• 通過(guò)透氧膜及二氧化碳捕捉提高制氫效果
  • 2010/11/2 15:58:28  http://htp3uxc.cn  科學(xué)網(wǎng)
  •   非常感謝李洪鐘研究員,今天非常高興有機(jī)會(huì)能夠在北京論壇發(fā)言。今天我講的課題是跟全球變暖有關(guān),但是目前沒(méi)有談到很多有關(guān)這個(gè)課題的情況。大家都聽(tīng)到很多有關(guān)全球變暖的情況,很多發(fā)言人提到氣候變化的方方面面。從一個(gè)加拿大人方面這是特別嚴(yán)峻的問(wèn)題,因?yàn)樗粌H是全球性的問(wèn)題,對(duì)某些國(guó)家來(lái)說(shuō)影響更大,特別是靠近極地的國(guó)家,北極的冰川正在消溶,這對(duì)我們是一個(gè)威脅。形勢(shì)的變化的速度也非常快,而且也非常危險(xiǎn)。


      一些極端的氣侯在很多國(guó)家都出現(xiàn),包括中國(guó)、希臘、澳大利亞,比如說(shuō)澳大利亞出現(xiàn)嚴(yán)重的旱災(zāi)等等。當(dāng)然冰川也在消溶,這是各個(gè)國(guó)家都受到影響的一個(gè)現(xiàn)象。有一些解決方案是長(zhǎng)期,比如說(shuō)我們聽(tīng)到的太陽(yáng)能,有一些是近期的解決方案,大家也聽(tīng)到一些有關(guān)的演講是關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的。同時(shí)我們應(yīng)該下大力氣開(kāi)發(fā)一些長(zhǎng)期的解決方案,這是戰(zhàn)略方面的。


      在加拿大所釋放的所有的溫室氣體中有77%是二氧化碳,12%的甲烷,10%的二氧化氮,還有一些其他的氣體也造成溫室氣體排放的組成部分。加拿大要想為微氣候變化的緩解做出貢獻(xiàn),就必須做出更大的努力,這是因?yàn)樵诩幽么髿夂畋容^寒冷,領(lǐng)土比較廣闊,以人均來(lái)說(shuō)我們是世界上能源最大的消費(fèi)國(guó),也是溫室氣體制造國(guó)。


      當(dāng)然要想減少二氧化碳的排放我們可以采取一些措施,我在這里列出一些措施,有一些是技術(shù)性的措施,有一些是非技術(shù)性的步驟,所有這些步驟都是需要的。如果我們想要解決非常嚴(yán)重的問(wèn)題,怎么節(jié)約能源?比如減少消費(fèi)需求,同時(shí)采取技術(shù)性的措施,改進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì),提高能效,我們必須更好地使用可再生能源,特別是太陽(yáng)能、風(fēng)能,潮汐能。同時(shí)提高廢棄物的利用率。


      今天在我的演講當(dāng)中主要談到的問(wèn)題還有其他的辦法來(lái)捕捉二氧化碳和封存二氧化碳。要進(jìn)行二氧化碳的捕捉和封存,實(shí)際上占70%的成本都是來(lái)自如何聚集二氧化碳,一旦能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳順利的聚集,后面的步驟相對(duì)來(lái)說(shuō)就會(huì)容易很多。如何盡可能地聚集更高純度的二氧化碳就是很大的問(wèn)題?,F(xiàn)在有一個(gè)ZECA循環(huán)技術(shù),有一些人說(shuō)這是很好的在燃燒煤的時(shí)候分離二氧化碳的辦法。相對(duì)于氣化來(lái)說(shuō),水蒸氣重整來(lái)說(shuō)是更重要的方式,但是原理差不多。


      如果要捕捉二氧化碳,是在燃燒氣當(dāng)中或者氣化氣當(dāng)中,在煅燒過(guò)程中實(shí)行碳化。然后實(shí)現(xiàn)一個(gè)循環(huán),是流床系列。我們需要的是再生物再生裝置,可以用一些水蒸氣,使它能夠成為流體循環(huán)起來(lái),然后使他進(jìn)一步濃縮,然后再進(jìn)行煅燒物的再回收重新進(jìn)行循環(huán)。我們這樣做的機(jī)制相對(duì)來(lái)說(shuō)看起來(lái)是比較簡(jiǎn)單的,可以看到這張圖當(dāng)中顯示的是我們大氣熱重量測(cè)試反應(yīng)堆,在這個(gè)過(guò)程中我們用的更得多是石灰石,在這個(gè)過(guò)程中還要根據(jù)時(shí)間不同來(lái)測(cè)量有關(guān)的質(zhì)量,控制進(jìn)入的氣體。


      他們可能有不同的加熱器,用不同的氣溫進(jìn)行加熱,在兩個(gè)空間中進(jìn)行交流和轉(zhuǎn)換。我們看到這張圖表顯示的就是在進(jìn)行一兩次循環(huán)之后的情況,比如說(shuō)二氧化硫?qū)τ谘h(huán)的效率產(chǎn)生很大的影響,在向下的曲線(xiàn)當(dāng)中是一個(gè)煅燒過(guò)程,我們失去了一些質(zhì)量,然后在底部轉(zhuǎn)化成這個(gè)階段,這個(gè)階段主要是把二氧化硫放進(jìn)去,我們看到質(zhì)量有所上升。隨著質(zhì)量的上升,我們看到有一些在表面流物質(zhì)的重組,實(shí)現(xiàn)硫酸鹽化。進(jìn)入碳化的過(guò)程,再進(jìn)行重新的循環(huán),比如回到第一個(gè)階段重新煅燒。


      在第二個(gè)煅燒過(guò)程中,相比質(zhì)量的減少程度比第一次小得多,主要是兩種原因。第一我們有了更多的硫酸鹽,第二在煅燒的過(guò)程中被煅燒物的氣孔也有一定的變化。碳化過(guò)程也會(huì)有一些變化,碳化過(guò)程中的數(shù)量級(jí)從零級(jí)變成一級(jí)。使用這些鈣吸附劑我們可以看到氣孔大小的分布也會(huì)隨著不同的煅燒和鈣化循環(huán)不同的數(shù)量產(chǎn)生變化。比如說(shuō)小的氣孔可能會(huì)隨著循環(huán)的數(shù)量不斷增加變成更加大的氣孔,反映的過(guò)程就會(huì)速度不斷加快。如果我們能同時(shí)使用一些不同的,比如石灰石或者白云石就會(huì)產(chǎn)生不同的效果。


      這個(gè)地方主要顯示對(duì)鈣基物質(zhì)使用后產(chǎn)生的變化,有一些會(huì)產(chǎn)生鎂這樣的元素。如果進(jìn)行很多次循環(huán),在曲線(xiàn)底部主要有硫酸鹽的產(chǎn)生,底部曲線(xiàn)呈現(xiàn)不斷上升的是因?yàn)槎趸际怯凶兓?。下一張圖這個(gè)地方顯示的是這個(gè)地方由于流這個(gè)物質(zhì)含量不同,對(duì)整個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響。有一些鈣的碳化物發(fā)生變化,同時(shí)在高壓的情況下也會(huì)產(chǎn)生不同的反應(yīng)周期。總的來(lái)說(shuō)壓力對(duì)這個(gè)過(guò)程的影響并不是特別明顯。如果沒(méi)有硫,而是二氧化硫,或者使用其他的方式,比如水蒸氣重整,那么出現(xiàn)的結(jié)果就會(huì)有所不同。


      為什么這個(gè)循環(huán)的過(guò)程有時(shí)被人們稱(chēng)為在氣化的時(shí)候比在被碳化的時(shí)候捕捉二氧化碳更有效。在這個(gè)過(guò)程中可以進(jìn)行很多次周期循環(huán),過(guò)去大部分人都是進(jìn)行24周期循環(huán),如果這樣就不是特別清楚到底這個(gè)過(guò)程是不是可以在工業(yè)上應(yīng)用。所以很重要的一點(diǎn)在很多周期上是什么結(jié)果。比如說(shuō)進(jìn)行一定數(shù)量的周期,200之后,大家看到這個(gè)反應(yīng)就是比較平穩(wěn)的。雖然這個(gè)比例比如說(shuō)10%是一個(gè)比較高,不是很令人滿(mǎn)意,也許你需要更大的裝置來(lái)捕捉二氧化碳,但是至少表明可以在較長(zhǎng)時(shí)間使用這個(gè)吸附劑,這個(gè)前景是比較好的。走過(guò)200或者400的周期之后,每一次周期的性能都差不多。


      在我們看來(lái)到底取得什么樣的結(jié)果,也就是說(shuō)到底能夠捕捉多少二氧化碳,有的時(shí)候跟碳化的時(shí)間有很大關(guān)系。當(dāng)然所有這些設(shè)置都應(yīng)該在正確的時(shí)間中運(yùn)行。比如4.5分鐘這個(gè)碳化的時(shí)間,我們還做過(guò)一些,在這張圖表上還沒(méi)有列出的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)一步表明在很多程度上碳化時(shí)間有多長(zhǎng)。所以要進(jìn)行多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)才能夠最終確定最終的結(jié)果是什么樣。這是在顯微鏡下可以看到的,在很多次周期循環(huán)之后吸附劑的情況,在超過(guò)1000次循環(huán)之后我們會(huì)看到氣孔在不斷變大,比如說(shuō)24小時(shí)你可以恢復(fù)大部分吸附劑的吸附能力。


      最后我要說(shuō)的結(jié)論,這個(gè)活動(dòng)已經(jīng)進(jìn)行了很多年,主要是對(duì)鈣吸附劑進(jìn)行調(diào)查研究,雖然他不能涵蓋所有問(wèn)題,但是是比較好的總結(jié)。我對(duì)數(shù)量級(jí)都進(jìn)行了測(cè)量,這些數(shù)量級(jí)都是變動(dòng)性的數(shù)量級(jí),對(duì)于表面反應(yīng)所產(chǎn)生的能量跟我們的結(jié)果比較溫和,比如對(duì)于石灰石還有測(cè)試中的白云石大概分別是29和24千焦摩爾。也許在周期一開(kāi)始,好象這并不是很大的問(wèn)題,但是一旦二氧化硫進(jìn)入到表面,而且堵塞這些氣孔就會(huì)造成很大影響。


      相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)于二氧化硫和二氧化碳的捕捉都是有可能實(shí)現(xiàn)得,但是要按照一定的順序,也就是說(shuō)最好先捕捉二氧化碳,然后捕捉二氧化硫。在同一時(shí)間進(jìn)行氫二硫以及二氧化碳的捕捉也是可行的。這在很多情況下取決于鈣化的時(shí)間有多長(zhǎng),相對(duì)來(lái)說(shuō)煅燒的時(shí)間也會(huì)產(chǎn)生影響。同時(shí)我也指出一點(diǎn),氫二硫?qū)τ谶@個(gè)過(guò)程的影響要比二氧化硫更弱一下。在兩個(gè)氣化和重整過(guò)程中都可以用鈣化來(lái)實(shí)現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)所達(dá)到的目的。在這個(gè)過(guò)程中,可能會(huì)發(fā)生什么呢,就是這個(gè)過(guò)程可以分離80%的二氧化碳,所以我們認(rèn)為這有很大的開(kāi)發(fā)潛力,雖然剛才我談到再循環(huán)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。