Page 71 - 电力与能源2021年第三期
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金家敏: 利用石灰煤炭捕捉二氧化碳与应用技术 3 3
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学反应式如下: 用低; 二是石灰可以循环使用; 三是石灰石可以永
0 久贮存, 无地方限制。控制石灰石的贮存量就可
CaO+CO 2 =CaCO 3 ΔH 298k= -177.400
kJ / mol ( 1 ) 以控制气候, 比文献[ 1-6 ] 中提出的控制一氧化碳
0 贮存量与应用达到控制气候的建议更经济可靠。
CO 2+C=2CO Δ H 298k=162.297kJ / mol
( 2 )
2 利用煤炭捕捉水泥和钢铁生产时排放
0
CaCO 3+2C=CaO+2CO ΔH 298k=339.697
的二氧化碳
kJ / mol ( 3 )
2CO+O 2=2CO 2 Δ H 298k=-566.000kJ / 水泥和钢铁生产时排放的二氧化碳量仅次于
0
mol ( 4 ) 电力生产, 其 量 为 31.92 亿 t , 占 全 球 总 排 放 量
0 330 亿t的 9.67% ( 2017 年)。
C+O 2=CO 2 ΔH 298k=-393.785kJ / mol
( 5 ) 利用煤炭捕捉水泥和钢铁生产排放的二氧化
式( 1 ) 是利用石灰( CaO ) 捕捉烟气中二氧化 碳的两个化学反应式是式( 3 ) 和式( 6 )。
碳的化学反应式。它是一个放热反应, 生成物是 Fe 2O 3+3C=2Fe+3CO Δ H 298k =447.4
0
。石灰作为捕捉二氧化 ( 6 )
石灰石, 即碳酸钙 CaCO 3 kJ / mol
碳的原材料, 可以循环使用。生成的二氧化碳可 这两个反应都是吸热反应, 贮能反应或增能
以作为商品出售, 塑料垃圾等处理需要大量的二 反应。两 个 反 应 的 贮 能 指 数 分 别 是 1.666 和
氧化碳, 也可以用来生产煤气。因此, 利用石灰捕 1.780 , 都大于 1 , 增加的能量同样来自碳的消耗。
捉发电厂烟道中二氧化碳应该是最经济的方法。 根据 反 应 式 计 算: 生 产 1t 石 灰, 消 耗 了
式( 3 ) 是石灰石与碳反应同时生产石灰和煤 0.214t碳, 同时生产了 800m 无氮优质煤气, 减
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气的反应, 是一个吸热反应或贮能反应。式( 4 ) 是 少了 400m 二氧化碳排放; 生产 1t铁, 消耗了
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一氧化碳完全燃烧反应, 可贮存能量。 0.321t碳, 同时生产了 600m 优质煤气, 减少了
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300m 二氧化碳排放。
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贮能指数=贮存的能量 / 吸收或消耗的能量=
566 / 339.697=1.666 。 从充分利用自然资源方面考虑, 石灰石( 包括
贮能指数大于 1 , 意味着反应是增能反应或 白云石) 中的氧化钙和二氧化碳完全得到利用, 氧
贮能反应。增加的能量来自碳的消耗。 化铁中的铁和氧也完全得到利用。生产得到的无
利用石灰捕捉二氧化碳循环反应和应用流程 氮型煤气相当于用纯二氧化碳或纯氧生产的优质
图如图 1 所示。 煤气。
从经济方 面 考 虑, 生 产 1t 石 灰, 同 时 生 产
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800m 煤气, 煤气的发热值约为城市煤气的 2.5
倍, 按 1m 煤气售价 2 元计算, 价值达 1600 元,
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远高于石灰的售价。对于钢铁生产, 煤气的售价
可能完全可以抵消购买铁矿石的费用。
从资料可知, 全球铁矿石产量是22.308 亿t ,
图 1 利用石灰捕捉二氧化碳循环反应与应用流程 按平均含铁 48.8% 计算, 精铁矿产量是 15.5 亿
利用石灰捕捉二氧化碳的设备包括钢制捕捉 t , 其中氧的含量 是 4.65 亿 t ( 按 含 氧 量 30% 计
算)。还原燃烧生成的二氧化碳为6.4 亿t 。全球
滚筒和石灰石煅烧炉。滚筒的工作温度在 400~
500 ℃ , 转速约为 5r / min 。如果用石灰粉, 估计 石灰石 的 耗 量 是 58 亿 t , 其 中 二 氧 化 碳 含 量 为
反应速度很快。滚筒结构大小决定烟道气流量, 25.52 亿t , 这两个工业生产排放的二氧化碳量总
对于捕捉效率没有严格要求。由于反应是放热反 计达到 31.92 亿 t , 为全球总排放量 330 亿 t的
应, 不需要供热, 机械运转能耗不大, 预计利用石 9.67% 。与联合国能源署要求每年捕捉二氧化碳
灰 捕 捉 电 厂 烟 道 气 中 的 二 氧 化 碳 是 最 经 济 的 34 亿t相比只差 2.08 亿t 。
方法。 由化学反应式计算, 31.92 亿 t二氧化碳转
利用石灰捕捉二氧化碳有多个优点: 一是费 化为一氧化碳需要 8.7 亿 t碳或 10 亿 t左右煤
