Page 93 - 《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                                 ·1593·


                 因此，需要在替代溶剂和腐蚀抑制剂开发、                           温吸附工艺，即使化学吸附的吸附速率较慢、再
            气液接触装置改进等方面进行大量研究。固体吸                              生难度高于物理吸附，但化学吸附的选择性更好，
            附是一个干法过程，无废水、废液等副产物产生，                             更适用于低 CO 2 分压下的碳捕集。然而，由于目
            如表 10 所示，再生能耗也相对较低。但目前来说，                          前固体吸附剂的捕获能力有限，对于烟气量大的
            固体吸附技术与液胺吸收技术相比仍然处于欠成                              排放源，如大型锅炉等，并不适合处理。相比之
            熟阶段，还需进一步提高吸附性能及循环稳定性，                             下，化学吸收法更适用于针对大中型排放源，其
            降低制造及运行成本。                                         可对低到中等的 CO 2 体积分数（体积分数为
                                                               3%~20%）烟气进行高效捕集，且技术成熟，可
                     表 10   碳捕集技术再生能耗比较         [68]           行性高。
            Table 10    Comparison of regeneration energy consumption
                     of carbon capture technology [68]
                                                               7   混合捕集技术
                     捕集方法                再生能耗/(MJ/kg)
                    吸收法                      4~6
                                                                   过去，碳捕集技术的发展主要集中于使用单
                    吸附法                      2~3
                                                               一的 CO 2 捕获技术。最近，一些研究提出了混合
                    膜分离法                     0.5~6.0
                                                               捕集技术的概念，即将多种 CO 2 分离技术结合起
                    低温分离法                    6~10
                                                               来，通过技术集成而避免单一技术带来的局限。
                 膜分离技术具有显著的节能优势，但该优势                           膜接触器是最常见的混合技术之一，不同于传统
            会随二氧化碳浓度的降低而减弱，加之膜材料对                              的膜分离法，其通过与吸收法的结合，使膜接触
            硫化物和其他微量元素等杂质也很敏感，因此，                              器同时具有溶剂吸收（高选择性）和膜分离（模
            需在改善膜传输特性的方向上进行大量研究，如                              块化和紧凑性）的优点，在低 CO 2 体积分数下具
            开发新型替代膜或复合膜。低温分离法由于其捕                              有良好的捕集性能。除了膜接触器，吸收法和膜
            获的 CO 2 纯度高，并能以液体形式回收，在运输                          法的另一种组合也是较有前途的混合捕集技术。
            和后续利用方面具有一定优势，但此技术在燃烧后                             在串联布置中，吸收塔可捕集烟气中约一半的
            烟气碳捕集中的应用还有待进一步探索和发展。                              CO 2，然后通过膜进行额外分离，以实现 90%的
                 目前，还没有任何一种碳捕集方法可以单独                           CO 2 总捕集率。如 MTR 公司和德克萨斯大学奥斯
            地直接解决二氧化碳捕集问题，每种方法都有各                              汀分校合作开发了混合膜-吸收捕集系统，该系统
                                                                                    ®
            自的适用场景。因此，在特定的分离场景下选择                              结合了 MTR 的 Polaris 膜技术与奥斯汀分校的哌
            合适的捕集方法至关重要。BOUNACEUR 等                     [69]   嗪吸收捕集技术        [71] 。烟气首先在化学吸收装置中
            进行了一项比较膜分离和胺法吸收的研究，发现                              处理约 50%的 CO 2，然后从汽提塔流出的含有体
            对于含有体积分数为 10%以下的 CO 2 原料气流，                        积分数 10% CO 2 的气流通过膜装置，剩余的 CO 2
            由于膜内传递缺乏连续驱动力，膜分离的能耗远                              得到进一步分离，CO 2 捕集率达到 90%。结果表
            大于胺吸收；然而，在 CO 2 体积分数大于 20%的                        明，与传统的化学吸收法相比，混合捕集系统具
            气流中，能耗与吸收法相当              [70] 。因此，膜分离技            有更低的再生能耗和成本。
            术更适用于 CO 2 体积分数为 20%以上的中高体积                            在基于膜的混合捕集技术中，将膜与低温分
            分数烟气碳捕集。低温分离法由于低温分离系统                              离工艺相结合的膜低温工艺引起了广泛的关注。
            的高成本、高能耗，只有当气流中的 CO 2 体积分                          ANANTHARAMAN 等        [72] 开发了一种混合膜-液
            数较高（50%以上）时，该法才具有较高的经济                             化工艺，用于从电厂烟气中捕获燃烧后的二氧化
            可行性，故低温分离法不适宜应用于低体积分数                              碳。在混合工艺中，首先通过膜单元将烟气中的
            二氧化碳的烟气碳捕集。                                        CO 2 体积分数提高到 50%~75%。然后，通过两级
                 吸附法工艺流程简单灵活，基于不同浓度的                           蒸汽压缩对富 CO 2 流进行压缩，以此实现二氧化碳
                                                               的高效捕集。此外，ZHAO 等          [73] 和 BOUCHRA 等  [74]
            分离条件可选用不同的吸附工艺。对于较高 CO 2
            体积分数（体积分数为 40%以上），可采用以物理                           分别通过模拟研究了膜分离和低温分离的混合工
            吸附为主的变压吸附工艺，吸脱附速率快，且无                              艺。BOUCHRA 等      [74] 模拟的混合工艺能耗约为 3
            较高的选择性要求；而当 CO 2 体积分数较低（体                          GJ/t CO 2，CO 2 捕集率＞85%，纯度>89%。根据
            积分数<20%）时，通常首选以化学吸附为主的变                            ZHAO 等  [73] 的研究，当 CO 2 分离度低于 90%时，
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