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美国开发从大气直接捕集二氧化碳技术

作者：求实  文章来源：环球能源网  点击数  更新时间：2007/12/19 14:30:52  文章录入：ahaoxie  责任编辑：ahaoxie

环球能源网获悉，美国哥伦比亚大学的科学家2007年10月中旬宣布，正在加快开发从大气中直接捕集CO2的工业技术。分析认为，这样可从分散的和移动的排放源捕集全球温室气体排放的50%，甚至无需完全采用碳捕集和贮存（CCS）技术，据统计，大的静止点排放源产生超过0.1Mt/年CO2。 　　由Frank Zeman提出的技术基于Klaus Lackner以前在哥伦比亚大学所作的工作，已確立了这一特定的空气捕集工艺过程的热动力学可行性。 　　Klaus Lackner于1999年首次提出从空气中去除CO2以达到碳捕集和贮存的目的。新的研究成果已在美国《环境科学和技术（Environmental Science & Technology）》2007年11月版上发布。 　　空气洗涤过程需要多个步骤。首先，NaOH碱溶液吸收CO2产生溶解性碳酸钠。吸收反应是气液反应，为强放热反应。 　　2NaOH(ag) + CO2(g) → Na2CO3(aq)+ H2O(l) ΔH° = -109.4 kJ/mol 与氢氧化钙(Ca(OH)2)的反应可从溶液中去除碳酸钙离子，其结果是生成方解石(CaCO3)沉淀。苛化反应是中等放热反应。 　　Na2CO3(aq) + Ca(OH)2(s) → 2NaOH(aq) + CaCO3(s) ΔH° = -5.3 kJ/mol 　　接着，碳酸钙沉淀从溶液中被过滤出来，并被热分解产生气态CO2。焙烧反应在过程中仅是放热反应。 　　CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) ΔH° = +179.2 kJ/mol 　　方解石在石灰窑中用氧气进行热分解是为了避免附加的气体分离步骤。石灰(CaO)的水合完全是循环的。 　　CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s) ΔH° = -64.5 kJ/mol 　　采用CO2空气捕集的重要挑战之一是气体的浓度低：假定为50%的捕集率和80 ppm (0.015 mol/m3) CO2浓度，则必须处理大气中133 m3才能捕集1 mole CO2。为此，要采用比常规烟气洗涤更大的洗涤器才能去除更多的气体。 　　洗涤器尺寸是吸收速率的函数，继而受到与空气流动相接触的溶液表面积和溶液的碱度所控制。溶液的pH值影响单位表面积的吸收率，而结构则支配着单位体积的表面积。随着CO2被吸收，溶液使NaOH转化为Na2CO3。这就降低了气相中的CO2和液相中的OH，这两者都会使吸收器吸收速率下降。吸收空气中的CO2越多就可更多地减少必须通过吸收器的空气总量，而这种吸收就可使所需涉及的液体面积减少。最终的设计必须使这两个相矛盾的需求保持平衡。 　　Zeman计算了处理被捕集的350 kJ/mol CO2过程的能耗。这一能耗主要是石灰窑的热能需求以及输送空气所需的机械动力。

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