大气污染控制工程第12章：CO2控制现状及减排技课件

CO2控制现状及减排技术主要内容★温室效应★全球变暖与CO2排放★减排CO2的努力★★利用方式的根本变革★技术研发思路温室效应温室气体（1）水蒸气水蒸气不但是数量最多的温室气体，而且它还是气候的一个反馈。地球的大气变暖会导致水蒸气数量增加，不过也可导致云层加厚或者降雨，这些都是温室效应最重要的反馈机制。温室气体（2）二氧化碳二氧化碳是大气中数量较少，但是非常重要的一种成分，这种气体是通过呼吸和火山喷发等自然过程，以及砍伐森林、土地利用发生改变和燃烧化石燃料等人类活动产生的。从工业革命开始到现在，人为原因导致的大气里的二氧化碳浓度增加了三分之一。这是导致气候变化的一个最为重要的长期因素。温室气体（3）甲烷甲烷是一种通过天然污染源和人类活动产生的碳氢化合物气体，掩埋的垃圾分解、农业——尤其是稻子耕种、反刍动物消化食物、粪便处理以及家养动物都能产生这种气体。从分子的层面上来说，甲烷是一种比二氧化碳更加活跃的温室气体。温室气体（4）一氧化二氮这是土地耕种过程产生的一种温室气体，使用商业或者有机肥料、化石燃料燃烧、硝酸产品和生物燃料燃烧尤其更易产生这种气体。温室气体（5）碳氟化合物它起源于工业，是一种具有多种应用途径的合成化合物，但是由于它能对臭氧层造成破坏，因此现在国际协定对这种产品进行严格管控，禁止把碳氟化合物释放到大气里。这些物质也是温室气体。地球气候变化是否堪忧？工业革命以前，CO2含量极为稳定。工业革命到1959年，大气中的CO2浓度从大约280ppm增加到316ppm，增加了13%。仅在34年就增加到357ppm，又增加了13%，与前两个世纪上升的幅度一样大变酸的海洋“对近期海洋化学状态的急剧变化深感忧心”，这些变化可能在几十年内“对海洋生物群落、食物链、生物多样性及渔业造成严重影响”。变酸的海洋二氧化碳排放在对海洋造成改变。空气与水频繁进行气体交换，因此，排入大气的任何物质，都会有一部分最终进入海洋。在风力作用下，这些物质迅速溶入深度大约几百米的水域内，之后经过数百年的时间，洋流再将其运送到大海深处。过去二百里，人类排放的二氧化碳中有30%被海洋吸收。如今，海水仍在以每小时百万吨左右的速度吸收二氧化碳。即便可以从今天起停止二氧化碳排放，要想让海洋恢复至工业革命之前的化学状态，也需要数万年时间。全球CO2排放量分布2009年排放量的国家清单2010年排放量的国家清单CDIAC公布的2010年有限的几个国家二氧化碳排放量。以下表格列出前列国家的每年的CO2排放量估算.从1980年至2009年中国二氧化碳排放量(百万吨)人均CO2排放量来自化石燃料使用和水泥生产的前5个排放地区的人均CO2排放量全球CO2来源中国CO2排放分布减排CO2的国际努力1992年联合国环境与发展大会(UNCED)154个国家签署了《联合国气候变化框架条约》，规定发达国家为缔约方，应采取措施限制温室气体排放，同时要向发展中国家提供新的额外资金以支付发展中国家履行《公约》所需增加的费用，并采取一切可行的措施促进和方便有关技术转让的进行。1997年京都会议日本具有历史性意义《京都议定书》规定部分发达国家在2008~2012年内要将其CO2等温室气体排放水平比1990年平均减少5.2%。

2002年地球首脑峰会南非

《执行计划》《约翰内斯堡宣言》

朱镕基总理宣布中国已核准旨在延缓全球变暖的《京都议定书》《框架条约》缔约方作出了许多旨在解决气候变化问题的承诺。每个缔约方都必须定期提交专项报告，其内容必须包含该缔约方的温室气体排放信息，并说明为实施《公约》所执行的计划及具体措施。公约要求发达国家作为温室气体的排放大户，采取具体措施限制温室气体的排放，并向发展中国家提供资金以支付他们履行公约义务所需的费用。发展中国家则不承担具有法律约束力的限控义务。缔约方每年都召开会议。

国际上所做的努力国际上所做的努力从2005年2月16日起正式生效；有效期至2012年12月31日。2011年12月加拿大退出《议定书》京都议定书的实施机制两个发达国家之间可以进行排放额度买卖的“排放权交易”，即难以完成削减任务的国家，可以花钱从超额完成任务的国家买进超出的额度。以“净排放量”计算温室气体排放量，即从本国实际排放量中扣除森林所吸收的二氧化碳的数量。可以采用绿色开发机制，促使发达国家和发展中国家共同减排温室气体。可以采用“集团方式”，即欧盟内部的许多国家可视为一个整体，采取有的国家削减、有的国家增加的方法，在总体上完成减排任务。

2008年到2012年底是京都议定书的第一承诺期。

哥本哈根世界气候大会焦点问题主要问题集中在“责任共担”。《哥本哈根协议》最终以备忘录的形式在大会上通过，由各国自愿遵守。由于各方在减排目标、“三可”问题（可测量、可报告和可核实）、长期目标、资金等问题上分歧较大。《哥本哈根协议》最终没有被大会通过。协议指出，应对气候变化的长期目标是将全球变暖幅度控制在2℃以内，但并未规定具体各国的减排量和各个国家的出资份额；只得到了一个无力的协议，这离形成一个有法律约束力的框架相距甚远。哥本哈根世界气候大会坎昆气候大会2010年12月，退步的日本、迟疑的美国、不甚积极的欧盟、愤怒的小岛国家，以及基础四国的多方较量后，最终通过了《公约》和《议定书》两项应对气候变化的决议。会议最大的成果在于挽救了联合国气候谈判大会，各方得以继续在这个框架内讨价还价，而更多的关键问题被留到了2011年的南非德班气候大会来解决。资金问题成各方关注焦点根据2009年的《哥本哈根协议》和2010年的《坎昆协议》内容，发达国家缔约方应于2010年至2012年期间向发展中国家提供总值为300亿美元的快速启动资金以帮助其应对气候变化，并于2013年至2020年间每年提供1000亿美元的长期资金。在2011年的德班气候大会上还通过了启动绿色气候基金的决议。但第一笔300亿美元快速启动资金的承诺期已过，许多发展中国家却反映并未获得发达国家的资金支持，而不少发达国家则表示已履行了快速启动资金承诺，双方各执一词，凸显了资金管理上的不透明和信息不对称问题。多哈气候谈判结局通过的决议中包括《京都议定书》修正案，从法律上确保了《议定书》第二承诺期在2013-2020年实施。尽管现实严峻，气候谈判却离科学的要求越来越远，日本、加拿大、新西兰、俄罗斯等国接连从京都议定书第二承诺期中脱离，加入美国的行列，而日本、澳大利亚等也进一步降低了其减排目标，都是极其不负责任的表现。排放差距联合国环境署的《排放差距报告》指出，各国的减排承诺与实现控制升温2℃的目标之间，存在着80-130亿吨碳的差距而2011年全球总排放已经比2020年需要达到的水平高出14%。世界银行的最新报告更是警告说，“除非对气候变暖采取更多行动，否则全球温度将在本世纪末再上升4℃……这将使得沿海城市和穷人面对灾难性后果”。我国政策（一）2006年中国提出了2010年单位国内生产总值能耗比2005年下降20％左右的约束性指标。2007年6月国家发改委出台的《中国应对气候变化国家方案》对外发布，中国是发展中国家中第一个制定并实施应对气候变化国家方案的国家。2007年12月国家发改委会同有关部门制定《节能减排综合性工作方案》印发。2010年8月10日国家发改委发布《关于开展低碳省区和低碳城市试点工作的通知》，在广东、杭州等5省8市开展低碳试点工作。我国政策（二）2010年11月，我国政府决定到2020年全国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40-45%，作为约束性指标纳入“十二五”及其后的国民经济和社会发展中长期规划，并制定相应的国内统计、监测、考核办法加以落实。中国还将通过大力发展可再生能源、积极推进核电建设等行动，到2020年使非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右；通过植树造林和加强森林管理，森林面积比2005年增加4000万公顷，森林蓄积量比2005年增加13亿立方米。CO2减排的可能方式CO2减排措施将电厂烟气中的CO2进行捕集、存储或资源化使用低碳燃料或发展替代性能源如天然气，太阳能、水能、风能及核能提高电力生产及能源使用的效率如采用超高参数锅炉、热电联产和集中供热及发展燃气蒸汽联合循环机组等效率

与

减排

效率从

35%增加到40%，

CO2的减少超过10%

火电厂烟气CO2捕集技术技术难点：火电厂烟气中CO2浓度低，大约3~15%，导致分离回收困难，成本较高，而且会大大降低电厂发电效率。现有技术：溶剂吸收法、物理吸附法、膜系统法、低温蒸馏法、O2/CO2循环燃烧法、化学链燃烧法目前为止，世界上所有商业上从电厂烟气中捕集CO2的方法都是以单乙醇胺(MEA)溶剂为基础的化学吸收法。高效减排的理念对如SO2、NOx、粉尘等有害污染物可通过排放限制和严厉的超标惩罚法规进行监督控制；而对CO2排放的控制则可通过征收CO2排放费促进企业尽可能采取提高效率的先进技术。电厂通过提高效率使其所得的经济效益因单位出力排放的减少而成倍增加，这大大刺激了电厂各种提高效率技术的积极性。环境更友好的能源利用方式★CO2/O2循环燃烧★零排放煤炭发电方式★吸收分离法★膜分离与碳吸附★碳隔离与资源化利用★“无悔”方案传统电厂O2

/CO2循环燃烧方式Oxy-FuelCombustion降低NOx排放较低的汞排放增强SO2脱除增加CO2浓度两种燃烧方式的经济性比较由于必须使用制氧设备，这种新型燃烧方式的运行费用高于常规的不加脱硫脱硝的燃烧方式，但如果常规的燃烧方式加脱硫脱硝装置，则两者的费用相当。如一台100MW的机组，脱硫脱硝装置的运行费用占电厂总运行费用的8-18%，而新型燃烧方式达到相同的脱硫脱硝率，其运行费用约占17%。LosAlamos国家实验室最先提出了一种零排放的煤制氢/发电技术(ZECA)，其技术路线为：将高温蒸气和煤反应生成氢气和CO2，其中氢气即被用作高温固体-氧化剂燃料电池的燃料用于产生电力，CO2则和CaO反应生成CaCO3，然后CaCO3在高温下煅烧为高纯度的CO2

，其CaO则被过程回收利用。释放出来的CO2则和MgSO4反应生成稳定的可储存的MgCO3矿物。煤的热利用率可达70%，是目前的2倍。零排放燃煤发电技术吸收分离法吸收分离法是利用吸收剂溶液对混合气体进行洗涤来分离CO2的方法。按照吸收剂的不同，它可以分为物理吸收法和化学吸收法。物理溶剂吸收CO2没有形成新的化合物。这种工艺通常采用甲醇作为吸收剂。工艺特点是不会加湿原料气并且再生能耗低。在再生段，CO2从物理溶剂中闪蒸出来。化学吸收法-胺法最普遍的溶剂是胺基溶剂，许多化合物都利用它来脱除酸性气体,如一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、三乙醇胺(TEA)和二异丙醇胺(DIPA)，他们活性强而不仅限于CO2脱除。这些胺类溶剂也适合脱除其他酸性种类,如H2S。目前主要溶剂是甲基二乙醇胺(MEDA),采用MEDA的优点是降低了再生负荷,降低了腐蚀性和提高了抗降解性。氨吸收法回收CO2(一)在烟气中喷淋氨水吸收CO2形成碳酸氢铵是一个复杂的气－液化学反应，其总的化学反应过程如下：实际反应过程比较复杂，要经过一系列中间阶段。其反应过程大致如下：氨吸收法回收CO2(二)去除其它污染物；氨的再生容易(可以得到高纯度的CO2)

；稀氨水吸收容量远大于MEA；反应产物为碳酸氢铵晶体，该产物为农业上广泛应用的氮肥，具有一定的经济效益。膜分离技术过滤式膜分离:溶液或混合气体置于固体膜的一侧，在压力差作用下，部分物质透过膜而成为渗滤液或渗透气；渗析式膜分离：被处理的溶液和接受液分别置于膜的两侧，料液中的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，透过膜而分离出去，进入接受液中。二氧化碳储存技术多胺溶液吸收法富胺固体吸收剂技术碳酸钾水溶液吸收法二氧化碳水合物捕获技术干法可再生吸收剂技术稀土金属氧化物吸收法有机溶剂吸收法室温离子溶液吸收法二氧化碳的深海处理二氧化碳的地质处理该方法具有存储容量大，密封性能好等特点。可以用于二氧化碳储存的地质结构包括：枯竭油气田、深层盐水库、煤层等。增加采油量从美国GreatPlains合成燃料厂得到的CO2穿过国境线输送到205英里远的加拿大Saskatchewan，用于Weyburn油田的三次采油。CO2封存量约2000万吨。2004年5月该项目第一阶段结束,监测结果表明没有CO2泄露的痕迹。CO2封存项目每天增产石油6000桶,约占总产量的30%。我国应用情况全球已有１００余个二氧化碳捕获与封存全流程项目（CCS）项目正在运行或即将运行，但都处于验证摸索阶段，仅在少数发达国家有小规模的工业应用。2010年8月，中国首个CCS在内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇开工建设。从神华集团煤制油生产线中捕集二氧化碳，经过提纯、液化等环节，运送到距捕集地约17公里、地下约3000米的区域封存起来，从而减少二氧化碳的大气排放。一期工程总造价约为2.1亿元，将在2010年年底开始进行二氧化碳试注入，预计每年可减少10万吨的二氧化碳，相当于4150亩森林吸收的二氧化碳量。”CO2的陆地储存植物从空气中吸取二氧化碳，提供了一种天然的储存方式。植树造林、保护森林或者替换林木除了能够带来生态回报外，也促进了碳的转化过程。CO2的矿物储存该技术原理是基于CO2与矿物在一定条件下反应生成稳定、无污染的碳酸盐，以实现二氧化碳的储存。例如CO2

与硅酸盐矿物反应生成碳酸盐，二氧化硅和水并且放出热量。“无悔”方案无论是发展中国家还是发达国家都应大力提倡“无悔”行动。所谓“无悔”行动，从经济学角度理解，是指那些不出现净成本的环境保护行动。例如，提高能源效率既具有减排温室气体的作用，又有降低成本和提高效益的经济意义；植树造林既可以带来水土保持等生态效益和农业效益，又可以增加清除CO2的“汇”，起到抑制温室气体浓度增加的作用。“无悔”行动的减排成本普遍低于其他减排方案。

我们如何“减碳”

防止全球变暖的十个举手之劳气温升高真是二氧化碳引起的吗？第四纪地质学家、中科院副院长丁仲礼院士指责联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）夸大了温度对二氧化碳浓度的敏感度。他认为，以“温度对二氧化碳浓度