chǎn)生的CO2量占92.13%。可見，這兩個(gè)行業(yè)對(duì)煤炭、焦炭能源依賴度過高。交通運(yùn)輸、倉儲(chǔ)和郵政業(yè)的CO2排放也不容忽視，2018年該領(lǐng)域CO2排放量為7.67×109t，主要源于大量使用汽油、煤油和柴油等能源。 1.2 CCUS技術(shù)與應(yīng)用 CO2的減排策略主要包括來源控制與末端控制兩種。來源控制主要通過新能源開發(fā)以及節(jié)約用能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。新能源開發(fā)主要是通過太陽能、核能、水能、風(fēng)能、潮汐能等一系列清潔能源的利用來減少CO2排放。而節(jié)約用能是指通過能源的高效利用及轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)CO2減排目的，屬于成本較低的CO2減排策略。但是，我國僅通過新能源開發(fā)和節(jié)約用能實(shí)現(xiàn)的CO2減排無法滿足未來的需求，其減排潛力將在2030年前后被發(fā)掘完畢。因此，CO2的末端控制，特別是碳捕集、利用與封存（carbon capture，utilization and storage，CCUS）技術(shù)將成為我國CO2減排的重要途徑。 1.2.1 CCUS技術(shù)概述 碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)作為潛力巨大的CO2減排技術(shù)是我國CO2末端控制的*佳選擇。目前，CCUS技術(shù)已經(jīng)受到全世界的廣泛關(guān)注，并逐漸投入到商業(yè)化應(yīng)用中。CCUS技術(shù)主要通過將CO2從化石燃料利用過程中分離提純，之后投入生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)再利用或地質(zhì)封存，而非將其直接排放至大氣中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)CO2的近零排放。碳捕集是整個(gè)CCUS技術(shù)流程中成本*高的環(huán)節(jié)，開發(fā)高效且經(jīng)濟(jì)的CO2捕集技術(shù)是實(shí)現(xiàn)CCUS技術(shù)的關(guān)鍵。 1.CO2捕集 按照實(shí)現(xiàn)CO2捕集的位置進(jìn)行分類，CO2捕集技術(shù)主要分為燃燒前CO2捕集、富氧燃燒CO2捕集和燃燒后CO2捕集三種。燃燒前CO2捕集技術(shù)是在碳基燃料燃燒前，先將化學(xué)能從燃料中進(jìn)行轉(zhuǎn)移，之后將碳與攜帶能量的其他物質(zhì)進(jìn)行分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)燃料燃燒利用前的CO2捕集。其中，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（integrated gasification combined cycle，IGCC）發(fā)電是*典型的燃燒前CO2捕集系統(tǒng)。IGCC通過煤氣化與燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合，由化石燃料氣化轉(zhuǎn)化成合成氣（主要包括CO和H2），之后利用水煤氣變換反應(yīng)提高CO2濃度，分離CO2后得到的富氫燃料用于燃燒發(fā)電，而分離后的CO2壓縮后進(jìn)行后續(xù)的封存或利用。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)中的CO2壓力和濃度較高[3]，易于分離且CO2捕集效率較高。而缺點(diǎn)在于該技術(shù)過程較為復(fù)雜，包含空氣分離、煤氣化及燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)，導(dǎo)致設(shè)備成本較高，不適于現(xiàn)有燃煤電廠的改造[4-6]。 富氧燃燒CO2捕集是在純氧或者富氧（高于空氣中氧氣濃度）氣氛下進(jìn)行燃料燃燒直接獲得高濃度CO2尾氣的技術(shù)。利用O2/CO2混合氣體實(shí)現(xiàn)助燃被認(rèn)為是一種*為常見且高效的富氧燃燒方式。這項(xiàng)技術(shù)將部分燃料燃燒后的尾氣與空氣分離得到的氧氣進(jìn)行混合，其中部分尾氣在整個(gè)過程中循環(huán)使用，之后將混合氣用作化石燃料燃燒時(shí)的氧化劑，進(jìn)而在燃燒尾氣中直接生成高濃度CO2，從而大幅降低CO2分離過程的能耗及成本。整體而言，富氧燃燒技術(shù)由于對(duì)O2的需求量大，也就意味著O2的來源和制備過程是該技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從而較大程度地限制了其潛在應(yīng)用[7]。 燃燒后CO2捕集是指在化石燃料燃燒后將CO2從尾部煙氣中進(jìn)行分離。通常情況下，由于煙氣中的CO2分壓較低，普遍小于15kPa，因而需要處理的氣體量較大。燃燒后CO2捕集技術(shù)根據(jù)分離原理的不同主要分為以下幾種方式：①低溫冷凝法，即基于煙氣中不同氣體的沸點(diǎn)差異，利用混合氣體中的CO2與其他氣體組分冷凝順序不同的特點(diǎn)，通過低溫冷凝將CO2進(jìn)行分離。②吸收法，主要分為化學(xué)吸收法和物理吸收法。化學(xué)吸收法利用堿性較強(qiáng)的水溶液與CO2進(jìn)行反應(yīng)生成碳酸鹽類化合物，從而實(shí)現(xiàn)CO2捕集，并通過溫度的改變進(jìn)行逆反應(yīng)以達(dá)到CO2分離的目的。另一方面，物理吸收法基于不同條件下溶劑對(duì)CO2的溶解度不同，從而實(shí)現(xiàn)CO2的吸收及分離。該方法受亨利定律影響，適宜在CO2分壓較高的系統(tǒng)中進(jìn)行CO2捕集。③吸附法，即基于吸附劑在不同條件下對(duì)尾部煙道煙氣中CO2的選擇性吸附實(shí)現(xiàn)。吸附法分為變溫吸附（temperature swing adsorption，TSA）、變壓吸附（pressure swing adsorption，PSA）和變溫變壓吸附，即在低溫或高壓下吸附，再利用升溫或降壓的方式實(shí)現(xiàn)CO2從吸附劑中分離。④膜分離法，即通過具有特定孔道結(jié)構(gòu)的薄膜材料對(duì)CO2的選擇性滲透，實(shí)現(xiàn)CO2從尾部煙氣中分離的技術(shù)。 2.CO2利用 CO2利用是指基于化學(xué)或生物技術(shù)將CO2轉(zhuǎn)化為其他產(chǎn)品的過程。CO2利用的技術(shù)路線眾多，能夠與現(xiàn)有的能源、化工、生物等工藝過程實(shí)現(xiàn)深度耦合，產(chǎn)品往往具有較高的價(jià)值，因此兼具一定的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益[8]。國外近年來有很多新興的CO2利用方法，如荷蘭和日本均有較大規(guī)模的將工業(yè)產(chǎn)生的CO2送到園林作為溫室氣體來強(qiáng)化植物生長(zhǎng)
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