本世紀中葉之前煤炭等化石能源將一直是中國乃至世界最主要、最可靠的能源,對此產生的環境容量的制約和過量排放CO2帶來的全球氣候變暖等問題,中國提出了“碳中和、碳達峰”的雙碳目標戰略,以及教育部提出加強碳達峰碳中和高等教育人才培養體系。
針對目前石油化工、鋼鐵水泥等行業的CO2排放量大,實際處理量小,缺乏CO2捕集技術與裝備等問題,提出研發智能化CO2捕集技術與裝備。該項目一方面以有機胺為溶劑,通過系統集成優化與調控,能夠有效實現CO2的捕集利用以及胺溶液的解吸再生,同時產品能耗相較于傳統設備降低20%,運行成本大幅降低,從而實現高效低的能耗碳捕集技術。另一方面,該項目通過將捕集設備與人工智能相耦合形成全流程智能化操控技術,實現人機交互,能夠智能化調控運行參數,為智能化CO2捕獲技術的工業應用提供技術支撐與理論指導,實現全流程的智能化操控技術。
創新性:從碳捕獲技術的關鍵基礎理論的研究入手,通過創制高效吸收劑和低耗解吸催化劑,開發了吸收-催化解吸的高效低能耗的CO2捕集工藝。實現現有CO2技術的成本的大幅度降低。
先進性:①高效溶劑技術比同類技術能耗降低了40%;②固體酸催化劑技術比同類能耗降低了35%。
本項目實現了吸收工藝與催化工藝的系統耦合,同時建造了一套全流程的樣機。隨著“雙碳”目標的確立,我國對CO2的排放限制愈加嚴格。因此,針對大規模工業煙氣低濃度CO2捕集技術開發對于電力、鋼鐵、水泥、石油化工的產業發展極具前瞻性和重大的現實意義。
該技術可大幅度降低現有CO2捕集過程的能耗與成本,有望突破CCUS工程化和規模化關鍵技術瓶頸。相關技術還可以用于火電、鋼鐵、水泥等企業產生的CO2捕集過程,對于促進能源和化工企業的快速發展,建設可持續發展的能源化工產業鏈,加速實現能源清潔利用和低碳生活具有重要意義。
圖1.本項目應用現場
圖2.本團隊技術服務現場圖
本技術面向電力、鋼鐵、水泥、石油化工等大規模工業煙氣中低濃度的CO2的分離與純化,能夠實現的煙氣中CO2高效低能耗脫除,達到減碳的目標。
1.高CO2排放行業碳減排
高效低能耗的CO2捕集技術可以用于石油化工、電力、鋼鐵水泥等高碳排放行業,實現工業領域的低成本的減碳需求,本項目智能化CO2捕集裝備,通過系統集成優化與調控,能夠降低捕集過程的溶劑損耗,減少有機胺溶液的用量,降低原料成本,滿足各行業對于碳捕集和封存的成本需求,以及政府實現雙碳目標的技術需求,助力其完成相應的CO2排放指標。
2.碳中和領域人才培養及科學研究
為貫徹《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》,推進高等教育高質量體系建設,提高碳達峰碳中和相關專業人才培養質量。提出實現碳達峰碳中和,是對加強新時代各類人才培養提出了新要求。本項目生產的設備實現了吸收-解吸一體化運行,一個設備即可完成全流程的循環實驗;同時實現了測量儀器的一體化和智能化,可直接簡單地通過人機交互進行數據讀取、實驗操作等,有著高精度和易操作的優點;還安裝了聲光報警系統,保障實驗安全,滿足高校及科研機構對于CCUS設備的教學需求和科研需求,目前已用于北京理工大學的本科實驗教學,助力碳中和領域的人才培養。
3.碳中和領域專業技術人員培訓
目前,碳中和領域專業人才不足,本項目將在設備銷售的基礎上增加科研測試服務與人才技能培訓,提供工業園區、能源消耗型工廠長期優質的設備維護與檢修等售后技術服務,助力完成政府的“雙碳目標”規劃和社會的碳捕集普及推廣,并對相關行業人員進行專業技術培訓服務。
1.潛在市場規模
中國2022年碳排放總量為114億噸CO2,其中工業領域CO2排放量占比達到50%以上,到2060年這些領域都需要達成相對為零的減排目標。而目前我國碳捕集的容量不到100萬噸/年,因此我國需大力發展節能減排技術,升級減排技術與裝置,其中工業減排所需市場規模巨大。在人才培養領域,目前全國高校的碳中和人才培養剛處于起步階段,從事CO2捕集研究的高校與研究員,均需要相關技術與裝備進行教學和科研研究。目前高碳排放領域的從業人員的碳捕集專業知識匱乏,需要大量專業技術理論的學習與相關設備技術的培訓。由上面可以得出,我國碳排放方面對于工業技術和人才培養的需求缺口龐大,具有巨大的發展潛力。
2.核心競爭力
與傳統有機胺捕集技術與裝備的高成本和復雜性等特點相比,本項目產品具有高捕集率、低解吸能耗、小型化、吸收-解吸一體化、智能化等特點,具有更高的安全性、更低的操作難度以及更低的場地和維護需求。本產品性能優良,在智能化上實現突破,具備良好的CO2捕集性能。與傳統有機胺捕集技術與裝備相比較,可節省溶劑成本以及降低能耗成本,從而提高產品收益。
3.成本及收益分析
與傳統有機胺捕集技術與裝備相比較,與傳統有機胺CO2捕集技術與設備比較,捕集效率提高了5%,捕集能耗降低了超過20%,可為客戶節省15%的人力成本及溶劑成本。盈利方式主要來自設備銷售、技術支持與服務、人才與技能培訓、設備升級費用四個方面。
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