习主席在第七十五届联合大会上发表重要讲话,提出了“中国力争于2030年前CO2排放达到峰值,2060年前实现碳中和”的目标。CO2减排已刻不容缓,而电厂烟气排放是CO2的主要来源。我国作为全球最大的能源消耗国,也是世界上最大的CO2排放国,开发适用于电厂烟气的廉价和高效CO2减排技术,大幅度削减CO2排放量,将为缓解全球气候变暖贡献重要力量。此外,CO2是最为廉价的碳资源之一,可通过催化还原转化为短链烯烃(包括乙烯、丙烯和丁烯)[1]、甲醇[2]、甲酸[3]等高附加值化工产品。短链烯烃尤其是乙烯作为现代化工的核心产品,有极高的工业应用价值。开发高效CO2催化转化为乙烯的技术不仅有利于石油化工的健康发展,而且能够缓解石油紧张的局势。
目前CO2减排最有效的技术是CO2捕集技术,主要分为燃烧前捕集、燃烧中捕集和燃烧后捕集[4-5],其中燃烧后CO2捕集技术由于成本低、反应温度窗口与现有、新建电厂匹配,已成为CO2捕集主流技术之一[6],该技所使用的吸收/吸附剂主要有无机溶液吸收剂[7]、有机溶液吸收剂[8]、离子液体吸收剂[9]和固体吸附剂[10-11]等。本文针对上述吸收剂/吸附剂开展综述,系统介绍了近年来改善其吸收/吸附的方法及其在电厂烟气CO2脱除中的适用性。
CO2经捕集后能够获得高浓度CO2,通常采用封装填埋的方式进行处理[12],然而,该方法成本高且不能从根本上消耗CO2,依然对环境造成潜在危害。CO2催化转化为短链烯烃不仅消耗了CO2,而且产出了工业需求极高的乙烯,能够为电厂带来额外的经济效益[13]。目前CO2催化转化为短链烯烃的方法主要有热催化法[14]、电催化法[15]和光催化法[16]。国内外众多学者在高效热、光、电催化上开展了大量研究[17-18],光催化和电催化能量输入受限,且转换效率低,难以高效生成短链烯烃,限制了其工业应用[13,16]。热催化可以在300~400℃和1.0~5.0MPa的条件下,催化活化CO2并实现加氢,具有较好的工业应用前景。因此,本文综述了近年来用于CO2催化加氢的催化剂及其催化反应过程,为将来电厂应用CO2脱除技术提供指导。
1 CO2捕集技术目前,电厂烟气中CO2的捕集多采用燃烧后捕集,捕集装置通常安装在脱硫脱硝后端,该部分烟气温度约为60℃,主要采用吸收法和吸附法进行捕集,其关键是吸收剂/吸附剂的选择,这些吸收剂/吸附剂主要分为有机吸收剂、无机吸收剂、离子液体吸收剂和固体吸附剂。