碳捕获特写镜头
15 Sep 2023
为了加强用于应对气候变化的关键新战线，GEA 开发了一套针对主要工业排放者的需求而量身定制的碳捕获解决方案。
在应对气候变化的过程中，逐步引入可再生能源、可持续燃料和节能实践肯定会有所帮助，但仅执行这些措施是不够的。短期内，从点源捕获 CO2 以进行再利用或长期地下储存将至关重要。事实上，碳捕获已被广泛认为是控制 CO2 排放和让世界实现气候目标的最重要短期解决方案。1
几十年来，碳捕获一直被用来将天然气升级为可销售的燃料，或将回收的 CO2 注入油田以提高油回收率。但对于当今 CO2 重工业排放者来说，碳捕获本质上是一个新的领域。尽管石油和天然气公司始终有明确的经济动机将 CO2 从其产品流中分离出来，但水泥或钢铁生产商却并非如此。例如，在欧洲，这些工业排放者面临着不得不投资碳捕获并相应提高价格的前景，同时仍保持与没有 CO2 立法的国家的生产商竞争的能力。他们等不起。监管机构、公众和地球本身对采取气候行动的要求实在是太响亮、太紧迫了。
简而言之：当今的工业排放者需要一种快速、有效且经济的方法来捕获和消除他们的 CO2。
GEA 的碳捕获使命
作为排放控制解决方案的长期供应商，GEA 现在专注于帮助重排放行业开始碳捕获。“为了实现碳捕获的承诺，它必须变得更便宜、更容易在多个行业中实施，”GEA 碳捕获解决方案高级总监 Felix Ortloff 博士说道。Ortloff 和他的团队特别关注水泥、钢铁、玻璃、化学品和生物能源这五个行业，并根据其特定需求设计了一套碳捕获解决方案。“首先，其中许多公司必须应对监管变化并遵循自己的净零排放路径，因此他们需要非常紧急地开始，”Ortloff 说。“其次，如果没有大量补贴，他们很可能想要从小规模到中型规模开始，如此即可管理项目成本，并有可能在下一个扩展步骤中扩大产能。第三，他们正在寻找不那么复杂的解决方案；在这方面，单一提供商可以通过减少电池限制来提供帮助。最后，他们希望有一个能够在不干扰他们的情况下集成到他们的运营中的解决方案。”
为了满足这些要求，GEA 开发了一个包含四个主要组件的端到端碳捕获产品组合：
- XECO 废热回收 – 实现最大经济性：将设备工艺和烟气产生的热量用于提供 CO2 分离所需的大部分热量。
- SETO 气体预处理 – 实现最大有效性和寿命：从烟气中去除有害的微量成分，以最大限度地提高碳捕获化学的长期稳定性。
- CEBO 碳捕获设备 – 四种不同规模的胺基碳捕获设备为客户提供适合用途、经济且易于安装的解决方案。
- NAVO CO2 利用与封存 – CO2 净化、液化、调节和运输解决方案使客户能够消除捕获的 CO2 – 以便在工业生产或长期储存中再利用
对于 Ortloff 来说，GEA 在排放控制、废热回收和 CO2 液化和再利用方面的丰富经验，以及在设计、安装和扩展工业生产线方面的核心专业知识，使其在竞争中具有优势。“我们在废气处理方面的数十年经验使我们能够使用经济高效且更耐用的材料提供更加标准化、直接的设计理念，”他说。“与该领域的一些知名企业相比，我们还拥有足够的财务实力，能够以极具竞争力的价格水平运行更大的项目。而且我们保证性能，因此我们的客户可以获得项目风险非常低的优势。”
GEA 的碳捕获解决方案可实现最佳且经济的二氧化碳减排。
通过热能回收实现成本效益
碳捕获过程中最耗能的步骤是在热重沸器中加热胺溶液以解吸和分离 CO2 气体。GEA 的 XECO 废热回收解决方案可最大限度地利用设备的可用废热，帮助推动流程中的这一步骤并最大限度地降低运营成本。
“当今的一些旗舰碳捕获项目享有慷慨的公共资金 - 这是获得新技术经验所必需的 - 但绝大多数工业排放者将不得不自己为碳捕获提供资金。利用回收的废热为碳捕获过程提供燃料是最大限度降低成本的好方法。- Felix Ortloff 博士，GEA 碳捕获解决方案高级总监
- Felix Ortloff 博士，GEA 碳捕获解决方案高级总监
Ortloff 指出，有效的废热回收系统还必须根据设备烟气的具体特性进行设计。选择合适的载热介质（无论是导热油还是蒸汽）是另一个重要因素。“GEA 在利用工业流程和烟气中的余热来帮助客户提高工厂能源效率方面有着悠久的历史，”Ortloff 说。“例如，水泥厂热回收面临的挑战之一是窑炉烟气中的高粉尘含量，这会严重影响热回收装置的使用寿命。我们的 XECO 废热回收系统已经证明它能够在这些条件下运行多年，同时保持非常好的传热性能。”
十多年来，玻璃生产商也一直依靠 GEA 的 XECO 解决方案来提高能源效率。“由于玻璃生产会产生相对大量的废热，我们的碳捕获解决方案可以帮助他们实现显著的 CO2 去除量（大约 40-50%），而无需额外的能源输入，”Ortloff 说。
气体预处理可实现长期性能
GEA 多年来一直为水泥、钢铁、玻璃、化学品和生物能源行业提供排放控制解决方案。“每个行业都有自己的烟气概况，对废气进行适当的预处理对于确保最佳碳捕获性能至关重要，”Ortloff 说。这是因为这些行业中的典型废气包含微量成分，特别是一氧化氮 (NOx)、硫氧化物 (SOx)、气溶胶和固体颗粒（例如灰尘），会对用于捕获和去除 CO2 的胺溶液的稳定性产生负面影响。
预处理还涉及控制烟气的湿度。“我们需要保持胺溶液中稳定的水浓度，”Ortloff 解释道。“如果烟气含水量过高或过低，也会损害性能。”GEA 的烟气预处理还降低了碳捕获系统中形成沉积物的风险，该情况会显著影响维护成本。
了解每个行业独特的烟气概况有助于 GEA 设计其 SETO 气体预处理解决方案，从而允许对废气净化管线进行个性化配置。“我们在气体预处理方面的经验使我们能够将 CO2 分离过程无缝集成到每个客户的废气管线中，以降低运营成本并提高碳捕获性能，”Ortloff 说。
敏捷碳捕获
GEA 的 CEBO 碳捕获设备依靠最先进的胺基二氧化碳捕获技术。这涉及使设备的烟气经过胺溶剂，通过吸收来去除二氧化碳；然后加热溶剂以释放纯二氧化碳，用于最终的再利用或储存阶段。虽然这是石油和天然气行业长期以来的做法，但今天的挑战是如何快速、经济实惠地向其他一系列重排放行业引入碳捕获技术。“石油和天然气行业的胺基碳捕获通常涉及天然气产量非常大的大型项目，其建设、安装和运营成本非常高，”Ortloff 说。“这根本不符合我们的水泥、钢铁、玻璃、化学品或生物能源等目标行业的需求，这些行业的天然气产量和预算各不相同。为了服务这些行业，我们需要一种简化且更敏捷的方法。”
GEA 根据不同行业可用的平均废热提供四种不同规模的碳捕获设备，二氧化碳分离能力范围从 16 到 200 ktpa。
“对于大型水泥厂，可用的废热可以让我们第一步捕获 20% 的烟气二氧化碳；对于玻璃厂，这个数字可能是 40-50%。”- Felix Ortloff 博士，GEA 碳捕获解决方案高级总监
- Felix Ortloff 博士，GEA 碳捕获解决方案高级总监
“生物能源很有趣，因为如果应用二氧化碳封存，我们可以实现人为二氧化碳净负排放。这是因为捕获的二氧化碳最初源于生物质生长 - 可以说是自然的直接空气捕获。”
GEA 的 CEBO 碳捕获设备的设计简单且模块化。标准 40 英尺容器作为“构件”，经过预先组装可快速安装，并设有侧门，可轻松接触和维护。CEBO 碳捕获设备采用耐腐蚀材料，例如热塑性塑料或不锈钢。自优化控制系统可提供远程支持，确保操作简便并为客户提供快速技术支持。
利用和封存以实现气候利益
为了对公司的气候平衡产生积极影响，捕获的二氧化碳必须被封存（例如通过长期地下储存），或者用来代替化石二氧化碳来生产饮料或燃料等产品。由于利用和储存所捕获二氧化碳的的市场和基础设施相对较新，这可能会给刚开始碳捕获的公司带来额外的挑战。
- 有哪些选项可用于再利用、储存或运输？
- 在纯度、物理状态、压力和温度方面必须满足哪些要求？
- 公司如何确保长期持续满足这些要求？
GEA 的 NAVO CO2 利用与封存解决方案借鉴了其在化学加工方面的长期专业知识，包括二氧化碳液化、调节、运输和再利用。“我们可以根据需要调节二氧化碳，并准备一个连接点用于模块化运输或管道供给，”Ortloff 说。“对于工业再利用，通过卡车或铁路使用储罐进行冷藏液态运输是最常见的，欧洲 (EIGA) 要求食品和饮料用途的纯度至少为 99.9%。 2 管道运输（例如储存）的规格将会有所不同。”由于液态二氧化碳的运输成本仍然很高，GEA 建议公司确定附近的潜在二氧化碳客户，并提供电池限制规格方面的支持。
- 作为啤酒行业的长期合作伙伴，GEA 拥有回收食品级二氧化碳以在饮料生产中再利用的经验。
- 通过 与工业合作伙伴合作，GEA 可以利用 CO2 和 H2 合成甲醇，用作化工业的燃料、燃料添加剂或种子构件。
- GEA 还提供利用捕获的二氧化碳生产碳酸盐的专业知识，用于各种行业，包括玻璃、制药、纸浆和造纸。“凭借 GEA 在结晶技术方面的丰富经验，我们能够作为日产数百吨规模的碳酸盐/碳酸氢盐项目的技术供应商，”Ortloff 说。
- 为了增加灵活性，GEA 提供了用于所捕获二氧化碳的中间储存设施的选项。
- 此外，通过冷却和压缩二氧化碳获得的热能，可以重新集成到传热系统中来提高整体效率。
能够实现可持续成功的小步骤
GEA 于 2021 年启动了碳捕获产品组合的开发，因为它认识到有机会将 GEA 数十年的专业知识贡献给应对气候变化的关键新战线。它还认识到，水泥和钢铁等重排放行业需要从小规模碳捕获开始，然后再过渡到更大规模的装置。“我们设计的碳捕获设备能够去除 90% 的二氧化碳，试验已经证实我们有能力做到这一点，”Ortloff 说。
“但从短期来看，全面去除对于大多数企业来说并不实际。目前，排放者必须平衡碳捕获的投资成本和碳排放权的成本，并继续寻求这两种选择。随着排放权变得越来越少且越来越昂贵，公司将被迫在碳捕获方面投入更多资金。”- Felix Ortloff 博士，GEA 碳捕获解决方案高级总监
- Felix Ortloff 博士，GEA 碳捕获解决方案高级总监
在不久的将来，股东的要求、更严格的监管、更慷慨的政府激励措施或捕获二氧化碳的强劲市场（或以上所有因素）很可能会推动工业设备捕获更大比例的二氧化碳排放以进行再利用和储存 。“我们已经准备好并期待它的到来，”Ortloff 说。“但与此同时，我们今天可以通过快速、经济高效且可扩展的解决方案帮助重排放者实现更适度的收益。如果水泥厂能够实现 20% 的二氧化碳去除，他们将向前迈出关键的一步，并在未来提高产能方面处于更有利的地位。”
