大气污染控制工程第12章：CO2控制现状及减排技课件.ppt

1、郝晓文郝晓文CO2控制现状及减排技术主要内容v温室效应v全球变暖与CO2排放v减排CO2的努力v利用方式的根本变革v技术研发思路温室效应温室气体（1）v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）v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

2、期因素。 温室气体（3）v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）v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）v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

3、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变酸的海洋v“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”。变酸的海洋变酸的海洋v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，

4、这些物质迅速溶入深度大约几百米的水洋。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域内，之后经过数百年的时间，洋流再将其运送到大海深处。v过去二百里，人类排放的二氧化碳中有过去二百里，人类排放的二氧化碳中有30%被海洋吸收。如被海洋吸收。如今，海水仍在以每小时百万吨左右的速度吸收二氧化碳。今，海水仍在以每小时百万吨左右的速度吸收二氧化碳。v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。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

5、布2009年排放量的国家清单2010年排放量的国家清单vCDIAC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

6、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20082012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年地球首脑峰会年地球首脑峰会 南非南非 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v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。 v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

7、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。 v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v从2005年2月16日起正式生效；v有效期至2012年12月31日。v2011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

8、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哥本哈根世界气候大会 v焦点问题主要问题集中在焦点问题主要问题集中在“责任共担责任共担”。 v哥本哈根协议哥本哈根协议最终以备忘录的形式在大会上通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、过，由各国自愿遵守。由于各方在减排目标、“三三可可”问题（可测量、可报告和可核实）、长期目标、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。资金等问题上分歧较大。哥本哈根协议哥本哈根协议最终没最终没有被大会通过。有被大会通过。协议指出，应对气候变

9、化的长期目标是将全球变协议指出，应对气候变化的长期目标是将全球变暖幅度控制在暖幅度控制在2以内，但并未规定具体各国的以内，但并未规定具体各国的减排量和各个国家的出资份额；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。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坎昆气候大会v2010年年12月，退步的日本、迟疑的美国、不月，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，最终通过了四国的多方较量后，最终通过了公约公约和和议定书

10、议定书两项应对气候变化的决议。两项应对气候变化的决议。v会议最大的成果在于挽救了联合国气候谈判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，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而更多的关键问题被留到了2011年的南非德年的南非德班气候大会来解决。班气候大会来解决。资金问题成各方关注焦点资金问题成各方关注焦点v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

11、。v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。v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。 多哈气候谈判结局多哈气候谈判结局v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。 v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

12、排放差距v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v而2011年全球总排放已经比2020年需要达到的水平高出14%。v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）我国政策（一）v2006年年 中国提出了中国提出了2010年单位国内生产总值能耗年单位国内生产总值能耗比比2005年下降年下降20左右的约束性指标。左右的约束性指标。v2007年年6月月 国家发改委出台的国家发改委出台的中国应对气候变化中国应对气候变化国家方案国家方案

13、对外发布，中国是发展中国家中第一个对外发布，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。制定并实施应对气候变化国家方案的国家。v2007年年12月月 国家发改委会同有关部门制定国家发改委会同有关部门制定节能节能减排综合性工作方案减排综合性工作方案印发。印发。v2010年年8月月10日日 国家发改委发布国家发改委发布关于开展低碳省关于开展低碳省区和低碳城市试点工作的通知区和低碳城市试点工作的通知，在广东、杭州等，在广东、杭州等5省省8市开展低碳试点工作。市开展低碳试点工作。我国政策（二）我国政策（二）v2010年年11月，我国政府决定到月，我国政府决定到2020年全国单位年全国

14、单位GDP二氧化碳排放比二氧化碳排放比2005年下降年下降40-45%，作为约，作为约束性指标纳入束性指标纳入“十二五十二五”及其后的国民经济和社会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、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。考核办法加以落实。v中国还将通过大力发展可再生能源、积极推进核电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，到建设等行动，到2020年使非化石能源占一次能源消年使非化石能源占一次能源消费的比重达到费的比重达到15%左右；通过植树造林和加强森林左右；通过植树造林和加强森林管理，森林面积比管理，森林面积比2005年

15、增加年增加4000万公顷，森林蓄万公顷，森林蓄积量比积量比2005年增加年增加13亿立方米。亿立方米。CO2减排的可能方式CO2减排措施v将电厂烟气中的CO2进行捕集、存储或资源化v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v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v技术难点：技术难点：火电厂烟气中CO2浓度低，大约315%，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。v现有技术：现有技术：溶剂吸收法、物理吸附法、膜系统法、低温

16、蒸馏法、O2/CO2循环燃烧法、化学链燃烧法v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。高效减排的理念高效减排的理念v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；v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。v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vCO2/O2循环燃烧v零排放煤炭发电方式v吸收分离法 v膜分离与碳吸附v碳隔离与资源化利用v“无悔”方案 传统电厂空气

17、燃料电力CO2, H2O, SO2, NOx, CH4, HC, etc.锅炉O2 /CO2循环燃烧方式Oxy-Fuel Combustion降低降低NOx排放较低的的排放排放较低的的排放增强增强SO2脱除增加脱除增加CO2浓度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100 MW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%。Los Alamos国家实验室最先提出了一种零排放的煤制氢/发电技术(Z

18、ECA)，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 v吸收分离法是利用吸收剂溶液对混合气体进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行洗涤来分离CO2的方法。的方法。v按照吸收剂的不同，它可以分为物理吸收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。和化学吸

19、收法。 v物理溶剂吸收物理溶剂吸收CO2没有形成新的化合物。这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。在再生是不会加湿原料气并且再生能耗低。在再生段，段，CO2从物理溶剂中闪蒸出来。从物理溶剂中闪蒸出来。 化学吸收法化学吸收法-胺法胺法 v最普遍的溶剂是胺基溶剂，许多化合物都利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用它来脱除酸性气体,如一乙醇胺如一乙醇胺(MEA)、二、二乙醇胺乙醇胺(DEA)、三乙醇胺、三乙醇胺(TEA)和二异丙醇胺和二异丙醇胺(DIPA)，他们活性强而不仅限于，他们活

20、性强而不仅限于CO2脱除。脱除。这些胺类溶剂也适合脱除其他酸性种类这些胺类溶剂也适合脱除其他酸性种类,如如H2S。v目前主要溶剂是甲基二乙醇胺目前主要溶剂是甲基二乙醇胺(MEDA),采用采用MEDA的优点是降低了再生负荷的优点是降低了再生负荷,降低了腐蚀降低了腐蚀性和提高了抗降解性。性和提高了抗降解性。 氨吸收法回收氨吸收法回收CO2(一一) v在烟气中喷淋氨水吸收在烟气中喷淋氨水吸收CO2形成碳酸氢铵是形成碳酸氢铵是一个复杂的气液化学反应，其总的化学反一个复杂的气液化学反应，其总的化学反应过程如下：应过程如下：v实际反应过程比较复杂，要经过一系列中间实际反应过程比较复杂，要经过一系列中间阶段

21、。其反应过程大致如下：阶段。其反应过程大致如下：32243NHH OCONH HCO32242NHCONH COONH氨吸收法回收氨吸收法回收CO2(二二)v去除其它污染物；去除其它污染物；v氨的再生容易氨的再生容易(可以得到高纯度的可以得到高纯度的CO2) ；v稀氨水吸收容量远大于稀氨水吸收容量远大于MEA；v反应产物为碳酸氢铵晶体，该产物为农业上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。广泛应用的氮肥，具有一定的经济效益。膜分离技术膜分离技术u过滤式膜分离过滤式膜分离:溶液或溶液或混合气体置于固体膜的混合气体置于固体膜的一侧，在压力差作用下，一侧，在压力差作

22、用下，部分物质透过膜而成为部分物质透过膜而成为渗滤液或渗透气；渗滤液或渗透气；u渗析式膜分离：被处渗析式膜分离：被处理的溶液和接受液分别理的溶液和接受液分别置于膜的两侧，料液中置于膜的两侧，料液中的某些溶质或离子在浓的某些溶质或离子在浓度差、电位差的推动下，度差、电位差的推动下，透过膜而分离出去，进透过膜而分离出去，进入接受液中。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

23、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Great Plains 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%。我国应用情况我国应用情况v全球已有余个二氧化碳捕获与封存全流程项目全球已有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

24、用。阶段，仅在少数发达国家有小规模的工业应用。v2010年年8月，中国首个月，中国首个CCS在内蒙古自治区鄂尔多斯市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。伊金霍洛旗乌兰木伦镇开工建设。v从神华集团煤制油生产线中捕集二氧化碳，经过提纯、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，运送到距捕集地约液化等环节，运送到距捕集地约17公里、地下约公里、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。米的区域封存起来，从而减少二氧化碳的大气排放。v一期工程总造价约为一期工程总造价约为2.1亿元，将在亿元，将在2010年年底开始进年年底开始进行二氧化碳试注入，预计

25、每年可减少行二氧化碳试注入，预计每年可减少10万吨的二氧化碳，万吨的二氧化碳，相当于相当于4150亩森林吸收的二氧化碳量。亩森林吸收的二氧化碳量。”CO2的陆地储存的陆地储存植物从空气中植物从空气中吸取二氧化碳，吸取二氧化碳，提供了一种天提供了一种天然的储存方式。然的储存方式。植树造林、保植树造林、保护森林或者替护森林或者替换林木除了能换林木除了能够带来生态回够带来生态回报外，也促进报外，也促进了碳的转化过了碳的转化过程。程。CO2的矿物储存该技术原理是基于该技术原理是基于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。例如的碳

26、酸盐，以实现二氧化碳的储存。例如CO2 与硅酸盐矿物反应生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。成碳酸盐，二氧化硅和水并且放出热量。“无悔”方案 v无论是发展中国家还是发达国家都应大力提倡无论是发展中国家还是发达国家都应大力提倡“无无悔悔”行动。行动。v所谓所谓“无悔无悔”行动，从经济学角度理解，是指那些行动，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高效益的经济意义；植树造林

27、既可以带来水土保持等生态效益和农业效益，又可以增加清除等生态效益和农业效益，又可以增加清除CO2的的“汇汇”，起到抑制温室气体浓度增加的作用。，起到抑制温室气体浓度增加的作用。v“无悔无悔”行动的减排成本普遍低于其他减排方案。行动的减排成本普遍低于其他减排方案。 我们如何我们如何“减碳减碳” 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 ？v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。v他认为，以“温度对二氧化碳浓度的高敏感度”为“逻辑起点”的现有国际减排方案是发达国家设下的“陷阱”为发达国家设计了比发展中国

28、家多数倍的未来人均排放权，其结果是要限制发展中国家的经济增长，加大富国与贫国的差距。 v有很多研究结果表明，温度的变化要超前于二氧化碳浓度的变化，所以说，温度是控制二氧化碳变化最主要的因素，并不是二氧化碳是控制温度变化的因素。v6000年前，地球的温度比现在还要高约1.5，我国中纬度地区要比现在温暖潮湿得多。如果以冰河期结束后的1万年为考察对象，看不出现在的气候有什么不正常！v在全球10多个较为有名的模式中，同样将二氧化碳浓度从280ppm上升到560ppm，获得的增温幅度从1.5到6.4，差别竟达5之多。因此，所谓“二氧化碳翻倍，升温2”的观点，只是从多个模式模拟结果的平均值中得来，不能满足

29、科学实验的基本要求。 v把甲烷等其他温室气体换算为二氧化碳，则大气二氧化碳当量浓度已经达到甚至超过了450ppm，但一些学者所描述的灾难并没有出现。 vIPCC的科学家们说，是大气气溶胶的致冷作用消抵了很大一部分二氧化碳的温室效应。对此，丁仲礼院士予以了直接驳斥，他说：“我们可以用非常简单的观察事实予以否定：一是南北半球比较，北半球排放的气溶胶远多于南半球，但北半球升温幅度反高于南半球；二是冬夏季节比较，冬季气溶胶浓度远高于夏季，但其增温幅度也高于夏季。” vIPCC已经正式承认，其2007年发表的气候变化第四次评估报告中存在重大“失误”，喜马拉雅冰川将在2035年消失的结论严重违背事实。 v丁仲礼院士指出，中国科学家对气候变化及碳排放问题应该有自己独立的思考，不能人云亦云。 本本 章章 结结 束束