宁东水洞沟煤电厂新建一座ccsu子系统可行性研究报告(编辑修改稿)

宁东水洞沟煤电厂新建一座ccsu子系统可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

,捕集系统庞大 ,需耗费大量的能源。 从而导致分离回收困难，成本较高，而且还会大大降低电厂的发电效率。 综上所述 综上 本项目为 维它为 XX华能煤电厂 新建 一套燃后用化学吸收法的 CCSamp。 U子系统。 年吸收二氧化碳达 2万吨 ,精制后二氧化碳纯度达到食品级。 把工业级的二氧化碳与环氧丙烷、甲醇合成年产 1万吨的碳酸二甲酯。 CCSamp。 U 项目意义 顺应我国中长期能源发展战略的需要 近年来 ,温室效应已成为全球性的气候问题 ,给社会和经济带来了严重的负面影响。 CO2对温室效应的贡献占 60%以上。 随着全球工业化进程的加快 ,世界CO2排放量增加 ,其中 中国 CO2总排放量仅次于美国，列世界第 2 位，并呈现不断增长趋势。 预计到 20xx 年，中国 CO2 总排放量将位居世界第一位，约占世界 CO2排放量的 1/ 5 我国能源结构以煤炭为主， CO2排放量剧增 ,使我国在处理环境问题中非常棘手，同时也造成我国对《东京议定书》和《巴厘岛公约》的履约面临巨大压力。 因此， CCSamp。 U技术 对解决温室效应具有重要的现实意义。 项目概况 本项目采用乙醇胺化学法吸收 CO2再经加热脱吸，精制，储存。 再一部分从环氧丙烷出发 ,先与 CO2进行环加成生成碳酸丙烯酯，然后在催化剂作用下，通过均相催化 或非均相催化工艺，与甲醇进行酯交换反应，从而实现联产 DMC 9 和乙二醇，副产二甲醚、二甘醇、水。 该反应为常压反应，反应温度 50～ 100℃。 反应全过程环氧乙烷的转化率 97 % ,对 DMC 的选择性 96%。 该反应分两步进行。 经济分析 项目总投资及资金来源 本项目的建设总投资额约为万元，其中建设投资 万元，建设期贷款利息 万元，流动资金 万元。 资金来源为向中国建设银行贷款 10000 万元，剩下的以企业自由资金注入的方式筹得，其中 30%为铺底流动资金。 建设周期 考虑建设过程中各环节时间安排及干扰因素的影响，建设周期为一年。 经济评价 本项目投资利润率为 %，投资利税率为 %，投资回收期为 年。 项目结论 经产品市场分析、原料路线选择、建厂地址确定以及项目经济分析，最后证实本厂方案可行，不仅能实现本项目自身的低碳生活价值，亦能有力促进 XX地区以及西部地区的经济与社会发展。 存在问题及建议 （ 1）本设计中某些工艺尚未大规模工业化应用，因此要将其投入大规模生产仍需要进一步的试验和改进，使其更加成熟。 （ 2）本设计 绿色环 保低碳 ， 符合目前的经济发展模式， 需要各级政府给予更多支持，在税收等政策上提供优惠，使本项目早日实现较好的经济 社会效益。 10 第 二 章 市场分析 CCS 系统 CCS 系统概述 CCS（ Carbon Capture and Storage） 技术，是将二氧化碳（ CO2）捕获和封存的技术。 CCS 技术是指通过碳捕捉技术，将工业和有关能源产业所生产的二氧化碳分离出来，再通过碳储存手段，将其输送并封存到海底或地下等与大气隔绝的地方。 CCS 是稳定大气温室气体浓度的减缓行动组合中的一种选择方案。 CCS 具 有减少整体减缓成本以及增加实现温室气体减排灵活性的潜力。 CCS 的广泛应用取决于技术成熟性、成本、整体潜力、在发展中国家的技术普及和转让及其应用技术的能力、法规因素、环境问题和公众反应。 CO2 的捕获可用于大点源。 CO2将被压缩、输送并封存在地质构造、海洋、碳酸盐矿石中，或是用于工业 生产。 CO2 大点源包括大型化石燃料或生物能源设施、主要 CO2排放型工业、天然气生产、合成燃料工厂以及基于化石燃料的制氢工厂。 潜在的技术封存方式有：地质封存（在地质构造中，例如石油和天然气田、不可开采的煤田以及深盐沼池构造），海洋封存 （直接释放到海洋水体中或海底）以及将 CO2固化成无机碳酸盐。 CCS 系统组成 碳捕集 CCS 技术由碳捕集和碳封存两个部分组成。 其中，碳捕集技术最早应用于炼油、化工等行业。 由于这些行业排放的 CO2浓度高、压力大，捕集成本并不高。 而在燃煤电厂排放的 CO2则恰好相反，捕集能耗和成本较高。 现阶段的碳捕集技术尚无法 很好的 解决这一问题。 碳捕集技术目前大体上分作三种：燃烧前捕集、富氧燃烧捕集和燃烧后捕 11 集。 三者各有优势，却又各有技术难题尚待解决，目前呈并行发展之势。 哪一种先取得突破，哪一种就 会成为未来的主流。 燃烧前捕集技术以 IGCC（整体煤气化联合循环）技术为基础：先将煤炭气化成清洁气体能源，从而把 CO2在燃烧前就分离出来，不进入燃烧过程。 而且， CO2 的浓度和压力会因此提高，分离起来较方便，是目前运行成本最廉价的捕集技术，其前景为学界所看好。 问题在于，传统电厂无法应用这项技术，而是需要重新建造专门的 IGCC 电站，其建造成本是现有传统发电厂的两倍以上。 还有一种由燃烧源头直接产生高浓度 CO2的方法，就是利用富氧燃烧。 一般燃烧是以空气提供燃烧所需的氧气，氧气浓度仅约 2l％，若改以高浓度或 95％以上的氧气，则称为富氧燃烧或纯氧燃烧。 这是燃料中的碳与氢在纯氧中燃烧，由于少了空气中的氮气，燃烧后的废气含有 90％以上的 CO2，便不需要再经由CO2捕获或分离程序，通过对气流进行冷却和压缩清除水汽就能直接把 CO2压缩封存或再利用。 目前富氧燃烧技术仍在研究发展中，德国对该项技术的研究处于领先水平，已制造出了示范模拟设备。 此次我们的设计应用的就是燃烧后捕集。 燃烧后捕集可以直接应用于传统电厂，北京高碑店热电厂所采用的就是这条技术路线。 这一技术路线对传统电厂烟气中的 CO2进行捕集，投入相对较少。 这项技术分支较多 ，可以分为化学吸收法、物理吸附法、膜分离法、化学链分离法等等。 其中，化学吸收法被认为市场前景最好，受厂商重视程度也最高，但设备运行的能耗和成本较高。 我们设计小组 通过查阅 相关 文献 和大量分析 ，在这次的设计中 我们 将运用 节能化学吸收法 —— 特点是节能并且吸收剂使用年限增加。 碳封存 CO2封存方式 可 分成 4 种：一是通过化学反应将 CO2转化成固体无机碳酸盐；二是注入地下岩层；三是注入海洋 1000 米深处以下；四是工业直接应用或作为多种含碳化学品的生产原料。 第二种方式最具潜力，向地层深处注入 CO2的技术，在很多 方面与油气工业已开发成功的技术相同，有些技术从 20 世纪80 年代末就开始使用了。 12 1）矿石碳化 矿石碳化是指利用碱性和碱土氧化物，如氧化镁 ((MgO)和氧化钙 (CaO)将CO2 固化，这些物质目前都存在于天然形成的硅酸盐岩中，例如：蛇纹岩和橄榄石。 这些物质与 CO2 化学反应后产生诸如碳酸镁 (MgCO3)和碳酸钙 (CaCO3)这类化合物。 地壳中硅酸岩的金属氧化物数量超过了固化所有可能的化石燃料储量燃烧产生的 CO2量。 矿石碳化产生出能够长时间稳定的二氧化硅和硅酸盐，因而能够在一些地区进行处置，如硅酸盐矿区，或者在建筑 用途中加以利用，尽管与产生的数量相比这种二次利用可能相对很小， CO2 在碳化后将不会释放到大气中。 因此，几乎没有必要监测这些处理地点，而相关的风险非常小。 利用天然硅酸盐的矿石碳化技术正处于研究阶段，但是利用工业废弃物的某些流程目前处于示范阶段。 2）地质封存 图 CO2 地质封存 示意图 三种类型的 地质构造可用于 CO2的地质封存：石油和天然气储层、深盐岩 13 层构造和不可开采的煤层。 在每种类型中， CO2的地质封存都将 CO2压缩液注人地下岩石构造中。 含流体或曾经含流体 (如天然气、石油或盐水等 )的多孔岩石构造 (如枯竭的油气储层 )都是潜在的封存 CO2地点的选择对象。 封存在 800 米深度以下，此处的周边压力和温度通常使 CO2处于液体或超临界值的状态。 在这种条件下 CO2的密度是水密度的 50％～ 80％。 该密度接近某些原油的密度，产生驱使 CO2向上的浮力。 因此，选择封存储层具有良好封闭性能的冠岩十分重要，以确保把 CO2限 制在地下。 当被注入地下时， CO2通过部分置换已经存在的流体 (现场流体 )来挤占并充满岩石中的孔隙。 在石油和天然气储层中，用注人的 CO2置换现场流体可为封存 CO2提供大部分孔隙容积。 在深水盐层构造中，随着 CO2与现场流体和寄岩发生化学反应，就出现所谓的地质化学俘获机理。 向衰竭或将要衰竭的油气层注人 CO2是最有吸引力的选择，因为它可将 CCS 技术和提高采收率技术联系在一起。 3）海洋封存 CO2海洋封存方案是将捕获的 CO2直接注入深海 (深度在 1000 米以上 )，大部分 CO2在这里将与大气隔离若干世纪。 该方案的实施办法 是：通过管道或船舶将 CO2运输到海洋封存地点，从那里再把 CO2注人海洋的水柱体或海底。 海洋封存尚未采用，也未开展小规模试点示范，仍然处在研究阶段。 海洋占地表的 70％以上，海洋的平均深度为 3800 米。 由于 CO2可在水中溶解，所以，大气与水体在海洋表面不断进行 CO2的自然交换，直到达到平衡为止。 若 CO2的大气浓度增加，海洋则逐渐吸收额外的 CO2。 4）工业利用 工业利用是指工业上对 CO2的利用，包括 CO2作为反应物的生化过程，例如：那些在尿素和甲醇生产中利用 CO2的生化过程，以及各种直接利用 CO2的技术应用，比 如：园艺、冷藏冷冻、食品包装、焊接、饮料和灭火材料的应用。 目前，全球的 CO2利用量每年约 1． 2 亿吨，大多数 (占总数的 2／ 3)是用于生产尿素，其余用在肥料和其他产品的生产。 有些 CO2从天然井中提取，而有一些来自工业源，主要是高浓缩源，例如：制氨和制氢厂，在生产过程中捕获 CO2 14 作为生产流程的一部分。 此次 CCS 系统设计是以火力电厂为基础，捕集后只需要暂时贮存，所以此次不需要对 CO2进行 长期 封存。 下图为二氧化碳 CCS 各种方式。 图 CO2 的 CCS 世界 CCS 技术 发展及 应用 随着全球面临的气候问 题日益严峻， 当前 各国政府非常重视对 CCS 技术研究的支持。 美国、欧盟、澳大利亚、加拿大、挪威等国家或政府间组织都制订了相应的研究规划，开展 CCS 技术的理论、试验、示范和应用研究，并且已经有了成功的实例。 其中，美国走在世界最前列，针对 CCS 技术的科研规划和项目组织实施较为周密完善。 美国于 20xx 年开始由能源部主持正式开展 CO2封存研究和发展项目，将地质封存和海洋封存列为主要研究方向，并制订了详细的技术路线图。 20xx 年美国已开展了 25 个 CO2 地下构造注入、储存与监测的现场试验，并已进入验证阶段。 为加强国际合作 ， 20xx 年，美国发起成立了“碳收集领导人论坛 ”， 目前共有美国、加拿大、欧盟、英国、澳大利亚、日本、 15 德国、挪威、巴西、意大利、印度、中国、哥伦比亚、墨西哥、俄罗斯、南非、法国等 22 个成员，共同组织开展理论与实验研究。 当前国际上 CCS 技术研发所关注的主要问题包括：二氧化碳，在地质封存系统中吸附和迁移的机理与规律。 在地层中的相态及其变化规律、化学反应及固化条件：注二氧化碳采油过程中的物理化学理论问题、复杂渗流力学原理、各类二氧化碳提高采收率数值模拟基础模型；长距离管道运输二氧化碳的化学腐蚀机理与规律等。 中国 CCS 技术 发展及 应用 与国际较为先进的 CCS 技术相比，中国还处于起步阶段，而且大都采用燃烧后捕集方式，工业上的应用也主要是提高石油采收率。 目前我国只是在二氧化碳浓度高、比较容易捕集的炼油、合成氨、制氢、天然气净化等工业过程中应用二氧化碳捕集，而钢铁厂和电厂排放的烟道气流量很大．占二氧化碳排放量的 40％～ 50％，但二氧化碳浓度仅为 15％左右，体系复杂，因而分离设备体系庞大，能耗高。 不过，近年来中国在 CCS 的研究上进行了很多工作。 从 20xx 年开始政府就参加了相关的领导人论坛。 这几年，包括 “ 973 计 划 ” 、 “ 863 计划 ” 在内的国家重大课题都对 CCS 的研究进行了立项，并取得了重大进展。 我国的二氧化碳捕集和封存并没有仅仅停留在理论研究上 ， 一些企业还在实践中进行了尝试。 20xx 年 7 月 16 日，我国首个燃煤电厂二氧化碳捕集示范工程 ——华能北京高碑店热电厂二氧化碳捕集示范工程正式建成投产。 经过紧张施工、调试、试生产，目前二氧化碳回收率大于 85％，年可回收二氧化碳 3000t。 电厂燃煤锅炉燃烧后烟气经各种方法脱硫后，其中含有约 12％～ 13％的二氧化碳及其他少量杂质，然后将这些气体送入二氧化碳填料吸收塔，利用一些溶液的化学特性吸收烟气中低浓度的二氧化碳，处理后的仅含少量杂质、大量氮气和水分的净化气直接排向大气。 分离、提纯后的二氧化碳纯度达到 99． 5％以上．项目捕获得到的二氧化碳能够达到食品级的标准．在销售给中间商后，获 16 得了双倍利润。 虽然高碑店电厂把捕集的二氧化碳卖掉，并没有封存，也不能算做减排，但是该项目具有重大意义 ——这是我国目前唯一一个在热电厂实现工业级应用碳捕集技术的项目，由华能集团投资、西安热工研究院提供技术支持。 这个项目既是 20xx 年 “ 亚太六国 ” 国际框架合作项目中的一项，也被北京市政。