美国国家能源技术实验室总结碳捕集技术十项研发重点

  

  26日,美国国家能源技术实验室(NETL发布《2018年碳捕集技术汇编》报告,总结了美国能源部洁净煤及碳管理研究计划CCCMRP)框架下碳捕集研发计划资助的项目进展[1]碳捕集研发计划燃烧前和燃烧后捕集为核心研究领域,开发基于溶剂、吸附剂和膜的碳捕集新技术,其技术成熟度范围从概念工程和材料设计阶段(TRL2级)到25兆瓦级中试阶段(TRL5-7级)。报告总结的碳捕集技术十项研发重点如下:

  1NETL研究与创新中心的碳捕集技术开发,主要包括:开发先进的燃烧前和燃烧后捕集新型溶剂,减少能量损失和二氧化碳分离成本;开发化学稳定、成本低、合成简单且具有高二氧化碳容量的新型吸附剂;开发用于燃烧后碳捕集的新型膜;开发高通量筛选工具用于设计先进材料和工艺;利用碳捕集模拟计划开发的计算工具和模型与行业合作,推进创新型碳捕集技术研发。

  2、基于溶剂的燃烧后碳捕集技术,包括5个方面。溶剂再生,包括胺溶剂的新型电化学再生,以及浓缩哌嗪溶剂的高温闪蒸再生。新型溶剂,包括双液相溶剂、离子液体和相变离子液体混合溶剂、非水溶剂、非水可转换有机溶剂、新型相变氨基硅氧烷溶剂等。先进技术,包括稀薄二氧化碳的直接空气捕集技术和相变溶剂吸收技术。工艺优化,包括热集成法改进现有碳捕集系统,加压汽提工艺优化溶剂碳捕集技术,结晶高压汽提优化热碳酸盐吸收过程等。测试评估,包括Abbott火电厂林德/巴斯夫溶剂碳捕集的大规模中试,先进离子溶剂碳捕集的0.6兆瓦级实验室测试和12兆瓦级中试,新型氨基硅氧烷溶剂碳捕集的10兆瓦级中试等。

  3、基于吸附剂的燃烧后碳捕集技术,包括4个方面。先进吸附剂,包括嵌入金属有机框架吸附剂的聚合物纤维、结合胺的多孔聚合物吸附剂、第三代流化固体吸附剂等。先进技术,包括使用旋转床吸附器的结构化吸附剂进行快速循环变温吸附;使用结构化吸附剂进行快速变压吸附;基于聚合物/支撑胺中空纤维材料的快速变温吸附;基于新型微孔材料和工艺循环的吸附碳捕集技术;基于固体吸附剂的混合吸附技术。工艺优化,包括热集成法降低固体吸附剂碳捕集成本,以及碳捕集吸附剂的优化。测试评估,包括基于先进碳微球吸附剂的0.5兆瓦级中试,碱性氧化铝吸附剂的0.5兆瓦级中试,气凝胶吸附剂。

  4、基于膜的燃烧后碳捕集技术,包括2个方面。新型膜,包括新型二氧化碳选择性透过膜、下一代中空纤维膜、新型无机/聚合物复合膜等。验证测试及评估:基于新型Polaris?膜的1兆瓦级中试。

  5、燃烧后捕集新概念,包括3个方面。先进技术,包括低温碳捕集、新型节能氧化石墨烯聚醚醚酮混合膜、膜/溶剂混合碳捕集系统等。工艺优化:采用先进制造技术增强碳捕集工艺和使用新溶剂。测试评估:发电厂新型电化学膜碳捕集系统的3兆瓦级中试。

  6、基于溶剂的燃烧前碳捕集技术,将碳酸铵碳酸氢铵工艺用于整体煤气化联合循环(IGCC)电厂的碳捕集系统,进行概念验证和中试试验。

  7、基于吸附剂的燃烧前碳捕集技术,主要包括用于IGCC电厂基于新型吸附剂的燃烧前碳捕集技术中试研究,以及开发干式吸附剂。

  8、基于膜的燃烧前碳捕集技术,包括2个方面。新型膜,包括吸附增强型混合基质膜、高温聚苯并咪唑中空纤维膜、氢气选择性沸石膜等先进技术,包括沸石膜反应器,用于IGCC电厂碳捕集的新型双级膜工艺,基于三元钯合金的氢气/二氧化碳膜分离系统等。

  9、燃烧前捕集新概念研究,主要包括:基于氧化镁吸附剂/水煤气变换反应器的碳捕集技术,并结合先进集成热管理技术,用于IGCC电厂的碳捕集;基于碳分子筛膜和吸附增强水煤气变换的新工艺,用于IGCC电厂的碳捕集。

  10、开展研发合作,主要包括成立国家碳捕集中心,建立碳捕集合作伙伴关系,开展碳捕集与封存技术在电厂应用的影响因素分析。(岳芳)

 

  


 

[1] NETL RELEASES 2018 COMPENDIUM OF CARBON CAPTURE TECHNOLOGY. https://www.netl.doe.gov/node/8223

原文始发于:美国国家能源技术实验室总结碳捕集技术十项研发重点

 

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