西弗吉尼亞州燃煤電廠碳捕獲與封存初探 [幻燈片]

世界首個捕獲並儲存部分二氧化碳的發電設施已在阿巴拉契亞地區開始運營


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西弗吉尼亞州新海文—一根100層樓高的煙囪噴出翻騰的白色水蒸氣雲、二氧化碳和其他燃燒殘餘氣體,該電廠每天燃燒多達12,000噸煤炭,位於登山者電廠——每年共計350萬噸。該設施位於新海文鎮郊外,擁有一個65米高的鍋爐,能夠產生足夠的蒸汽來持續泵出1,300兆瓦的電力,足以每月為近一百萬個美國家庭供電。現在,其煙囪排放的二氧化碳中大約有1.5%被一個工業裝置捕獲,該裝置從混凝土中升起,然後被泵入地下儲存。以防您想知道,這最後一個階段被稱為“清潔煤”。

法國阿爾斯通公司的子公司阿爾斯通電力公司總裁菲利普·茹貝爾說:“登山者是轉折點。” “我們認為煤炭是必須的,但我們認為煤炭必須是清潔的。”

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少量煙道氣透過玻璃纖維增強的塑膠管道輸送到碳捕獲裝置,並從其他去除飛灰、二氧化硫和氮氧化物的環境技術附加裝置排出的55攝氏度溫度冷卻到-1至21攝氏度之間。碳捕獲機器的巨大嗡鳴聲主要來自風扇的旋轉,以進一步冷卻煙道氣,以及攪拌器的穩定晃動,該攪拌器可防止固體在捕獲二氧化碳的高罐中沉澱。還有壓縮機持續的砰砰聲,將捕獲的二氧化碳以每平方釐米98公斤的壓力壓縮成液體。此外,再生器煙囪也會發出連續不斷的隆隆聲,蒸汽加熱和壓力結合在一起,將碳酸氫銨(二氧化碳剝離過程的一部分)重新轉化為焙烤用氨(碳酸銨),並在操作過程中虹吸掉捕獲的二氧化碳。還會產生少量硫酸銨(一種肥料);它被運往俄亥俄州河對岸的農民合作社。

阿爾斯通電力技術和政府事務副總裁羅伯特·希爾頓說:“這就像淋浴一樣。” “氣體向上流動,液體向下流動。”

這個由阿爾斯通建造的碳捕獲裝置被稱為“冷氨”工藝,消耗25公斤包裝的焙烤用氨,以從冷卻的煙道氣中去除二氧化碳,然後透過重新加熱產生的碳酸氫銨,捕獲二氧化碳並將重構的氨氣迴圈回工業過程中。許多發電廠已經使用這種氨氣在選擇性催化還原裝置中去除煙道氣中的氮氧化物。

但與其他潛在的碳捕獲技術(例如使用胺類(另一種氨化合物),僅執行就需要消耗高達工廠30%的電力)相比,冷氨工藝捕獲二氧化碳的主要優勢是降低了電力和蒸汽消耗,阿爾斯通的產品經理肖恩·布萊克說。這裡的目標是將這個數字降至15%以下。

位於俄亥俄州哥倫布的美國電力公司(AEP)是該設施的所有者,其專案經理布萊恩·謝里克認為:“挑戰將更多地在於儲存方面”,因為儲存取決於當地的地質情況以及合作的聯邦和地方政府,以及當地居民的擔憂。首次在威斯康星州威能源公司的普萊森特草原發電廠進行的冷氨技術演示,並沒有費心去儲存二氧化碳,因為該州下方的地質條件無法進行這種封存。

總而言之,登山者電廠的碳捕獲機器每小時可捕獲5.5公噸的加壓二氧化碳,這些二氧化碳透過直徑5釐米的絕緣管道流出。它被泵送約300米到達注入地點,在那裡其壓力增加到每平方釐米140公斤以上,然後透過兩個井口之一進行泵送。在被稱為AEP 2的井下,二氧化碳直接向下流淌2,375米,進入玫瑰巖砂岩,這是一個35米厚的地層,其中有9米厚的帶狀多孔岩石,適合儲存。在AEP 1井下,二氧化碳定向流入銅嶺白雲岩,後者具有更薄的儲層,可能用於儲存,深度超過2,450米。位於頂部的厚層頁岩和石灰岩確保二氧化碳不會逸回地面。

謝里克說:“舊井是最可能的洩漏路徑”,並且有一箇舊的煤氣井穿透地球到達地下1,200米處,美國電力公司將密切監測該井。此外,該公司還專門鑽了三口井,以監測二氧化碳在深層地下擴散的情況。

經過五年的注入(估計為500,000公噸的乳白色液體),被封存的二氧化碳羽流可能變得足夠大,可以進入俄亥俄州。俄亥俄州拉辛鎮市長斯科特·希爾說:“那裡的情況應該比在空氣中好。” 他補充說,他對此沒問題,“除非發生什麼事。你知道,他們只是告訴你你想聽的事情。”

下一步將擴大整個裝置的規模,使其能夠捕獲與該電廠235兆瓦電力相關的二氧化碳排放量,或大約其產量的五分之一,謝里克說。當然,這將佔用更多的空間,根據初步工程,大約需要8到12英畝;一個足夠大以捕獲該電廠全部排放量的裝置可能與該電廠本身一樣大。而且這將花費至少7億美元,美國電力公司已申請從聯邦政府獲得其中的一半。

阿爾斯通美國公司總裁兼執行長皮埃爾·高蒂埃表示,阿爾斯通計劃在2015年前以商業方式提供這種冷氨技術。“這不會是明天早上,但也不會是2030年。”

位於加利福尼亞州帕洛阿爾託的電力研究所(EPRI)高階副總裁亨利·“漢克”·考特萊特補充說:“電力行業的首要任務是使電力部門脫碳。” “如果我們能夠做到這一點,我們可以透過電動汽車等替代技術幫助他們使經濟的其他部門脫碳。” 事實上,電力研究所估計,透過碳捕獲和封存(CCS)、增加可再生能源的發電量和新的核電站,以及效率的提高,到2030年,美國溫室氣體排放量可以減少41%。

當然,緊挨著登山者電廠的是菲利普·斯波恩發電廠,該發電廠的多個煙囪和四個較小的鍋爐除了不斷地將煤新增到其龐大的堆中外,沒有其他明顯的活動跡象。但那是因為舊電廠沒有任何汙染控制措施,其排放物即使被檢測到,也只是淡淡的霧霾。此外,斯波恩的飛灰池隱藏在登山者電廠碳捕獲和封存裝置後面的草坡後面,被美國環境保護署認定為具有“高危害潛力”。

隨著汙染控制措施儘量減少導致酸雨和煙霧的排放物以及減少改變氣候的溫室氣體,煤炭可能會變得更清潔,但是煤炭燃燒仍然會留下很多殘留物:有毒的灰燼、汞和其他問題。像斯波恩這樣自1950年開始執行的老舊工廠永遠不會得到這種汙染控制措施。相反,它們將繼續執行,直到像美國電力公司這樣的公用事業公司被迫關閉它們為止,這也將增加電力成本。

清潔的煤炭也將更加昂貴,這使得登山者電廠生產的電力價格每千瓦時至少增加4美分,約為每千瓦時5美分。儘管如此,西弗吉尼亞州參議員傑伊·洛克菲勒指出:“這是世界上首次進行碳捕獲並將其作為封存的一部分。” “有些人說這只是一小部分,但這並不是重點。它從一小部分中去除了90%的碳。”
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