西弗吉尼亚州燃煤电厂碳捕获与封存初探 [幻灯片]

世界首个捕获并储存部分二氧化碳的发电设施已在阿巴拉契亚地区开始运营


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西弗吉尼亚州新海文—一根100层楼高的烟囱喷出翻腾的白色水蒸气云、二氧化碳和其他燃烧残余气体,该电厂每天燃烧多达12,000吨煤炭,位于登山者电厂——每年共计350万吨。该设施位于新海文镇郊外,拥有一个65米高的锅炉,能够产生足够的蒸汽来持续泵出1,300兆瓦的电力,足以每月为近一百万个美国家庭供电。现在,其烟囱排放的二氧化碳中大约有1.5%被一个工业装置捕获,该装置从混凝土中升起,然后被泵入地下储存。以防您想知道,这最后一个阶段被称为“清洁煤”。

法国阿尔斯通公司的子公司阿尔斯通电力公司总裁菲利普·茹贝尔说:“登山者是转折点。” “我们认为煤炭是必须的,但我们认为煤炭必须是清洁的。”

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少量烟道气通过玻璃纤维增强的塑料管道输送到碳捕获装置,并从其他去除飞灰、二氧化硫和氮氧化物的环境技术附加装置排出的55摄氏度温度冷却到-1至21摄氏度之间。碳捕获机器的巨大嗡鸣声主要来自风扇的旋转,以进一步冷却烟道气,以及搅拌器的稳定晃动,该搅拌器可防止固体在捕获二氧化碳的高罐中沉淀。还有压缩机持续的砰砰声,将捕获的二氧化碳以每平方厘米98公斤的压力压缩成液体。此外,再生器烟囱也会发出连续不断的隆隆声,蒸汽加热和压力结合在一起,将碳酸氢铵(二氧化碳剥离过程的一部分)重新转化为焙烤用氨(碳酸铵),并在操作过程中虹吸掉捕获的二氧化碳。还会产生少量硫酸铵(一种肥料);它被运往俄亥俄州河对岸的农民合作社。

阿尔斯通电力技术和政府事务副总裁罗伯特·希尔顿说:“这就像淋浴一样。” “气体向上流动,液体向下流动。”

这个由阿尔斯通建造的碳捕获装置被称为“冷氨”工艺,消耗25公斤包装的焙烤用氨,以从冷却的烟道气中去除二氧化碳,然后通过重新加热产生的碳酸氢铵,捕获二氧化碳并将重构的氨气循环回工业过程中。许多发电厂已经使用这种氨气在选择性催化还原装置中去除烟道气中的氮氧化物。

但与其他潜在的碳捕获技术(例如使用胺类(另一种氨化合物),仅运行就需要消耗高达工厂30%的电力)相比,冷氨工艺捕获二氧化碳的主要优势是降低了电力和蒸汽消耗,阿尔斯通的产品经理肖恩·布莱克说。这里的目标是将这个数字降至15%以下。

位于俄亥俄州哥伦布的美国电力公司(AEP)是该设施的所有者,其项目经理布莱恩·谢里克认为:“挑战将更多地在于存储方面”,因为存储取决于当地的地质情况以及合作的联邦和地方政府,以及当地居民的担忧。首次在威斯康星州威能源公司的普莱森特草原发电厂进行的冷氨技术演示,并没有费心去储存二氧化碳,因为该州下方的地质条件无法进行这种封存。

总而言之,登山者电厂的碳捕获机器每小时可捕获5.5公吨的加压二氧化碳,这些二氧化碳通过直径5厘米的绝缘管道流出。它被泵送约300米到达注入地点,在那里其压力增加到每平方厘米140公斤以上,然后通过两个井口之一进行泵送。在被称为AEP 2的井下,二氧化碳直接向下流淌2,375米,进入玫瑰岩砂岩,这是一个35米厚的地层,其中有9米厚的带状多孔岩石,适合储存。在AEP 1井下,二氧化碳定向流入铜岭白云岩,后者具有更薄的储层,可能用于存储,深度超过2,450米。位于顶部的厚层页岩和石灰岩确保二氧化碳不会逸回地面。

谢里克说:“旧井是最可能的泄漏路径”,并且有一个旧的煤气井穿透地球到达地下1,200米处,美国电力公司将密切监测该井。此外,该公司还专门钻了三口井,以监测二氧化碳在深层地下扩散的情况。

经过五年的注入(估计为500,000公吨的乳白色液体),被封存的二氧化碳羽流可能变得足够大,可以进入俄亥俄州。俄亥俄州拉辛镇市长斯科特·希尔说:“那里的情况应该比在空气中好。” 他补充说,他对此没问题,“除非发生什么事。你知道,他们只是告诉你你想听的事情。”

下一步将扩大整个装置的规模,使其能够捕获与该电厂235兆瓦电力相关的二氧化碳排放量,或大约其产量的五分之一,谢里克说。当然,这将占用更多的空间,根据初步工程,大约需要8到12英亩;一个足够大以捕获该电厂全部排放量的装置可能与该电厂本身一样大。而且这将花费至少7亿美元,美国电力公司已申请从联邦政府获得其中的一半。

阿尔斯通美国公司总裁兼首席执行官皮埃尔·高蒂埃表示,阿尔斯通计划在2015年前以商业方式提供这种冷氨技术。“这不会是明天早上,但也不会是2030年。”

位于加利福尼亚州帕洛阿尔托的电力研究所(EPRI)高级副总裁亨利·“汉克”·考特莱特补充说:“电力行业的首要任务是使电力部门脱碳。” “如果我们能够做到这一点,我们可以通过电动汽车等替代技术帮助他们使经济的其他部门脱碳。” 事实上,电力研究所估计,通过碳捕获和封存(CCS)、增加可再生能源的发电量和新的核电站,以及效率的提高,到2030年,美国温室气体排放量可以减少41%。

当然,紧挨着登山者电厂的是菲利普·斯波恩发电厂,该发电厂的多个烟囱和四个较小的锅炉除了不断地将煤添加到其庞大的堆中外,没有其他明显的活动迹象。但那是因为旧电厂没有任何污染控制措施,其排放物即使被检测到,也只是淡淡的雾霾。此外,斯波恩的飞灰池隐藏在登山者电厂碳捕获和封存装置后面的草坡后面,被美国环境保护署认定为具有“高危害潜力”。

随着污染控制措施尽量减少导致酸雨和烟雾的排放物以及减少改变气候的温室气体,煤炭可能会变得更清洁,但是煤炭燃烧仍然会留下很多残留物:有毒的灰烬、汞和其他问题。像斯波恩这样自1950年开始运行的老旧工厂永远不会得到这种污染控制措施。相反,它们将继续运行,直到像美国电力公司这样的公用事业公司被迫关闭它们为止,这也将增加电力成本。

清洁的煤炭也将更加昂贵,这使得登山者电厂生产的电力价格每千瓦时至少增加4美分,约为每千瓦时5美分。尽管如此,西弗吉尼亚州参议员杰伊·洛克菲勒指出:“这是世界上首次进行碳捕获并将其作为封存的一部分。” “有些人说这只是一小部分,但这并不是重点。它从一小部分中去除了90%的碳。”
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