CCUS技术水耗研究及其应用潜力分析

作     者：陈起阳 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王涛;方梦祥

授予年度：2021年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 

主      题：燃烧后碳捕集 直接空气捕集 成本 水耗 水资源承载力 

摘      要：应用CO捕集、利用与封存技术(CCUS)可以有效控制全球温升,但二氧化碳的捕集需要消耗大量的能量和资源,对当地造成一定的资本和水资源压力。本文通过对不同燃烧后碳捕集技术、直接空气捕集技术的建模,以及胺捕集技术新型吸收剂的测试、变湿再生技术工业示范装置的测试,得到并分析了不同CCUS技术的成本、水耗相关参数,并引入了综合指标评价模型进行水资源承载力的分析。基于IECM对胺捕集、膜分离、变压再生(PSA)、变温再生(TSA)四种燃烧后二氧化碳捕集技术进行建模分析。结果显示膜分离技术与PSA技术的水耗较低,胺捕集技术和膜分离技术的减排成本较低。通过对新型吸收剂的测试和冷却工艺优化,并进一步代入IECM模型,结果显示在工业应用的场景下,采用新型MDEA/PZ吸收剂的减排成本相较于MEA降低24%,水耗增量相对较低36%。基于乌鲁木齐、榆林、天津、上海和福州五个具有不同水资源丰裕度城市的气候条件、当地水资源供给、利用情况,分析认为榆林地区对于碳捕集技术应用的敏感性较高,较高的地区用水的集约度会增加碳捕集技术应用的敏感性。对于除榆林外的其他城市,选用膜分离技术或胺捕集技术对当地水资源可持续性的影响没有显著差异。通过对高温碱液技术、固体胺吸附技术两种直接空气二氧化碳捕集技术的建模,及变湿再生技术工业示范装置的测试分析,得到运行阶段的碳捕集成本约22.2-161.5$/t CO、水耗约1.7-109.3t HO/t CO。水耗约较高的吸收(附)过程降压将显著增加捕集过程的能耗。