燃煤電站的CO2減排是煤炭清潔、低碳、高效利用的重要課題之一。傳統(tǒng)的燃煤電站采用的是“先污染、后治理”鏈式方式，即從煤燃燒后的尾氣中捕集CO2。采用煤直接燃燒的方式，煤的燃燒溫度可達1800℃以上，因為受限于透平材料，可利用的蒸汽循環(huán)的溫度不高于700℃，燃料與可利用的蒸汽之間存在巨大的品位差，造成了燃料轉化過程中做功能力的巨大損失。同時，直接燃燒還是導致尾氣中CO2濃度低的直接原因，CO2因被N2稀釋，濃度僅為10-15%，造成了CO2分離能耗大。采用傳統(tǒng)燃燒后捕集90%的CO2，會使電廠發(fā)電效率下降10-15個百分點，發(fā)電成本上升70-110%。

針對傳統(tǒng)燃煤電站CO2捕集能耗和成本高的缺陷，中國科學院工程熱物理研究所分布式供能與可再生能源實驗室以燃料轉化過程的做功能力利用與CO2生成、遷移之間的關聯(lián)關系為突破口，提出了“燃料轉化過程化學能梯級利用與CO2捕集一體化”的思路，即在減小燃料轉化過程的不可逆損失的同時，實現(xiàn)CO2的定向富集，從而減小CO2分離能耗，在CO2形成的源頭實現(xiàn)低能耗的CO2捕集。基于“一體化”思路，實驗室開展了燃料轉化過程的不可逆損失與CO2富集耦合機理研究，開發(fā)了“煤炭碳氫元素定向氣化與CO2富集一體化”方法、化學鏈燃燒技術與方法、控制CO2的煤基化工動力多聯(lián)產技術等。

目前，研究團隊搭建了10kW級的燃料轉化與二氧化碳富集一體化實驗臺，用于研究燃料轉化過程中CO2富集機理，為實現(xiàn)“煤炭碳氫組分定向氣化與CO2富集”、煤化工及化工動力多聯(lián)產方向CO2提供實驗依據(jù)。實驗單元可實現(xiàn)6兆帕、1300攝氏度的反應條件以及合成氣的部分循環(huán)，為碳遷移研究提供實驗保障。實驗平臺集成了三個固定床反應器，三組實驗可以同時進行，大大提高了科研效率。到目前為止，此平臺已做完四百余組實驗，共涉及7個煤種、多種反應條件。

研究團隊在此領域已發(fā)表了相關理論研究成果，包含SCI論文20余篇，1項國際專利與5項國內專利，并獲得美國機械工程師協(xié)會ASME獎。

（來源：中國氮肥與甲醇技術網）