Packinox 提升了清洁煤技术的成本效益

应对二氧化碳排放量不断增加的挑战

根据国际能源署的数据，燃煤发电厂约占全球二氧化碳排放量的三分之一，且其占比预计将在2035年升至约45%。尽管各国正投入巨大努力寻找并开发可再生能源，但这些技术要发展到足以成为煤炭等化石燃料的有力替代品，仍需相当长时间。因此，寻找更清洁的燃煤方式至关重要。

碳捕获与封存（CCS）是一组通过捕获、压缩和储存二氧化碳来缓解问题的技术。近年来，已建成小型CCS设施以评估相关技术，随后又出现了首个工业规模的CCS装置。然而，仍有大量工作待完成。根据2020年的数据，仅有约3500万吨二氧化碳当量（占总排放量的350亿吨）被重新捕获。作为全球最大的煤炭发电国，美国和中国均致力于成为CCS领域的全球领导者。

两种方法

捕获二氧化碳的两种最常见技术是预燃烧和后燃烧。在后燃烧技术中，二氧化碳在煤炭燃烧后被去除。该技术适用于传统燃煤发电厂，其中煤炭作为固体燃料通过燃烧产生热量和电力。这是目前最常见的煤炭发电方式。

在燃烧前捕获技术中，二氧化碳在燃烧前被去除。该技术适用于整体煤气化联合循环（IGCC）发电厂，其中煤气化过程将煤炭转化为合成气，用于为发电厂提供燃料。IGCC技术可最大化电力输出并减少空气污染物排放，主要包括氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）。

碳捕获与封存（CCS）技术在燃烧后和燃烧前阶段具有相似性。含有二氧化碳的气体与溶剂接触，溶剂首先捕获二氧化碳，随后释放，使二氧化碳得以压缩并储存。

一旦二氧化碳被捕获，可储存在地质构造中。它也可用于增强油气回收（EOR）——一种将二氧化碳与水混合后注入旧油井以辅助提取额外石油的方法。根据美国能源部数据，EOR技术有望将国内石油回收效率从约30%提升至超过60%。

通过高效热交换降低能源成本

在CCS过程中，需要进行大量冷却、加热、冷凝和再沸腾步骤，因此能源成本占CCS过程成本的很大一部分。高效热交换器是降低CCS成本的关键因素，使该过程在商业上更具可行性。

阿法拉伐参与了全球30至40个小型CCS试点工厂中近半数的换热器技术研发。随着CCS技术进入新建大型示范项目的阶段，阿法拉伐Packinox换热器展现出其独特价值，尤其在IGCC工厂的预燃烧工艺中表现突出。

Packinox——CCS应用的理想换热器

阿法拉伐Packinox代表了目前市场上最简洁的设备布局。以600兆瓦的先进IGCC-CCS为例，仅需两台Packinox换热器，而管壳式设计则需要多倍于此的数量。

因此，Packinox 凭借其能够提供高传热系数与单台换热器极大传热面积（最高可达约 20,000 平方米）的组合，成为目前资本成本和运营成本最低的解决方案之一。这两项特性对传热过程至关重要，因为该过程涉及流体间极小的温度差以及较大的流量。

使用Packinox的额外节省来自于其板式设计，该设计具有非常低的内部体积，从而最大限度地减少了工艺回路中的溶剂量。此外，Packinox可以在与气化器相似的压力下运行。对于预燃烧工厂，气化器在高压下运行，这允许在不首先减压的情况下清洁合成气，从而在后续的二氧化碳再压缩成本中实现重大节省。

美国两处安装案例

美国政府声称已对碳捕获与封存（CCS）技术进行了全球最大的投资，能源部动用了近40亿美元联邦资金，并匹配了超过70亿美元的私人投资，用于多个示范项目。

阿法拉伐已成功为美国最大的两座全规模IGCC电厂配备碳捕集装置：其中一座位于印第安纳州爱德华兹港，通过改造使电厂具备“碳捕集准备”能力；另一座为600兆瓦的密西西比电力公司电厂——这是全球首座自投运起即捕集二氧化碳的全规模IGCC电厂。尽管这两套捕集装置容量巨大，但仅需两台大型Packinox换热器，且在运行时表现良好。

作者: Michael Lawton