二氧化碳捕獲技術介紹(二):燃燒後捕獲

 
2017/06/23 李元亨 | 國立成功大學資源工程學系     364
 

隨著人類社會進入工業化,化石燃料的使用,伴隨著大量二氧化碳的產生。大氣內的二氧化碳濃度提升,使溫室效應更加劇烈,造成全球氣候持續變暖與海平面上升等多項災害。因此,為了減緩溫室效應,如何減少二氧化碳排放量已成國際社會關注的問題。二氧化碳捕獲及封存(簡稱碳捕存),是有效的溫室氣體減量方案之一。根據IEA(International Energy Agency, 國際能源總署)2016年的預估,2050年時,碳捕存技術可貢獻全球12%的二氧化碳減量。

 

碳捕存指的是將化石燃料所產生的二氧化碳,利用碳捕獲技術加以分離並捕獲,壓縮後經由管線、船運等運輸方式,運送到封存場址進行封存。碳捕獲技術在現階段,可分為燃燒後捕獲、燃燒前捕獲、富氧燃燒三種方式,本文將針對燃燒後捕獲進行介紹。

 

燃燒後捕獲技術的原理

 

燃燒後捕獲技術,指的是工業生產中,化石燃料在空氣中燃燒後,將所產生於煙氣中的二氧化碳加以分離,並將其淨化及壓縮,主要應用於發電廠、石化廠等。

 

燃燒後捕獲技術,可分為燃燒發電、二氧化碳捕獲、二氧化碳淨化與壓縮三個部分。燃煤發電部分與一般發電廠相同,將化石燃料在鍋爐內燃燒,將水加熱,產生高溫高壓之蒸汽後,將其導入渦輪機推動葉片轉動,並帶動發電機產生電力。燃料燃燒後所產生的煙氣,以氮氣及二氧化碳為主,並含有部分氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx),須先經過脫硫脫硝處理後,再進行二氧化碳捕獲。

 

二氧化碳捕獲,一般可分為吸收法、吸附法及薄膜分離法等。於工業製程中,在燃燒後捕獲系統多以化學吸收法為主,如醇胺法。醇胺法指的是利用醇胺類的化學溶劑,由於其具有強鹼性,可較快與二氧化碳反應,將煙氣內的二氧化碳吸收,再透過逆反應將二氧化碳分離,進行後續的壓縮封存,化學溶劑可進行重複利用。

 

燃燒後捕獲技術的優缺點

 

相對於其他捕獲方式,燃燒後捕獲具有排放煙氣體積大、排放壓力低、二氧化碳分壓較小等特點。以煤炭或石油為燃料時,二氧化碳排放濃度約12~18%,若以天然氣為燃料,二氧化碳排放濃度僅有3~8%,且捕獲用的化學溶劑為強鹼,具有腐蝕性。因此,在燃燒後捕獲系統中,碳捕獲所耗能量高,並且需使用大量的水進行冷卻,同時設備有易腐蝕的問題,所需的設備投資以及運行成本高。

 

雖然所需的運行成本較高,但燃燒後捕獲的技術發展較為成熟,對於現行機組的改造量較小,可應用於傳統的粉煤燃燒發電技術上,並由現有的燃煤發電廠進行改造,具有原地改建的成本優勢。

 

整體而言,雖然燃燒後捕獲具有捕獲所耗的能量大、運行成本高等缺點,但可透過化學溶劑的改進和捕獲設備的研發,來減少燃燒後捕獲的能量損失,並可運用到現有的燃煤電廠中,實現大規模二氧化碳減量的目標。

 

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

審校:沈建豪

 
 
 
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