美国环境保护署（EPA）刚刚宣布了新规定：要求燃煤电厂要么捕获二氧化碳排放，要么关闭。有人认为，这是迄今为止美国实施的最严厉的法规之一。
根据EPA的新规定，所有现有的燃煤电厂和所有在40%以上运行时间的新天然气电厂将有义务削减90%的二氧化碳排放量。
根据EPA的要求，燃煤电厂必须在2032年之前遵守新标准，否则在2039年之后将不再能够运营。
大多数环保组织都对EPA法规的消息大加欢迎，他们认为这是在摆脱化石燃料的道路上迈出的重要一步。
这项美国的新法规对我国的燃煤电厂也产生了一定的启示：可以通过碳捕集去减少碳排放。那么问题来了，燃煤电厂应当如何去捕集二氧化碳？
为此，特意为大家整理了燃煤电厂碳捕集精选干货，希望能为大家带来帮助。
本文目录
1、燃煤电厂碳捕集政策通牒
2、燃煤电厂碳捕集技术选择
3、燃煤电厂碳捕集技术路线
4、燃煤电厂碳捕集案例介绍
01
燃煤电厂碳捕集政策通牒
根据EPA的新规定，所有现有燃煤发电厂和所有运行时间超过40%的新建天然气发电厂将有义务削减90%的二氧化碳排放量。根据EPA的规定，燃煤电厂必须在2032年之前遵守新标准，否则2039年之后将无法再运营。
完整的最终规则包括：
针对现有燃煤和新建天然气发电厂的最终规则，将确保所有计划长期运行的燃煤发电厂和所有新建基本负荷燃气发电厂控制90%的碳排放污染。
最终规则加强和更新了燃煤电厂的汞和空气有毒物质标准 (MATS)，将有毒金属的排放标准收紧了67%，并将现有褐煤来源的汞排放标准减少了 70% 。
最终规则旨在每年将燃煤发电厂废水排放的污染物减少超过6.6亿磅，确保受影响社区获得更清洁的水，包括那些关注环境正义而受到严重影响的社区。
最终规则将要求对迄今为止在联邦一级不受监管的区域中放置的煤灰进行安全管理，包括以前使用的可能泄漏和污染地下水的处置区域。
根据官方发布称，最终的排放标准和指南将以合理的成本实现碳污染的大幅减少。对于运行时间最长的现有燃煤机组和利用率最高的新型燃气轮机来说，最佳的减排系统是基于碳捕获和封存/封存（CCS）：一种可用且成本合理的排放控制技术，可直接应用于电力行业工厂，可以减少工厂90%的二氧化碳排放。
CCS技术的成本降低和持续改进，再加上通货膨胀削减法案的税收优惠，允许企业在很大程度上抵消CCS的成本，代表了排放控制方面的最新进展，为EPA确定技术上可行和成本合理的方案提供了依据。美国两党基础设施法还包括数十亿美元用于推进和部署CCS技术和基础设施。
EPA预计，由于CCS和其他减排技术的成本下降，该行业能够遵守标准，对电价的影响可以忽略不计。EPA的分析还发现，即使考虑到负荷增长的增加，电力公司也可以在满足电网可靠性的同时遵守标准。
最终规则包括帮助确保与受影响的利益相关者进行有意义的接触的要求，包括关注环境正义、因污染和气候变化影响而负担过重的社区，以及提供动力的能源社区和工人。该标准还要求各州通过州规划流程提供有关合规途径和时间表的透明数据，确保工人和社区拥有最佳可用信息来规划该行业的变革。最终规则还遵循环境质量委员会的指导，以确保以负责任的方式部署CCS技术，纳入社区的意见并反映现有的最佳科学。
除了最终确定这些规则外，美国环保署还启动了一份非监管清单并发布了框架问题，以收集有关减少电力行业现有燃气轮机整个机组温室气体排放的综合方法的意见。EPA致力于迅速为这些装置提出温室气体排放指南，作为燃气轮机气候、有毒和空气污染监管综合方法的一部分。
有趣的是，美国农村电力合作协会首席执行官Jim Matheson对EPA的新规定进行了猛烈抨击，他表示：“EPA今天概述的规则是非法的、不现实的、无法实现的。”马西森对整个能源行业的严厉监管提出了反对意见，例如对碳捕获缺乏信任、其成本高昂以及美国环保署给燃煤电厂的期限非常短。能源和气候政策智库能源创新公司的高级政策分析师预测，大多数燃煤电厂将关闭，而不是安装昂贵的技术来捕获碳排放。美国电力供应协会主席兼首席执行官Todd Snitchler称该规则是“理想政策脱离了物理和现实的痛苦例子”，因为它依赖未成熟的碳捕获和氢混合技术减少排放。
（以上部分来源：碳减派）
02
燃煤电厂碳捕集技术选择
燃煤电厂碳捕集技术主要分为三类，即燃烧前捕集、燃烧中捕集以及燃烧后捕集。
1. 燃烧前碳捕集技术
燃烧前碳捕集工艺具体为：利用煤气化方式将煤炭气化为合成气等气体，进一步通过水煤气变换的方式转化为 CO2和 H2。然后通过分离装置将CO2分离出来，H2则被燃气轮机用来发电。
此工艺与常规电站燃烧后CO2捕集方式相比，避免了烟气流量大、CO2浓度低。
但是,其成本远高于在役燃煤机组，同时其发电热效率将下降 7~10 个百分点。
2. 燃烧中碳捕集技术
燃烧中碳捕集技术是采用富氧燃烧的方式，采用高纯度氧（浓度大于95%）和部分再循环烟气作为燃料燃烧的氧化剂，燃烧产物主要为CO2和水蒸气。
该技术以烟气中的CO2来替代氮气（N2），使烟气中 CO2的浓度大大提高，降低 CO2捕集能耗。
富氧燃烧作为 CO2捕集技术为燃煤电厂实现接近零排放提供了一种方式。在富氧燃烧技术中，由于燃烧中氮的减少，烟气量减少了4～5倍。
3. 燃烧后碳捕集技术
目前，工业上大规模采用燃烧后碳捕集方式对CO2进行捕集，其具有低能耗，易于在燃煤电厂进行改造实施等特点，具有广阔的应用前景。燃烧后CO2捕集技术主要有吸附法、吸收法、膜分离法和低温分离法等。
（1）吸附法
吸附分离法主要是通过烟气与固体吸附剂发生作用来吸附CO2，被吸附的CO2利用降低压力或升高温度的方式进行解吸。常见的吸附剂有碳基、分子筛等多孔材料，碱金属、固体胺等吸附材料。
（2）吸收法
化学吸收法是通过将烟气中CO2与吸收剂发生化学反应，将CO2吸收，再通过对吸收剂加热，将CO2分解出来。该方法CO2处理能力高，可靠性强以及前期在工程应用中积累了大量的经验，被认为是最成熟和最具商业可行性的碳捕集技术之一。
（3）膜分离法
膜分离技术是一种可以在燃煤电厂、水泥和钢铁厂等大型排放源中发挥重要作用的碳捕集技术，其在经济、安全、环境和技术方面具有一定竞争力，近年来已经得到了较快的发展。
（4）低温分离法
低温分离法是在低温条件下，通过相分离的方法将 CO2从烟气中分离出来的一种方法。低温分离工艺在石油开采和天然气 CO2分离过程中应用较多，主要应用于高体积分数（大于50%）和高压气体中的CO2分离。
03
燃煤电厂碳捕集技术路线
根据我国的实际情况，建议我国中长期燃煤电厂碳捕集技术路线按以下路线发展。
2015至2020 年
对于燃后捕集技术：重点发展醇胺法捕集技术，开展工业示范和规模化技术推广，进行热钾碱法捕集技术研发；
对于富氧燃烧技术：重点开展低能耗、低成本氧气提纯技术，降低大型空分工艺能耗，研发高温耐热材料及燃烧锅炉设备，减少空气污染；
对于燃烧前捕集技术：加大高温煤气净化技术研发、低能耗高效率燃气轮机的研发、高效气化炉研制及低能耗制氧空分系统和蒸汽循环系统探究，开展 IGCC 项目中试示范。
2020至2030 年
对于燃烧后捕集技术：实现醇胺法捕集技术商业化推广，进行热钾碱法捕集技术示范；
对于富氧燃烧技术：积极开展大型富氧燃烧捕集技术示范，进一步评价技术的可行性和经济性；
对于燃烧前捕集技术：通过新技术研发和耦合新能源工艺流程的优化，形成低成本、低能耗、高性能燃烧前捕集技术，并进行工业示范。
2030至2050 年
对于燃烧后捕集技术：形成低成本燃烧后捕集技术体系并商业化应用；
对于富氧燃烧技术：实现超超临界富氧燃烧技术规模化应用；
对于燃烧前捕集技术：达到成熟应用，工业推广，商业化运营。
04
燃煤电厂碳捕集案例介绍
针对燃煤电厂烟气流量大、烟气中CO2低分压、烟气成分复杂、含有SO2和NO酸性气体等特点，结合碳捕集高效率、低能耗、低成本的设计理念，创新性地开展了对燃煤电厂燃烧后碳捕集工艺的优化研究，建设了年捕集能力高达15万吨CO2的燃煤电厂燃烧后碳捕集示范工程，这是目前已经建成的国内最大规模的燃煤电厂燃烧后CO2捕集与封存/驱油全流程示范工程。
该工程主要采用了集成高效节能工艺、新型吸收剂及回收、碳捕集成套装备研制。
项目创新开发了“级间冷却+分级解吸+MVR（机械蒸汽再压缩工艺）闪蒸”的高效节能工艺，从吸收-再生-节能三个维度同步提高整体系统的技术经济性。通过新型低能耗吸收剂和节能工艺的共同作用，相比乙二醇（MEA）的吸收体系，可降低能耗40%，形成了适用于我国燃煤电厂烟气CO2高效、低能耗捕集的新技术体系。
项目采用新型有机复合胺吸收剂。与常规MEA吸收剂相比，增加了多氨基胺及空间位阻胺，形成吸收容量大的复合胺。通过分子设计和功能基团匹配保证复合胺的吸收能力、解吸效果和运行稳定性，同时针对性开展吸收剂回收及再生技术。吸收剂的挥发特性直接影响运行成本，通过吸收剂复配和精细化调控实现吸收剂的低损耗运行。
工程中成功研制了以塔器、换热设备、动力装置、压缩液化装置、干燥净化为主体的碳捕集成套装备，并成功应用到目前国内最大的燃煤电厂CO2捕集示范工程中，实现了低浓度CO2的高效率捕集，获得了纯度达到99.97%以上的液态CO2。
工程最终实现了燃煤电厂捕集、运输、销售、利用、封存/驱油的全产业链运行。运输采用罐车外送，每车运输20 t。结合当地CO2市场的实际情况，将捕集到的CO2全部消纳利用。
