Page 85 - 《精细化工》2022年第8期
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第 8 期 温 翯，等: 燃烧后二氧化碳捕集技术与应用进展 ·1585·
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积极可行的碳捕集技术 。此外，CO 2 也是一种 1.1 有机胺吸收剂分类
重要的碳资源 [2-3] ，可用于制造燃料、碳酸盐、肥 胺吸收剂主要分为直链有机胺和环状有机
料、制冷剂等化学品，或在油田开采中辅助驱油。 胺，直链有机胺又分为伯胺、仲胺和叔胺。单乙
若将 CO 2 气体高效捕集并加以合理利用，不仅可 醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、三乙醇胺（TEA）
有效降低温室气体排放压力，也将产生巨大的经 分别由伯胺、仲胺和叔胺构成，每一类胺都有不
济效益。 同的特征。一般伯胺和仲胺的反应动力学较快，
当前，燃烧后 CO 2 捕集是工业规模上应用最 与 CO 2 反应形成氨基甲酸酯；但其反应热较高，
广泛的碳捕集方法，其具有再生能耗低、易于在 需要较高的再生能量。其中，MEA 作为最常见的
现有工厂中改造实施等特点，在实现高效捕集 胺吸收剂之一，通常作为基准化学吸收剂，用于
CO 2 的过程中具有广阔的应用前景。如图 1 所示， 评估和比较不同的碳捕集技术性能。叔胺的吸收
目前主要的燃烧后 CO 2 捕集技术有吸收分离法、 能力较强，吸收热较低，与 CO 2 反应生成再生能
吸附分离法、膜分离法和低温分离法。基于此， 耗更低的碳酸氢盐，但其反应动力学较慢，通常
本文主要针对以上几种碳捕集技术的现状与应用 需要与其他胺混合作为吸收剂，提高吸收性能。
研究进展进行了总结与对比，分析了技术优势与 哌嗪（PZ）等环状有机胺由于特殊的环状结
缺点，提出了适用分离场景的建议。此外，还简 构，能迅速与 CO 2 生成氨基甲酸酯，同时也具有
要概括了国内外的重点碳捕集项目，介绍了混合 较高的 CO 2 吸收容量、耐热性和抗氧化性。
[4]
捕集技术的研究成果，旨在为高效节能的碳捕集 DAMIANI 等 采用 0.1 MW 的实验装置对质量分
技术开发提供一定的参考。 数为 40%的浓缩 PZ 进行了 CO 2 吸收性能研究，
结果表明，浓缩 PZ 在 150 ℃以下保持热稳定，
135 ℃因降解和挥发导致的质量损失为 0.3%，而
相同条件下 MEA 的质量损失为 3.0%，表明浓缩
PZ 比 MEA 具有更好的抗氧化性能和热稳定性能。
此外，还有一类空间位阻胺（如 2-氨基-2-甲基-1-
丙醇，AMP）也受到人们的广泛关注，由于其显
著的空间位阻效应，使其与 CO 2 反应生成不稳定、
图 1 燃烧后 CO 2 捕集技术 易分解的氨基甲酸盐。因此，空间位阻胺相比其
Fig. 1 Post-combustion carbon dioxide capture technology
他胺类吸收剂更易解吸，具有更低的再生能耗以
1 吸收分离法 及腐蚀性；但由于存在空间位阻，该体系的反应
动力学较慢，这也限制了位阻胺的工业应用。
吸收分离法通过液体吸收剂分离混合气体，
1.2 新型吸收剂研究进展
被广泛应用于石油、天然气、电厂等 CO 2 分离的 尽管液胺吸收法工艺成熟，但存在再生耗能
化学工业中。从吸收原理的角度，可将其分为物 高、吸收剂氧化降解、设备腐蚀和电力生产成本
理吸收法和化学吸收法，燃烧后碳捕集常采用的 较高等问题。因此，国内外大量的研究正在致力
是化学吸收法中的液胺吸收法。液胺吸收法是目 于寻找更环保、高效、节能的新型吸收剂。
前最成熟，且唯一实现大规模商业化应用的碳捕 1.2.1 混合胺
集技术。其本质是酸性气体与碱性吸收剂发生可 对于单组分吸收剂来说，很难同时满足高吸
逆的化学反应，形成可分解并释放 CO 2 的碳酸盐、 收速率、高吸收容量和低反应热的要求。因此，
碳酸氢盐或氨基甲酸盐等不稳定盐类，达到碳捕 将性能较低的吸收剂（如叔胺）与性能较高的吸
获和回收利用的目的。其反应式如下所示（R 1、 收剂（如伯胺）混合可使整体吸收性能有所提高。
R 2 为烷基）： 2021 年， WANG 等 [5] 将 N,N- 二 甲基环己 胺
+
R 1R 2NH+CO 2→R 1R 2NH COO – （1） （DMCA）和 N-甲基环己胺（MCA）混合作为胺
–
+
R 1R 2NH COO +R 1R 2NH→ 类吸收剂，该吸收剂对 CO 2 的吸收容量达到
–
+
R 1R 2NH 2 +R 1R 2NCOO （2） 0.875~0.985 mol CO 2/mol 胺，再生能耗约 2.20 GJ/t
总反应式如下： CO 2，具有较快的吸收速率、较高的 CO 2 吸收容
+
–
[6]
2R 1R 2NH+CO 2→R 1R 2NH 2 +R 1R 2NCOO （3） 量和高效的捕获再生能力。此外，IDEM 等 在中
