为CCS应用选择最佳泵

最近在埃及沙姆沙伊赫举行的COP27峰会的最终文本包括了一项促进低排放能源的条款。在实践中，这意味着必须使用许多不同的技术来帮助减少排放——包括碳捕获和储存(CCS)系统。

CSS的潜力是什么?
国际能源协会(IEA)对捕获、储存和利用二氧化碳的潜力进行了极好的概述。据估计，目前的捕集量为每年4500万吨，到2030年必须增加到每年约1300万吨，才能实现净零排放情景(NZE)。大约有35个设施已经投入使用，到2030年计划有200多个新设施投入使用。然而，这“仅”对应于220吨/年的二氧化碳₂因此，为了达到NZE的目标，很快将需要至少额外的1000吨/年的设施。

如今，大多数设施的安装都是为了捕获二氧化碳₂由天然气和氢气处理厂排放。有点讽刺的是，被俘的指挥官₂主要用于提高采收率(EOR)。然而，由于未来石油产量将会减少，新计划的设施大部分针对发电厂和水泥、钢铁行业，因为这些行业由于其原材料的性质而不可能完全电气化。此外，捕获的CO₂不应用于提高采收率，而应永久储存在地下。

二氧化碳洗涤过程是如何工作的?
捕获CO₂在洗涤器或吸收塔中是最常见和最知名的碳捕获方法。如图1所示，水和有机胺的液体混合物在吸收器和解吸器单元之间循环。

入口烟气与吸收塔或洗涤塔中的液体直接接触。洗涤器通常为填充床型，总高度通常为20-40米(图中仅显示床的高度)。如果CO浓度较高，则需要较高的塔₂在烟气中含量较低，或者需要较高的去除效率。

瘦胺被送入洗涤塔顶部，并与CO富集₂通过与烟气逆流向下流动。第一泵用于迫使溶液通过板式热交换器并进入解吸或汽提塔。的有限公司₂通过加热再沸器段中的液体以纯形式释放。第二个泵用于迫使液体通过板式换热器的热侧并再次返回吸收塔。通常需要一个额外的冷却器来减少吸收塔中水的蒸发。

计算水泵运行费用
图1所示的模拟结果是基于许多初步的假设，这些假设必须进一步验证和调整，因为获得了更多的过程经验。然而，尝试将计算出的泵功率与CO的量联系起来是很有趣的₂捕获，因为我们可以因此得出对运营费用的初步估计。

可以看到，1061千瓦的电力(496千瓦+ 565千瓦)用于两个泵捕获20公斤/秒的纯CO₂。这相当于52kj /kg CO₂或14千瓦时/吨CO₂。如果我们假设电费为0.15欧元/千瓦时，两台泵的运行费用为2.1欧元/吨CO₂。

随着CCS工厂的普及和产能的增加，为特定的洗涤器安装选择最合适的泵并不是一项简单的任务;特别是考虑到2或3台泵通常并联安装，为洗涤系统提供一些冗余。例如，在一个能够处理500万吨/年的CCS工厂，使用上述示例中使用的泵的年运营费用将为210万欧元。在这种规模下，即使是很小的功耗降低也会对运营经济产生重大影响。选择尺寸正确且运行在最佳效率点(BEP)或其附近的泵是实现这些成本降低的有效方法。

尺寸和选择泵的技巧
我们经常看到，在设计阶段添加了太多的安全裕度，因此在大多数情况下，泵的运行距离其BEP太远(图2中Q-H图上的蓝线)。在最坏的情况下，泵甚至可能超出我们推荐的运行区域，即其BEP的70%至120% (Q-H图上绿色虚线之间的区域)。

通常最好在变频器中增加一个安全裕度，这样在可能需要最大流量和扬程的极端情况下，泵可以以更高的RPM运行。这将节省资本支出和运营成本，因为可以安装更小的泵，并且更容易在最佳效率点操作。泵也将以更少的振动和产生更少的热量运行，这意味着将有更少的多余的能量，可能造成损害。

通常需要较低的NPSHr值。对于富胺(图1中的泵1)，溶液几乎被CO饱和₂因此有相对高的蒸汽压。对于瘦胺(图1中的泵2)，溶液中只含有少量的CO_2，但温度会更高，因此也会造成相对较高的蒸气压。

全系列的泵和选择工具
DESMI已经为洗涤行业开发了60多种不同尺寸的ESL, NSL和DSL系列离心泵。它们通常设计用于低NPSHr值。

大多数ESL, NSL和DSL泵都采用高级不锈钢或超级双相钢(SAF2507)，我们通常会根据最新的科学发现推荐MEA解决方案。此外，由于MEA的毒性，我们建议为我们的泵配备双Cartex密封。密封系统也可以连接到外部屏障流体，以确保垫片不会超过其最大极限温度。

对于使用毒性较小的水和碳酸钾溶液而不是胺的项目(例如瑞典BECCS @ STHLM项目)，可以使用更便宜的泵材料和我们的标准平衡密封系统;钾将起到缓冲作用，以确保ph值接近中性。

所有泵曲线都可以在我们的选择程序winPSP中获得，您可以从我们的网站下载。我们还可以提供对象功能或应用程序，允许您在设计程序或其他商业仿真软件中集成泵选择。

CCS项目概述
目前，全球有30多个国家正在运行和开发CCS项目。这里是一个简短的概述:

在北美，美国约有80个项目，加拿大约有15个项目处于不同的开发阶段

中国的第一个项目于2022年6月完成，现在即将投入使用。

在中东，有四个设施正在运作，至少还有四个处于规划阶段。

欧盟最近资助了四个不同的项目:Kairos@C、BECCS @ STHLM、K6和SHARC。

三家主要的石油公司(壳牌、Equinor和Total energy)已经建立了一个名为Northern Light的合作伙伴关系，目标是到2024年中期每年储存150万吨石油，如果需要的话，可以扩大到每年储存500万吨石油

法国敦刻尔克港被认为是未来的欧洲CO₂挪威LINCCS联盟的目标是通过优化整个CCS价值链并促进新解决方案的开发，将成本降低70%。

几家海运业的设备供应商正在研究船舶碳捕获的可能性。例如，Wärtsila和油船运营商Solvang目前正在安装一个试点项目，以捕获80%的CO₂并将其以液体的形式储存在-35°C的舱内。航运业占全球碳排放量的2.2%，约为每年8亿吨。从长远来看，全球能源相关的二氧化碳排放量₂2021年为36300公吨/年。

结论
如果CCS要为实现世界气候目标做出重大贡献，这项技术需要进一步发展。全世界的研究人员都在努力寻找更高效的液体，这种液体需要更少的能量来再生。然而，这通常是以降低反应性为代价的，因此必须使用更大的洗涤器，或者必须循环更多的液体来捕获相同数量的CO₂。毫无疑问，这些挑战将被克服，未来的CCS解决方案将变得更加有效，捕获更多的CO₂同时尽可能少地消耗能量。

泵并不是CCS电厂的唯一重要部件，其他部件，如压缩机和再锅炉，消耗的电力要多得多。然而，考虑到未来CCS工厂的数量和规模，考虑到绿色转型的成功将要求我们降低所有工业部门和人类生活的各个方面的能耗，为CCS应用选择节能泵不仅具有良好的经济意义;这也是实现当前和未来气候目标的有效途径。