[发明专利]一种强化煤体二氧化碳吸附性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用一氧化氮强化煤体二氧化碳吸附性能的方法，属于温室气体减排技术及重要燃煤烟气污染物控制技术领域。

背景技术

随着煤、石油和天然气等常规化石能源的开发和利用水平的提升，主要人为温室气体二氧化碳（CO₂）排放量从1990年的212亿吨增长到2013年的360亿吨，增幅约为69.81%。位于美国夏威夷的莫纳罗亚观象台对大气中二氧化碳浓度的观测数据显示，二氧化碳浓度的时均值在过去几个月内已屡次突破400 ppm。大规模排放二氧化碳引发全球气候变暖问题已对自然生态系统和人类社会带来一系列负面影响。2014年11月2日，联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次评估报告的《综合报告》明确指出，人类活动的影响是近百年整个气候系统变暖的主要原因，如果不控制大规模排放二氧化碳导致的气候变化问题，全球将面临气候危机、生态安全危机、粮食危机和经济危机等多种困境。

伴随现代化进程的加快和对常规化石能源的持续依赖，二氧化碳的排放量仍将持续增加。为此，积极开展二氧化碳控制技术研究，既有利于缓解因二氧化碳导致的气候变暖问题，又有利于提升二氧化碳排放国减排二氧化碳的履约能力。

二氧化碳控制措施主要包括：1）提高能源使用效率；2）使用可再生能源；3）推广核能发电规模；4）实施二氧化碳的捕集与封存（Carbon dioxide Capture & Sequestration，CCS）。通过对上述措施分析可知：CCS技术虽然成本相对较高，但是凭借对二氧化碳的有效捕集并安全贮存，能够削减未来全球范围内能源行业排放的20%的二氧化碳，因此被视为一种可以迅速实现二氧化碳减排的有效途径。IPCC进行的“CCS 技术的特别报道”通过汇集全世界范围内的研究成果，证实CCS技术是抵御全球变暖的“受欢迎”的技术，并在第12次缔约方会议（Conference of the Parties 12，COP12）上被采纳。

CCS技术首先利用特定的二氧化碳捕集技术，对电厂、钢铁厂和化工厂等排放源产生的低浓度二氧化碳进行有效富集，获得浓缩的二氧化碳气源，然后通过二氧化碳封存技术，将浓缩的二氧化碳气源输送到海洋或特定的地质圈闭进行有效贮存。用于二氧化碳封存的地质圈闭结构主要包括枯竭的油气藏、油层、深部咸水层和深部不经济性煤层。其中，煤是一种孔隙结构发达的有机岩，具有自发吸附气体的特征，因此深部煤层可以作为一个存放二氧化碳的巨大仓库，并且能够达到长期固定二氧化碳的目标。此外，已有的研究结果证明煤吸附二氧化碳的能力是吸附甲烷的2倍以上（物质的量之比），在向煤层中注入二氧化碳后可以置换出煤层气甲烷（CH₄），因此可以降低二氧化碳封存的成本，这是煤层封存二氧化碳的另一优势（如图1所示）。据报道：全球范围内，煤层的二氧化碳封存规模可以达到3000-9640亿吨，同时可以获得1.45×10¹³ Nm³的甲烷资源。综上，强化煤层气开采的深部煤层封存二氧化碳技术被认为是最具吸引力的二氧化碳封存技术之一。

统计数据显示，燃煤电厂是主要二氧化碳排放源，不管是传统的以空气作为助燃介质的煤炭燃烧工艺，还是以富/纯氧作为助燃介质的煤炭燃烧工艺，燃煤烟气中除了二氧化碳，均会产生一定量的氮氧化物（主要组分是一氧化氮，NO）。因此，在获得浓缩的二氧化碳气源以进行后续煤层封存之前，通常需要脱除烟气中的一氧化氮。目前的一氧化氮脱除（脱硝）工艺主要包括：（1）低氮燃烧技术，即在燃烧过程中控制氮氧化物的生成，主要适用于大型燃煤锅炉等；（2）选择性催化还原技术（SCR，Selective Catalytic Reduction），主要用于大型燃煤锅炉；（3）选择性非催化还原技术（SNCR，Selective Non-Catalytic Reduction），主要用于垃圾焚烧厂等中、小型锅炉，技术成熟，但其效率低于SCR法；（4）选择性催化还原技术（SCR）耦合选择性非催化还原技术（SNCR），主要用于大型燃煤锅炉低NOx排放和场地受限情况，也比较适合于旧锅炉改造项目。