碳捕捉技术纲要2018

碳捕获技术纲要—概述

美国能源部（DOE）的化石能源计划已采用全面，多管齐下的方法，为当今的煤电平台以及未来的平台研发先进的二氧化碳（CO2）捕获技术（R&D）。国家能源技术实验室（NETL）正在实施碳捕捉研发计划，以开发下一代先进的二氧化碳捕捉概念。这项研究的成功将使整个发电行业能够经济有效地实施碳捕捉与封存（CCS）技术，并确保美国继续从化石燃料中获得安全，可靠和负担得起的能源。

能源部的CCS研发工作是在总体清洁煤和碳管理研究计划（CCCMRP）下作为CCS和电力系统计划的一部分进行的。CCCMRP由NETL通过合同研究活动和NETL的现场研究实施。研究项目在各种奖励机制下进行—包括合作伙伴关系，合作协议和财政援助赠款-与公司，小企业，大学，非营利组织以及其他国家实验室和政府机构合作。

碳捕捉计划由两个核心研究领域组成，即燃烧后捕获和预燃烧捕获，由技术准备水平（TRL）组成，范围从概念工程和材料设计（即TRL2）到25MW电气（MWe）等效的试验测试（即TRL5-7）。与目前最先进的基于溶剂的捕获系统相比，这两个核心领域专注于创造技术改进，从而在成本和性能方面实现阶跃变化。在空气中燃料燃烧之后，后燃烧系统将CO2与常规粉煤发电厂产生的烟道气流分离。在该方法中，CO2与烟气的主要成分氮（N2）分离。预燃系统设计用于从整体气化联合循环（IGCC）发电厂中的气化器产生的合成气流中分离CO2和氢气（H2）。在这两种情况下，R&D正在开发基于溶剂，吸附剂和膜的捕获技术以及新技术。

本技术简编提供了DOE/NETL碳捕捉计划的技术摘要，在单个文档中汇集了91个项目的CO2捕获技术研发描述。截至2017年9月1日，共有47个正在进行项目和44个已完成项目。附录A中提供了已完成项目的说明。应该指出的是，之前完成的一些项目的格式可能略有不同，因为它们是为该纲要的先前版本制定的。下表列出了本简编中概述的二氧化碳捕捉技术，这些技术是在DOE/NETL外部研发项目下开发的。

国家能源技术实验室—研究与创新中心技术

NETL在二氧化碳捕捉领域的现场研究利用尖端的研究设施，世界一流的科学家和工程师，最先进的计算建模和模拟工具，以及战略合作来促进转化材料和高通量计算工具的发现、开发和测试。通过工业影响碳捕获模拟（CCSI2），能源部在建模和模拟方面的核心优势与工业部门合作，以扩大新的和创新的碳捕获技术。

燃烧后溶剂技术

基于化学溶剂的系统可以实现高水平的二氧化碳捕捉，但是这些系统还需要大量的能量用于再生，这涉及温度变化以破坏吸收剂-二氧化碳化学键。通过DOE/NETL赞助的研究正在开发先进的溶剂，其具有比市售胺系统更低的再生能量要求，没有气溶胶排放挑战，并且耐烟气杂质。

燃烧后吸附剂技术

DOE/NETL的燃烧后吸附剂的研发目标包括开发低成本，耐用的吸附剂，这些吸附剂具有高选择性，高CO2吸附能力，并且可以承受多次再生循环，几乎没有磨损。

燃烧后膜技术

DOE/NETL对后燃膜技术的研发目标包括开发低成本耐用膜，该膜提高了渗透性和选择性、热稳定性和物理稳定性、对燃烧烟气中污染物的耐受性，并集成到低压降模块中。 

后燃烧新概念

DOE/NETL开发了各种用于大规模CO2捕获或压缩的燃烧后新概念。新概念包括混合系统，这些系统结合了多种技术，电化学膜和先进制造的特性，以实现增强的工艺。利用计算流体动力学和实验室测试评估了几个概念，从而引导原型开发和现场测试。

预燃溶剂技术

预燃溶剂研发专注于解决溶剂技术挑战，包括增加CO2负载能力和反应动力学以及降低再生能量。

预燃吸附剂技术

DOE/NETL正在开发用于燃烧前二氧化碳捕捉的固体吸附剂，旨在提高IGCC二氧化碳分离的成本和性能。这些吸附剂必须保持高吸附负载能力，耐多次再生循环的磨损，并且在IGCC系统中遇到的高温下表现出良好的性能，以避免需要合成气冷却和再加热。

预燃膜技术

DOE/NETL正在开发几种先进的膜技术选项，用于分离煤衍生合成气中的CO2和H2。膜设计包括在升高的温度下操作的金属，聚合物或陶瓷材料，并使用各种化学和/或物理机制进行分离。成功的膜必须具有高渗透性和选择性，具有低压降，对污染物（例如硫）的耐受性，并且能够在高达500°F的系统温度下操作。

预燃新技术

DOE/NETL正在开发各种新概念，用于将二氧化碳去除工艺与其他系统（包括水煤气变换和吸附反应器）整合，以从生成的合成气流中分离二氧化碳。这些概念使用计算流体动力学和实验室测试进行评估，从而进行原型开发和现场测试。

研发合作

DOE/NETL还参与研发合作，探索煤基发电厂二氧化碳捕捉的多种方法，并模拟碳捕捉研发的经济和减排影响。

翻译：Bruce＠ERR能研微讯