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經(jīng)垃圾焚燒發(fā)電廠證實可行的脫碳技術(shù)

來源：中國能源新聞網(wǎng) 時間：2024-03-06 17:24

　　中國能源新聞網(wǎng)訊（文峰）近年來，為了實現(xiàn)全球凈零排放的宏偉目標(biāo)，開發(fā)和利用脫碳技術(shù)顯得尤為關(guān)鍵，其中碳捕獲和封存（CCS）以及碳捕獲、利用和封存（CCUS)技術(shù)備受矚目。盡管市面上已提出了多種解決方案，但在驗證這些創(chuàng)新技術(shù)的實際效果方面，仍存在諸多挑戰(zhàn)。因此，為了確保這些技術(shù)的有效性和可持續(xù)性，我們必須重視準(zhǔn)確監(jiān)測、驗證和報告實際捕獲和封存的二氧化碳量，從而為全球凈零排放目標(biāo)的實現(xiàn)提供堅實的技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)保障。

　　在丹麥技術(shù)大學(xué)的研究團隊與哥本哈根的一家垃圾焚燒發(fā)電廠展開的合作中，雙方正在研發(fā)一種能夠從垃圾焚燒排放物中捕獲CO?的工藝，從而驗證CCUS技術(shù)的可行性。在這一過程中，如何準(zhǔn)確測量碳捕獲率至關(guān)重要。維薩拉氣體分析儀來以其可靠的測量數(shù)據(jù)為支持，為決策提供了明智的依據(jù)，確保了碳捕獲和封存過程的透明度和準(zhǔn)確性，向綠色轉(zhuǎn)型邁出堅實的一步。

　　該發(fā)電廠每年能處理約56萬噸的垃圾。為了從排放物中有效分離CO?，研究人員們建立了一座試驗設(shè)施。這一設(shè)施不僅針對垃圾焚燒排放物，還涵蓋了廢水處理、沼氣生產(chǎn)、厭氧發(fā)酵等多個過程。與此同時，研究人員也在研究捕獲并利用CO?的方法。在此之前，這套碳捕獲試驗設(shè)施已在一家廢水處理廠進行了初步的測試與運行，隨后被安裝在了該垃圾焚燒發(fā)電廠。

　　丹麥技術(shù)大學(xué)的研究人員強調(diào)，雖然碳捕獲技術(shù)并非全新概念，但他們的研究重點在于如何降低其成本，使其在經(jīng)濟上更具吸引力。

　　該焚燒爐產(chǎn)生的廢氣經(jīng)由電除塵器（ESP）去除顆粒物，通過選擇性催化還原（SCR）去除氮氧化合物，并使用洗滌塔去除硫氧化物。經(jīng)過這些凈化流程，高濃度的CO?被留在煙氣中。碳捕獲試驗設(shè)施的主要目的則是驗證碳捕獲的可行性。為了實現(xiàn)這一點，氣體向上通過裝有珠子和單乙醇胺（MEA）溶劑的柱體，該溶劑能將CO?從氣體中去除。然后將溶劑通入解吸塔，分離出幾乎純凈的CO?，并重新生成可重復(fù)使用的MEA。

　　目前，該項目尚處于研究階段，因此產(chǎn)生的CO?仍被排放到空氣中，但在商業(yè)情形中，有許多不同的工業(yè)應(yīng)用可以對CO?加以利用。例如，在高溫高壓的環(huán)境中，CO?在鎳催化劑的作用下可以與氫氣在Sabatier工藝（由諾貝爾獎得主、法國化學(xué)家Paul Sabatier于20世紀(jì)初開發(fā)的工藝）中反應(yīng)產(chǎn)生甲烷和水。如果氫氣是來源于太陽能、沼氣或風(fēng)能等可再生能源的電解過程，這將成為一種綠色的燃料生產(chǎn)方式。

　　除了上述應(yīng)用外，CO?還廣泛用于其他行業(yè)，包括食品和飲料、制冷、醫(yī)療、園藝、消防、焊接等。這意味著，如果能夠以商業(yè)化的品質(zhì)和規(guī)模生產(chǎn)CO?，將會開辟出廣闊的潛在市場。

監(jiān)測碳捕獲效率

　　為了確保碳捕獲工藝的優(yōu)化，關(guān)鍵在于能夠在整個碳捕獲過程中持續(xù)監(jiān)測CO?濃度。幸運的是，在上文提到的試驗設(shè)施建立之前，維薩拉已成功研發(fā)出在線CO?、濕度和甲烷監(jiān)測儀，為這一目標(biāo)的實現(xiàn)提供了有力工具。

　　焚燒爐產(chǎn)生的廢氣可能具有腐蝕性并存在爆炸風(fēng)險，因此原位在線測量在過去極其困難。近些年，解決方案是在工藝過程之外提取樣本進行分析，但這種方法無法滿足工藝控制和優(yōu)化的需求，并且存在許多固有缺陷，例如需要去除樣本管線中的濕氣以及需要頻繁重新校準(zhǔn)。

　　維薩拉開發(fā)的多氣體探頭MGP261高效地解決了上述監(jiān)測難題，特別是當(dāng)它的姊妹產(chǎn)品MGP262問世后，MGP262適用于測量高濃度的CO?，因此適合在試驗設(shè)施解吸塔工序之后連續(xù)在線監(jiān)測高純度的CO?。

　　該試驗設(shè)施總共采用了三種維薩拉探頭。MGP261用于監(jiān)測進入焚燒爐的廢氣，而MGP262用于測量提取的CO?的純度。第三個探頭是維薩拉CARBOCAP?CO?探頭GMP251，用于檢查試驗設(shè)施廢氣中（碳捕獲后）的CO?濃度。

可靠的監(jiān)測技術(shù)

　　三個監(jiān)測探頭均采用了利用電調(diào)諧法布里-珀羅干涉儀（FPI）濾波器的CARBOCAP?技術(shù)。除了測量目標(biāo)參數(shù)之外，該微機電FPI濾波器還能夠在非吸收波長下執(zhí)行參考測量。在執(zhí)行參考測量時，對FPI濾波器進行電動調(diào)節(jié)，以便將帶通波段從吸收波長切換到非吸收波長。該參考測量可補償光源強度的潛在變化并減少光路中的污染，進一步提高了傳感器的長期可靠性。

　　在MGP261和MGP262內(nèi)，濕度和CO?采用了相同的濾波器測量，并且通過第二個光通道測量甲烷。這種設(shè)計融合了實驗室光譜儀分析能力與工業(yè)過程控制儀器的簡單堅固設(shè)計。

　　丹麥技術(shù)大學(xué)的研究團隊對監(jiān)測設(shè)備的表現(xiàn)給予了高度評價：“我們對多氣體探頭的準(zhǔn)確性和可靠性感到非常滿意。值得一提的是，借助探頭，我們能夠?qū)贌a(chǎn)生的煙氣有更多深入的了解。盡管化石燃料燃燒的排放特性已為人們所熟知，但垃圾焚燒排放的研究仍然有限。此外，維薩拉探頭所采用的技術(shù)也有助于降低運營成本，因為探頭能夠有效地進行自我校準(zhǔn)，其維修要求也因此降低，并且避免了停機的發(fā)生?！?/p>

哥本哈根及全球的碳捕獲情況

　　得益于連續(xù)原位在線測量，研究人員在評估了12種不同的試驗設(shè)施配置后，已經(jīng)能夠優(yōu)化碳捕獲性能，從而證明了碳捕獲過程的可行性。而研究的下一步則是評估碳封存和利用的相對優(yōu)勢。研究人員表示：“目前，由于CO?需要進一步提純，而該費用較高，因此利用CO?會是一個更加昂貴的選項。該垃圾焚燒發(fā)電工廠的所有者計劃申請15億丹麥克朗（15.62億人民幣）用于建造一個每年能夠捕獲50萬噸CO?的CCS設(shè)施，然而這需要丹麥政府提供合適的監(jiān)管框架和足夠的資金支持。該設(shè)施將采用與碳捕獲試驗設(shè)施相同的胺洗滌工藝?！?/p>

　　焚燒城市垃圾每噸會釋放0.7至1.7噸CO?，具體數(shù)值取決于垃圾的種類。因此，通過垃圾焚燒供能相較于燃燒化石氣體，產(chǎn)生的碳強度更高。碳捕獲為管理日益增長的城市垃圾處理需求提供了一個契機，同時在過程中不會產(chǎn)生大量的溫室氣體。

　　展望未來，研究團隊對這項技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景充滿信心。根據(jù)ecoprog的2022年的數(shù)據(jù)，世界上大約有2,500個垃圾焚燒發(fā)電廠，每年處理約4億噸垃圾。值得一提的是，焚燒產(chǎn)生的余熱也有望收集起來，供當(dāng)?shù)毓I(yè)或區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)使用。

　　研究人員總結(jié)道：“許多國家和地區(qū)已承諾要實現(xiàn)凈零排放目標(biāo)，這凸顯了對有助于減少CO?等溫室氣體排放技術(shù)的迫切需求。因此，我們在該垃圾焚燒發(fā)電廠進行的研究工作，為他們提供了可用于實現(xiàn)該目標(biāo)的方法之一，并讓他們有機會對CCUS技術(shù)加以投資?！?/p>

維薩拉的CCUS解決方案

　　維薩拉不僅在垃圾焚燒發(fā)電廠領(lǐng)域助力脫碳，還正廣泛支持多個工業(yè)領(lǐng)域的減碳進程。從建筑施工應(yīng)用中的CCS解決方案，到廢棄物回收和碳中和能源生產(chǎn)，維薩拉始終為合作伙伴提供準(zhǔn)確儀表與關(guān)鍵數(shù)據(jù)，讓他們能夠?qū)Ｗ⑼度牒诵臉I(yè)務(wù)。憑借數(shù)十年的CO?儀表經(jīng)驗，維薩拉運用這些豐富知識和屢獲殊榮的儀表來監(jiān)測CO?的捕獲、利用和封存。

　　基于可靠的測量數(shù)據(jù)做出更明智的決策——這便是維薩拉為客戶的CCUS解決方案帶來的價值。維薩拉的目標(biāo)是竭盡所能，推動各行業(yè)實現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型，共同邁向可持續(xù)發(fā)展的未來。

責(zé)任編輯：江蓬新