Page 10 - 《精细化工》2023年第9期

·1858· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

二氧化碳捕集技术按捕集阶段分为燃烧前捕集 果。中国电厂大部分是传统式燃煤电厂，综合考虑
技术、富氧燃烧技术和燃烧后捕集技术。燃烧前捕 表 1 中 3 种碳捕集技术应用场景及优劣势，中国电
集技术主要是指在化石燃料燃烧之前，通过高温反 厂更适合采用燃烧后捕集技术。该技术较成熟，可
应将燃料进行汽化和催化重整，得到 CO 2 和 H 2 的混 直接在电厂中进行大规模安装使用。目前，国内正
[2]
合气，从混合气中分离二氧化碳的技术 。富氧燃 在运行的大型碳捕集示范工程主要采用燃烧后捕集
烧技术是指用高纯氧取代空气作为助燃气体进行燃 技术，燃烧前捕集技术和富氧燃烧技术仍处于技术
烧，捕集燃烧后烟气中二氧化碳的技术。燃烧后捕 探索阶段。
集技术主要是从发电厂等工业排放的烟气中直接捕 燃烧后 CO 2 捕集技术主要包括溶液吸收法（物理
集二氧化碳。在碳捕集之前，需要预先对烟气中硫 吸收法和化学吸收法）、膜分离法和固体吸附法（物理吸
化物和氮氧化物等杂质进行处理，避免影响捕集效 附法和化学吸附法），主要技术指标对比如表 2 所示。

表 1 3 种碳捕集技术应用场景及优劣势对比 [2,4]
Table 1 Application scenarios and advantages and disadvantages of three capture technologies [2,4]
捕集技
应用场景 优势 劣势
术名称
燃烧前捕 整体煤化气联合循环发电系统（IGCC）（燃 混合气体中二氧化碳的浓度和压力 投资费用大；设备要求高
集技术 料汽化、重整后的混合气中分离二氧化碳） 较高，更易于分离
富氧燃烧 采用富氧技术燃烧后的烟气 烟气中氮氧化物等杂质气体少，二氧 经济性差；技术不成熟，处于小
技术 化碳浓度高，更容易分离出二氧化碳 规模示范阶段
燃烧后捕 工业生产直接排放的烟气（有时需要对烟气 技术较成熟，可进行传统电厂的大规 烟气中二氧化碳浓度和压力偏低，
集技术 进行脱硫脱硝等预处理操作） 模安装使用；对排放源适用性强 增加捕集系统的规模和捕集难度

表 2 燃烧后二氧化碳捕集技术常用方法对比
Table 2 Comparison of common methods for carbon dioxide capture after combustion

气源中 CO 2 回收后 CO 2
捕集方法 再生能耗 成本/(元/t CO 2) 毒性 参考文献
体积分数/% 体积分数/%
溶液吸收法 化学吸收法 较高 较高 较高 无 较低 [5-7]
物理吸收法 3~20 3~6 MJ/kg 300~400 有 >95 [8]
膜分离法 >20 0.5~6 MJ/kg 较高 无 70~95 [9]
固体吸附法 化学吸附法 >40 40~200 kJ/mol 较低 无 >85 [7-8,10]
物理吸附法 <20 8~25 kJ/mol 无 [10-11]

气源中不同体积分数的二氧化碳对应不同的适 工程应用中存在的问题；总结了各类材料吸附性能
用场景，碳捕集方法的选择需要综合考虑碳捕集过 的主要影响因素和吸附机理等。最后，展望了固体
程的再生能耗、毒性、回收后二氧化碳的纯度和成 吸附材料的发展方向，指出未来的固体吸附材料应
本等因素，恰当的碳捕集方法对捕集效果的发挥尤 向环保、低成本和高吸附性能的方向发展。
为关键 [12] 。电厂中经过脱硫脱硝处理后的烟气成分
主要包括氮气、二氧化碳和水蒸气。通常，上述混
合气体处于低温（<373 K）、常压条件下 [13] ，较低
体积分数（<15%）的二氧化碳将增加烟气中碳捕集
的难度。结合表 2 来看，溶液吸收法中的化学吸收
法、膜分离法和固体吸附法均可实现电厂烟气条件
下的二氧化碳捕集，但相较于化学吸收法和膜分离
法，固体吸附法具有节能环保、设备轻便灵活的优
[5]
势 。因而，固体吸附法被认为是电厂烟气碳捕集
技术中最有前景的方法之一。固体吸附法实现电厂
烟气中碳捕集技术示意图如图 1 所示。

本文介绍了沸石分子筛、金属有机框架材料 图 1 电厂烟气中固体吸附法捕集二氧化碳技术示意图
（MOFs）和活性炭（ACs）等固体吸附材料的研究 Fig. 1 Schematic diagram of carbon dioxide capture technology
现状；归纳并分析了各类吸附材料的应用优势和在 by solid adsorption in flue gas of power plants