應(yīng)對二氧化碳排放量不斷增加的挑戰(zhàn)

根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，燃煤發(fā)電廠約占全球二氧化碳排放量的三分之一，且其占比預(yù)計將在2035年升至約45%。盡管各國正投入巨大努力尋找并開發(fā)可再生能源，但這些技術(shù)要發(fā)展到足以成為煤炭等化石燃料的有力替代品，仍需相當(dāng)長時間。因此，尋找更清潔的燃煤方式至關(guān)重要。

碳捕獲與封存（CCS）是一組通過捕獲、壓縮和儲存二氧化碳來緩解問題的技術(shù)。近年來，已建成小型CCS設(shè)施以評估相關(guān)技術(shù)，隨后又出現(xiàn)了首個工業(yè)規(guī)模的CCS裝置。然而，仍有大量工作待完成。根據(jù)2020年的數(shù)據(jù)，僅有約3500萬噸二氧化碳當(dāng)量（占總排放量的350億噸）被重新捕獲。作為全球最大的煤炭發(fā)電國，美國和中國均致力于成為CCS領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者。

兩種方法

捕獲二氧化碳的兩種最常見技術(shù)是預(yù)燃燒和后燃燒。在后燃燒技術(shù)中，二氧化碳在煤炭燃燒后被去除。該技術(shù)適用于傳統(tǒng)燃煤發(fā)電廠，其中煤炭作為固體燃料通過燃燒產(chǎn)生熱量和電力。這是目前最常見的煤炭發(fā)電方式。

在燃燒前捕獲技術(shù)中，二氧化碳在燃燒前被去除。該技術(shù)適用于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電廠，其中煤氣化過程將煤炭轉(zhuǎn)化為合成氣，用于為發(fā)電廠提供燃料。IGCC技術(shù)可最大化電力輸出并減少空氣污染物排放，主要包括氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）。

碳捕獲與封存（CCS）技術(shù)在燃燒后和燃燒前階段具有相似性。含有二氧化碳的氣體與溶劑接觸，溶劑首先捕獲二氧化碳，隨后釋放，使二氧化碳得以壓縮并儲存。

一旦二氧化碳被捕獲，可儲存在地質(zhì)構(gòu)造中。它也可用于增強(qiáng)油氣回收（EOR）——一種將二氧化碳與水混合后注入舊油井以輔助提取額外石油的方法。根據(jù)美國能源部數(shù)據(jù)，EOR技術(shù)有望將國內(nèi)石油回收效率從約30%提升至超過60%。

通過高效熱交換降低能源成本

在CCS過程中，需要進(jìn)行大量冷卻、加熱、冷凝和再沸騰步驟，因此能源成本占CCS過程成本的很大一部分。高效熱交換器是降低CCS成本的關(guān)鍵因素，使該過程在商業(yè)上更具可行性。

阿法拉伐參與了全球30至40個小型CCS試點(diǎn)工廠中近半數(shù)的換熱器技術(shù)研發(fā)。隨著CCS技術(shù)進(jìn)入新建大型示范項目的階段，阿法拉伐Packinox換熱器展現(xiàn)出其獨(dú)特價值，尤其在IGCC工廠的預(yù)燃燒工藝中表現(xiàn)突出。

Packinox——CCS應(yīng)用的理想換熱器

阿法拉伐Packinox代表了目前市場上最簡潔的設(shè)備布局。以600兆瓦的先進(jìn)IGCC-CCS為例，僅需兩臺Packinox換熱器，而管殼式設(shè)計則需要多倍于此的數(shù)量。

因此，Packinox 憑借其能夠提供高傳熱系數(shù)與單臺換熱器極大傳熱面積（最高可達(dá)約 20,000 平方米）的組合，成為目前資本成本和運(yùn)營成本最低的解決方案之一。這兩項特性對傳熱過程至關(guān)重要，因?yàn)樵撨^程涉及流體間極小的溫度差以及較大的流量。

使用Packinox的額外節(jié)省來自于其板式設(shè)計，該設(shè)計具有非常低的內(nèi)部體積，從而最大限度地減少了工藝回路中的溶劑量。此外，Packinox可以在與氣化器相似的壓力下運(yùn)行。對于預(yù)燃燒工廠，氣化器在高壓下運(yùn)行，這允許在不首先減壓的情況下清潔合成氣，從而在后續(xù)的二氧化碳再壓縮成本中實(shí)現(xiàn)重大節(jié)省。

美國兩處安裝案例

美國政府聲稱已對碳捕獲與封存（CCS）技術(shù)進(jìn)行了全球最大的投資，能源部動用了近40億美元聯(lián)邦資金，并匹配了超過70億美元的私人投資，用于多個示范項目。

阿法拉伐已成功為美國最大的兩座全規(guī)模IGCC電廠配備碳捕集裝置：其中一座位于印第安納州愛德華茲港，通過改造使電廠具備“碳捕集準(zhǔn)備”能力；另一座為600兆瓦的密西西比電力公司電廠——這是全球首座自投運(yùn)起即捕集二氧化碳的全規(guī)模IGCC電廠。盡管這兩套捕集裝置容量巨大，但僅需兩臺大型Packinox換熱器，且在運(yùn)行時表現(xiàn)良好。

作者: Michael Lawton