《碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化技術(shù)規(guī)范》

1T/TMACXXX—202X碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化技術(shù)規(guī)范本文件界定了碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化技術(shù)的術(shù)語(yǔ)和定義，規(guī)定了流程及邊界，性能指標(biāo)的計(jì)算方法。本文件適用于空氣與煙氣條件的碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化，二氧化碳捕集適用于采用空氣、燃燒后、燃燒前及富氧燃燒的捕集工藝；原位二氧化碳轉(zhuǎn)化適用于二氧化碳甲烷化反應(yīng)、二氧化碳逆水煤氣變換反應(yīng)、甲烷干重整反應(yīng)、二氧化碳輔助烷烴脫氫反應(yīng)、甲醇化反應(yīng)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB50222建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB50660大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范HJ/T255建設(shè)項(xiàng)目竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范火力發(fā)電廠JB/T12909-2016燃煤煙氣二氧化碳捕集裝備3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1二氧化碳（CO2）捕集carbondioxidecapture將低濃度CO2從大氣、工業(yè)或能源設(shè)施中分離，產(chǎn)生易于運(yùn)輸、儲(chǔ)存或利用的高濃度CO2流的過(guò)程。[來(lái)源：T/CSES41—2021，5.1]3.2吸附劑adsorbent將低濃度CO2從大氣、工業(yè)或能源設(shè)施中分離出來(lái)的材料。3.3CO2解吸CO2regeneration將CO2從吸附劑中分離出來(lái)的過(guò)程。3.4催化劑catalyst在化學(xué)反應(yīng)里能提高化學(xué)反應(yīng)速率而不改變化學(xué)平衡，且本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒(méi)有發(fā)生改變的物質(zhì)。3.5催化劑還原catalystreduction通過(guò)化學(xué)反應(yīng)降低催化劑氧化態(tài)，使其達(dá)到更活躍的狀態(tài)的過(guò)程。3.6CO2轉(zhuǎn)化CO2conversion將CO2通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成其他有價(jià)值的化學(xué)品或燃料的過(guò)程。2T/TMACXXX—202X3.7碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化(ICCC）integratedCO2captureandconversion在反應(yīng)器中先進(jìn)行CO2捕集，隨后在同一反應(yīng)器內(nèi)將捕集的CO2直接轉(zhuǎn)變成其他有價(jià)值的化學(xué)品或燃料的過(guò)程。3.8雙功能“吸附-催化”材料(BSCM)bifunctionalsorbent-catalystmaterial同時(shí)含有吸附組分/吸附劑與催化組分/催化劑的材料。3.9碳捕集溫度capturetemperature碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化過(guò)程中CO2與吸附劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的溫度。3.10轉(zhuǎn)化溫度conversiontemperature吸附后的CO2轉(zhuǎn)變成其他有價(jià)值的化學(xué)品或燃料時(shí)的溫度。3.11CO2轉(zhuǎn)化率CO2conversionCO2被轉(zhuǎn)化為其他化合物的效率。3.12產(chǎn)物選擇性productselectivity在化學(xué)反應(yīng)中，相對(duì)于總生成物量而言，特定目標(biāo)產(chǎn)物的生成比例。3.13捕集量CO2capacity每克雙功能材料能夠捕集的CO2的毫摩爾數(shù)。3.14產(chǎn)物產(chǎn)量productsyield每克雙功能材料在單一周期能夠產(chǎn)生的某一產(chǎn)物摩爾數(shù)。3.15吸附穩(wěn)定性adsorptionstability雙功能材料經(jīng)過(guò)指定次數(shù)捕集-轉(zhuǎn)化循環(huán)運(yùn)行后捕集量的變化情況。3.16催化穩(wěn)定性catalysisstability雙功能材料經(jīng)過(guò)指定次數(shù)捕集-轉(zhuǎn)化循環(huán)運(yùn)行后轉(zhuǎn)化率與選擇性的變化情況。3.17產(chǎn)物穩(wěn)定性productstability雙功能材料經(jīng)過(guò)指定次數(shù)捕集-轉(zhuǎn)化循環(huán)運(yùn)行后產(chǎn)物產(chǎn)量的變化情況。3.183T/TMACXXX—202X失活溫度deactivationtemperature雙功能材料CO2吸附性能或催化轉(zhuǎn)化活性出現(xiàn)明顯下降的臨界溫度。4碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化技術(shù)流程及邊界4.1工藝流程4.1.1典型碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化流程見(jiàn)圖1。圖1碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化流程4.1.2碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化反應(yīng)器應(yīng)按GB50660、GB50222、JB/T12909-2016和HJ/T255進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試及驗(yàn)收。4.2雙功能材料預(yù)處理4.2.1雙功能材料在碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化流程開(kāi)始運(yùn)行前需進(jìn)行預(yù)處理操作。4.2.2雙功能材料的預(yù)處理溫度不應(yīng)高于吸附劑與催化劑的失活溫度。4.2.3預(yù)處理后的雙功能材料需經(jīng)惰性氣體吹掃，直至尾氣中無(wú)CO2及H2/CH4出現(xiàn)，才可進(jìn)行CO2捕集。4.3CO2捕集4.3.1碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化工藝中的CO2捕集過(guò)程主要采用化學(xué)吸附法或化學(xué)吸收法，吸附劑以堿金屬氧化物以及堿土金屬氧化物、堿金屬碳酸鹽及固態(tài)胺等為主，吸收劑以有機(jī)胺溶液、離子液體、氨基酸溶液及氫氧化物溶液等為主，應(yīng)比較不同碳捕集材料的捕集量、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性等，結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的碳捕集材料。4.3.2CO2捕集過(guò)程的溫度應(yīng)根據(jù)吸附劑的種類選擇：a)固態(tài)胺吸附劑捕集溫度宜控制在45℃~75℃;b)鉀基吸附劑捕集溫度宜控制在25℃~200℃;c)鎂基吸附劑捕集溫度宜控制在200℃~400℃;d)鈣基吸附劑捕集溫度宜控制在400℃~700℃;e)吸收劑捕集溫度宜控制在40℃~70℃。4.3.3CO2捕集過(guò)程的溫度不應(yīng)高于雙功能材料的失活溫度。4.3.4CO2捕集過(guò)程應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注雙功能材料的捕集量。4.3.5CO2捕集過(guò)程進(jìn)行后應(yīng)進(jìn)行N2吹掃，直至尾氣中無(wú)CO2出現(xiàn)，才可進(jìn)行CO2原位轉(zhuǎn)化。4.4CO2原位轉(zhuǎn)化4T/TMACXXX—202X4.4.1碳捕集耦合原位轉(zhuǎn)化工藝中的CO2轉(zhuǎn)化過(guò)程應(yīng)根據(jù)反應(yīng)的不同選擇催化劑，甲烷化反應(yīng)以鎳、釕基催化劑為主、甲烷干重整反應(yīng)以鎳基催化劑為主、甲醇化反應(yīng)以氧化銅/氧化鋅/氧化鋁為主、逆水煤氣反應(yīng)以鉑、鐵基以及銅基催化劑為主，需考慮轉(zhuǎn)化溫度與產(chǎn)物分布選擇合適的催化劑。4.4.2CO2轉(zhuǎn)化過(guò)程的溫度應(yīng)根據(jù)產(chǎn)物的生成條件選擇：a)甲烷化反應(yīng)溫度宜控制在200℃~500℃;b)甲烷干重整反應(yīng)溫度宜控制大于600℃;c)逆水煤氣反應(yīng)溫度宜大于600℃;d)甲醇化反應(yīng)溫度宜控制在200℃~350℃。4.4.3CO2轉(zhuǎn)化過(guò)程的溫度不應(yīng)高于雙功能材料失活溫度。4.4.4CO2轉(zhuǎn)化過(guò)程應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注雙功能材料的CO2轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物產(chǎn)量以及產(chǎn)物選擇性。5性能參數(shù)計(jì)算方法5.1總體要求雙功能材料的性能應(yīng)根據(jù)產(chǎn)物產(chǎn)量、CO2捕集量、CO2轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物選擇性、CO2捕集效率評(píng)價(jià)。5.2產(chǎn)物產(chǎn)量yi——產(chǎn)物i的產(chǎn)量，單位為毫摩爾每克（mmol/g）；Qout——反應(yīng)器出口氣體的流量，單位為毫升每秒（mL/s）；tr,start——反應(yīng)器開(kāi)始通入還原性氣體的時(shí)刻，單位為秒（str,end——反應(yīng)器結(jié)束通入還原性氣體的時(shí)刻，單位為秒（sFi,out(t)——出口氣體中產(chǎn)物i在t時(shí)刻的濃度，單位為百分率（%mDFM——雙功能材料的質(zhì)量，單位為克（g）。5.3CO2捕集量CO2捕集量按公式（2）計(jì)算：cco2=...........（2）式中：cco2——CO2捕集量，單位為毫摩爾每克（mmol/g）；tco2,start——反應(yīng)器開(kāi)始通入CO2的時(shí)刻，單位為秒（stco2,end——反應(yīng)器結(jié)束通入CO2的時(shí)刻，單位為秒（s）；Fco2,int——進(jìn)口氣體中CO2在t時(shí)刻的濃度，單位為百分率（%）；Fco2,out(t)——出口氣體中CO2在t時(shí)刻的濃度，單位為百分率（%）。5.4CO2轉(zhuǎn)化率5T/TMACXXX—202XXCO2——CO2轉(zhuǎn)化率，單位為百分率（%）。5.5產(chǎn)物選擇性si——產(chǎn)物i的選擇性，單位為百分率（%）。5.6氫碳比式中：H2/CO——?dú)涮急取?.7捕集效率式中：ηCO2——CO2捕集效率，單位為百分率（%）；FCO2,in——進(jìn)氣口中CO2的濃度，單位為百分率（%）。5.8多周期吸附循環(huán)穩(wěn)定性