1温室效应与温室气体(2)

工厂的数量越多，技术上适于捕获的高浓度CO2源 的数量就越大。
我国温室气体减排的重要性与必要性
温室气体大量排放带来的全球 气候环境的变换，引起了全球的密 切关注。 我国作为世界CO2排放的大国， 面对全球气候变暖的危机,正在采 取积极行动。
我国温室气体减排的重要性与必要性
我国温室气体排放已经居世界前列，单位GDP污染 排放量是发达国家平均水平的十几倍。
燃料转化步骤较为复杂，与燃烧后系统相比成本较 高，但反应器产生的高浓度CO2（在烘干条件下一 般占体积的15—60%），以及在这些应用中采用的 高压则更有利于CO2的分离。
燃烧前系统可以在采用整体煤气化联合循环发电系 统 （IGCC）技术的电厂中使用。
氧化燃料系统
氧化燃料系统用氧代替空气作为一次燃烧进行燃 料，产生以水汽和CO2为主的烟道气体。产生的烟 道气体具有很高的CO2浓度（占体积的80%以上）， 然后通过对气流进行冷却和压缩清除水汽。
等人类活动所排放温室气体(比如CO2)导致温室效 应增强，从而引起全球气候变暖
温室气体CO2
过去二十万年温度变化与二氧化碳浓度变化的关系
温室气体CO2
IPCC报告： 自二十世纪以来， 大部分已观测到的 全球平均气温上升 很有可能是由于已 观测到的人为温室 气体排放的增加所 导致。 IPCC把很有可能定 义为：至少90%的 肯定。
参考书目
《温室气体CO2的控制和回收利用》张阿玲 方栋 编著 中 国环境科学出版社
《二氧化碳的减排与资源化利用》朱跃钊 廖传华等 编著 化学工业出版社
《二氧化碳地质埋存与提高石油采收率技术》沈平平，廖 新维 编著 石油工业出版社
《工业领域温室气体减排与控制技术》蒋家超，编著 化 学工业出版社
节能技术
“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20％ 左右、主要污染物排放总量减少10％。
节能与减排是相互促进的，二氧化碳减排与单位 GDP能耗降低密切相关
新能源与可再生能源
植树造林
森林和陆地生态储存是最理想的廉价储存方式， 但一个功率为 500MW 的燃煤电站约需 2000km2的 森林来捕集其所排放的二氧化碳，故不可能作为 主要储存方式。
“经济增长方式粗放。突出表现在能源消耗高、 环境污染重。
—摘自温家宝总理2007年3月5日政府工作报告
减排方法
主要减排方法有哪些？ 效果如何？
主要减排措施
当今社会基本上建立在以化石燃料为基础的能源体系上， 而且目前全球每年排放的CO2已达到几百亿吨，使大气中 CO2，浓度上升到400ppm。按这个趋势发展，要在21世 纪内实现把CO2浓度稳定在550ppm以下(相当于产业革前 的2倍)，并把全球大气平均上升温度控制在3℃以内的目 标，是相当困难的。
IPCC说了什么 http://songshuhui.net/archives/44680
考核方式
期末 考试
70%
平时 成绩
30%
无故缺席1次，平时成绩扣8分
温室效应与温室气体
大连理工大学
主要内容
温室效应 温室气体 减排措施 CO2捕集 CO2封存利用
The day after tomorrow
CO2 的捕获和封存
二氧化碳（CO2）捕获和封存（Carbon dioxide Capture and Storage，缩写为CCS）是指CO2从工业或相关能源 的源分离出来，输送到一个封存地点，并且长期与大气隔 绝的一个过程。
CCS是稳定大气温室气体浓度的减缓行动组合中的一种选 择方案。其它减缓方案包括提高能源效率、向低含碳量燃 料转变、核能、可再生能源、增加生物汇、以及非CO2温 室气体的减排。CCS具有减少整体减缓成本以及增加温室 气体减排灵活性的潜力。
气候变化
•当今全球最重要的议题之一 •人类正面临气候变化带来的严重后果：
•全球变暖 •极端气候条件
据世界气象组织称，2015、2016和2017年是有 记录以来全球气温最高的三年。“最近3年是气 温升高创记录的3年。这是长期气候变暖的部分 后果。” “我们经历了不寻常的天气：亚洲气 温达到50摄氏度；在加勒比海和大西洋直至爱 尔兰接连出现罕见的飓风；数百万人遭受毁灭 性的季风洪灾以及东非发生严重的干旱。”
与同等的未采用捕获的电厂相比，捕获和压缩需要的能源 大体上要高出10-40%。
原理上，氧燃料系统几乎可以捕获所产生的全部CO2。但 由于需要增设气体处理系统以清除污染物，如硫和氮氧化 物，因而降低了CO2的捕获水平，可以达到的水平稍高于 90%。
捕获系统示意图
图中简要说明了氧燃料燃烧、燃烧前（包括氢和肥料生产）、燃烧后及CO2 的工业源（包括天然气加工设备和钢铁、水泥生产）
难以忽视的真相
美国前副总统戈尔 环保主义者，在白宫任职
期间，积极推动克林顿签 署《京都议定书》 获第７９届奥斯卡 最佳纪录片奖 获2007年度诺贝尔和平奖
温室效应
概念？ 危害 or 有益？
温室效应
“温室效应”的概念最早由瑞典化学家斯万特·阿 勒尼斯提出。他认为，围绕地球的大气层好象温 室的玻璃，不断吸收地球的辐射，然后又把部分 能量反射回地球。
CO2地质埋存地点 : 1. 衰竭油气藏；2. CO2驱油提高石 油开采率； 3. 深处盐水饱和的地 层岩石；4. 深处不能开采煤层； 5. 二氧化碳提高煤层气采收率；6. 其 他选择（玄武岩，油页岩，孔洞）
CO2捕获
CO2捕获的目的是产生能运输到封存地点的CO2高 压浓缩液。
虽然在原理上，含有低浓度CO2的全部气流可以运 输并注入地下，但能源成本和其他相关成本通常 使这种方法变得不切实际。因此需要生产几乎是 纯的CO2浓缩液，用于运输和封存。
温室效应原本是地球保持温度的关键，但是随着 世界工业日益发展，大气层中的二氧化碳等温室 气体不断增加，改变了大气层的结构，使原来可 以进入宇宙的地球热量更多地被大气层吸收，继 而又被反射回地球，从而提高了地球表面的温度。
火星表面平均温度-53℃ 地球表面平均温度15℃
没有温室气体，-18℃
第一条长距离的CO2管道于20世纪70年代初在美国投入 运行，超过2,500公里的管道每年将天然源和人为源产生 的4千万吨CO2运输到位于德克萨斯州的许多地方，CO2 在那里被用于强化采油。这些管道在环境温度下以“浓缩 相”方式高压运行（这种方式是一个连续不断地加压过程， 始终将气体保持在液体状态，无明显相变）。
CO2减排技术的效果
你的选择？
温故而知新
温室效应：原理、危害 温室气体：种类、来源 减排措施的种类 CCS 、CCUS
我国CO2封存研究的必要性
随着减排压力的增大，CCS相关项目的实施， CO2地质封存将成为我国实现减排过程的一个重 要环节，开展CO2地质封存的相关科学研究将具 有重要意义。
地球表面气温升高，各地降水和干湿状况也会发生变化。 现在温带的农业发达地区，由于气温升高，蒸发加强，气候会 变得干旱，农业区会退化成草原；干旱区会变得更干旱，土地 沙漠化，使农业减产。
原来是一片温带草原，现在是……
温室效应引起的后果
科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到 2050年全球温度将上升2－4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海 平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名 的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。
CO2源
人类活动引起的CO2排放，主要产生于发电、交通 运输、工业流程，以及民居和商业建筑所使用的 化石燃料的燃烧。
在某些工业流程中，如水泥生产或制氢，以及生 物质燃烧过程中也排放CO2。
CO2源
未来的源
2020年全球CO2排放的范围为每年29-44千兆吨CO2， 2050年是每年23-84千兆吨CO2。预计电力和工业 行业CO2排放源的数量到2050年将显著增加，主要 在南亚和东亚。相比之下，欧洲这种源的数量可 能略有减少。
在这种情况下，提出了三种，即: 1)采用各种控制CO2产生的技术。 2)采用CO2捕集和地下封存பைடு நூலகம்术。 3)扩大CO2吸收源。
CO2减排对策
节能技术的开发普及
新能源与可再生能源 世界范围内的植树造林的促进 能源环境技术的革新
CO2的海洋・陆地封存技术 有效的CO2化学・生物固定技术的开发
温室效应引起的后果
1、地球上的病虫害增加； 2、海平面上升； 3、气候反常，海洋风暴增多； 4、土地干旱，沙漠化面积增大。
温室效应的后果将是全球气候的异常， 使降雨、风、云层、洋流以及南北极冰帽大小 等关键可变因素发生变化。冬季缩短、夏季延 长，由于蒸发增强，大片地区的土壤湿度将会 降低。
温室效应引起的后果
氧化燃料需要对空气中的氧进行上游分离，目前 多数设计中假定氧的纯度为95-99%。
氧化燃料作为在锅炉中捕获CO2的一种方法，目前 还处于示范阶段
电厂CO2捕获
目前电厂中使用的燃烧后和燃烧前系统可以捕获电厂产生 的CO2的85%-95%。达到更高的捕获效率是可能的，但分离 装置会变得相当大，需要的能量更多，成本也更高。
温室气体减排A 原理与实验
大连理工大学
课程目的
掌握温室效应、温室气体概念 CO2减排的原理与方法 独立思考的能力
本门课的主要内容(CCUS)
第1讲 温室效应与温室气体 第2讲 CO2的物理化学特征 第3讲 CO2的捕获 第4讲 CO2的利用 第5讲 CO2地质埋存类型与机理 第6讲 CO2地下盐水层封存 第7讲 CO2驱油技术 第8讲 CO2驱煤层气技术 第9讲 CO2地质埋存实验与实例分析
CO2捕获技术路线
目前正在大力开发的捕集技术主要是针对电站排 放的二氧化碳，主要有 3条技术路线：
燃烧后脱碳 燃烧前脱碳 富氧燃烧技术
燃烧后系统
燃烧后系统从一次燃料在空气中燃烧所产生的烟道气体中 分离CO2
通常使用液态溶剂从主要成分为氮的烟气中捕获少量的 CO2成分（一般占体积的3-15%）。
CO2运输
运输方法主要有三种：管道，船舶 和 公路、铁路罐车。 目前管道是一种成熟的市场技术并是运输CO2最常用的方
法。典型的做法是将气态CO2施加8兆帕以上的压力进行 压缩，旨在避免两相流和提升CO2的密度，因而便于运输 和降低成本。基本上成本在1–8美元/吨CO2（4–30美元/ 吨碳）之间。
这张图为拍摄于2002年2月17日的卫星照片，一块重达50亿吨的冰雪 区域从南极大陆解体，分散成数以千计的冰山的情景。这是全球气候变 暖的一个惊人结果。
温室效应引起的后果
温室气体
种类 来源 减排方法
温室气体种类
温室气体种类
• 氢氟碳化物（HFCs） • 全氟碳化物（PFCs） • 六氟化硫（SF6） • 温室气体：化石燃料燃烧和毁林、土地利用变化
CO2运输
也可将液态CO2装在船舶、公路或铁路罐车中运输，CO2被装 在绝缘罐中，温度远低于环境气温且压力也大大降低。
在某些情况或地点，使用船舶运输CO2从经济角度讲更具吸引 力，尤其是需要长途运输CO2或将其运至海外。使用海洋油轮 进行大规模商业运输石油液化气（LPG，主要是丙烷和丁烷）。 可以使用船舶以大体相同的方式来运输CO2（一般压力保持在 0.7兆帕），但由于需求有限，目前运输规模小。液态CO2的特 性与LPG的特性相似，如果出现了对这类系统的需求，那么该 项技术将逐步运用于大型CO2运载船。
我国CO2封存研究的必要性
我国CO2地质封存总量达到14548×108t，封存潜 力巨大，将有望实现深度CO2减排。
目前，CO2地质封存仍存在许多问题需要 研究， 如何保证CO2的长期安全封存，成为科学工作者和 社会各界的关注焦点。
可能的CCS系统示意图
二氧化碳捕获与地质封存
二氧化碳的捕获与封存 （CCS）：CO2源、CO2捕 获、CO2运输、以及CO2 封存。
对于现代粉煤（PC）电厂或天然气复合循环（NGCC）电厂， 目前的燃烧后捕获系统通常采用某一种有机溶剂，如单乙 醇胺（MEA）、甲基二乙醇胺 MDEA。
存在的主要问题是装置的能耗较高，且 MEA 的氧化降解 较严重
燃烧前系统
燃烧前系统在一个有蒸汽和空气或氧的反应器中处 理一次燃料，产生主要成分为一氧化碳和氢的混合 气体。在第二个反应器内通过一氧化碳与蒸汽的反 应生成其余的氢和CO2。可从最后产生的由氢和CO2 组成的混合气体分离出一个CO2气流和一个氢流。