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清洁煤技术取得重大进展 可捕获99%二氧化碳

来源:新华网  发布日期:2013.05.31     发布时间:2017-07-05

  在俄亥俄州建立的试验工厂正在演示化学循环技术的应用过程,希望能取代传统的燃煤电厂。

  美国俄亥俄州立大学的一个研究组历时两年开发了一种清洁用煤的方式,在燃烧系统方面的研究取得了重大进展。该研究组能在不通过空气助燃的情况下以化学方法实现煤炭清洁利用,并可以捕获反应过程中产生的99%的二氧化碳

  煤炭的清洁利用可以说是目前全球最热门的研究课题之一,其中的关键是如何处理煤燃烧后产生的二氧化碳

  由中国工程院外籍院士、美国俄亥俄州大学范良士教授领导的研究小组利用煤直接化学循环技术开发的研究装置,成功使煤释放热量的同时,捕获了反应过程中产生的99%的二氧化碳。在经过25千瓦的试验装置持续1周以上的技术测试后,该技术被证实可以减少或消除包括二氧化碳和烟雾形成氮氧化物在内的各种污染物。

  在普通的燃煤电厂中,煤炭通常会变成细粉状,在空气中燃烧后产生蒸汽驱动涡轮机来发电。整个过程都处于高温状态,生成的污染物氧化氮和二氧化碳很难被隔离。实际上,煤与空气并没有发生化学反应,它反而会与含氧材料,如氧化铁直接反应。

  该技术的要点是如何在燃料中加入氧化金属微粒实现化学反应。在研究小组开发的煤直接化学循环技术中,使用的燃料是煤粉,氧化金属微粒是氧化铁粉。其中煤粉的直径为100微米左右,相当于人头发丝的粗细;氧化铁粉的直径约为1.5到2毫米。

  将煤和氧化铁粉混合加热至高温后发生化学反应。煤中的碳和氧化铁中的氧反应后生成近纯的二氧化碳被排到收集器中,剩下高温的铁和煤灰。因铁粉的直径远远大于煤灰,因此可以很容易将煤灰从系统中分离,而高温铁粉则可用来发电,然后与空气接触再次氧化后循环使用。

  尽管这个过程相对复杂,但其有两个优点:一是可以得到纯二氧化碳气流,很容易捕捉和储存;二是燃烧的铁在相对低温度的环境就可以发生反应,不会产生氧化氮。

  要想获得相同的结果,也可以将煤炭在纯氧环境中燃烧,但是通过设备生产纯氧的成本极高,而这种化学循环技术所增加成本在该技术大规模使用后,相对于发电厂的能效提高和减排收益而言可以忽略不计。

  该技术在实验室中已经取得成功,研究小组的实验装置连续运行203个小时后被主动中止。利用该技术的大型试验装置已经开始建设,预计2013年底开始运行。

  按照美国能源部的规定,清洁能源技术的发电成本不能高于现有发电技术的35%,同时能收集产生的90%以上的二氧化碳。研究人员相信他们的技术将会超过能源部的标准规定。

  据了解,研究人员还在开发另一种化学循环,即煤炭气化及由此产生的合成气(氢气和一氧化碳),目前该项目正在一个250千瓦的实验工厂测试。