燃煤电厂烟气CO_2捕集双相吸收体系研究进展

CCUS(CO_2捕集、利用与封存)技术中,捕集耗能最大、成本最高,为降低捕集成本,研究学者开发了以有机胺为主的吸收法,但该法的解吸能耗很高,从成本角度考虑,研究学者另开发出双相吸收体系。本文主要综述两相吸收体系,该体系具解吸能耗低,可有效降低胺基碳捕集工艺解吸过程能耗的优点,主要包括液液两相体系、相变离子液体体系、液固两相体系等,为大幅降低解吸能耗提供广阔思路。     

适用于烟气CO2捕集的相变吸收剂研究进展

有机胺化学吸收法具有CO₂脱除率高、选择性好等优点，成为当前应用最为广泛的碳捕集技术。然而传统有机胺化学吸收法也存在再生能耗高、吸收性能不足等问题，因此再生能耗低、吸收性能良好的碳捕集技术的开发成为国内外研究关注的热点。相变吸收剂具有吸收CO₂后可相变分层的特性，相变吸收剂通过减少吸收液再生体积达到降低能耗的目的，成为新一代有机胺化学吸收体系研究的核心。介绍了传统相变吸收剂(液固相变吸收剂与液液相变吸收剂)和新型相变吸收剂(离子液体相变吸收剂与纳米流体相变吸收剂)的研究进展。通过对比分析发现，相较于单乙醇胺溶液，相变吸收剂体系的CO₂吸收容量和循环容量有较大提高，并且再生能耗更低。通过对研究进展的深入分析，指出了相变吸收剂未来的重点研究方向。     

用于二氧化碳捕集的化学吸收剂研究进展

近年来,在全球大力推进碳中和的背景之下,碳捕集、利用与封存（CCUS）技术的发展进入“快车道”。在整个CCUS产业链条中,碳捕集既是首要环节也是重要节点。常用的碳捕集方法有化学吸收法、膜分离法和物理吸附法等,其中化学吸收法被认为是目前最有市场应用前景的二氧化碳捕集技术,但高能耗与高成本限制了其大规模发展。目前化学吸收法的研究重点主要集中于吸收剂的优化,以降低能耗。对近年来报道的多种化学吸收剂进行了分析和总结,主要聚焦各类化学吸收剂的吸收性能、吸收机理、优缺点和增强途径等方面,并对其未来发展前景进行了展望,以对高效化学吸收剂的开发提供借鉴。     

液固相变吸收剂的CO2吸收性能及相分离行为机理研究

以N-甲基二乙醇胺(MDEA)+哌嗪(PZ)水溶液作为复合吸收剂的化学吸收法是捕集二氧化碳(CO₂)的重要手段之一，但该复合吸收剂再生能耗较高，限制了其在碳捕集领域的应用。为克服该缺点，在该复合吸收剂中加入某种溶剂形成相变吸收剂，可减少吸收剂进入解吸单元的总量，从而降低再生能耗。设计了一种组成为MDEA+PZ+N-甲基吡咯烷酮(NMP)+水(H₂O)的液固相变吸收剂，并考察了其吸收CO₂的性能，测定了NMP、PZ质量分数对液固相变吸收剂CO₂溶解度的影响，分析了相分离行为机理。结果表明，该吸收剂的CO₂溶解度随着NMP质量分数的增加而降低，随着PZ质量分数的增加而增加；当吸收剂中NMP、PZ的质量分数分别达到50%、3%及以上时，吸收CO₂后生成PZ-氨基甲酸酯达到饱和析出形成固相，固相先随CO₂溶解度增加而增加，后随着CO₂溶解度继续增加，生成更易溶于水的PZ-二氨基甲酸酯，导致固相减少。     

钢铁行业碳捕集技术的典型应用

碳捕集技术是一项创新且直接有效的碳减排措施，对于钢铁行业实现“碳中和”目标具有重要意义。概述了化学吸收法、物理吸收法、物理吸附法以及膜分离法4种主要碳捕集技术的原理、优缺点、国内应用案例，以及常见的吸收剂、吸附剂和膜材料。综述了国内外钢铁行业典型碳捕集技术的开发应用情况，包括采用化学吸收法的新日铁住金公司ESCAP工艺、浦项钢铁公司氨水化学吸收工艺和新疆八一钢铁股份有限公司醇胺化学吸收工艺，以及采用物理吸附法的JFE钢铁公司变压吸附（PSA）工艺、首钢京唐钢铁联合有限责任公司变温吸附（TSA）+PSA工艺。钢铁行业应用碳捕集技术，在开发低温再生吸收剂、低腐蚀性吸收剂，提高物理吸附法效率，降低捕集成本等方面取得了一定进展，但依然处于初级阶段。为更好地推进碳捕集技术的大规模商业化应用，结合钢铁行业特点提出了几点建议。     

工业排放气二氧化碳捕集与利用技术进展

开发与应用碳捕集技术是改善大气环境、实现“双碳”目标的重要途径之一。总结了工业排放气中二氧化碳的主要来源,分析了物理溶剂吸收法、化学溶剂吸收法、变压吸附法和膜分离法等主流碳捕集技术的原理、路线、应用场景,估算了不同捕集技术在特定气源下的碳捕集成本,介绍了捕集后二氧化碳的主要利用途径;其中列举了不同压力和二氧化碳浓度(10%～90%,体积分数)的多种工况下,碳捕集技术的选择及其优势;将多个碳捕集技术有效组合,可从不同气源获得符合要求的二氧化碳产品,投资与能耗是考量其可行性的重要因素;主流碳捕集技术与液化精馏法可构成“捕集+纯化”耦合工艺,是生产工业级、食品级以及电子级液体二氧化碳的常用工艺路线;最后对碳捕集技术与二氧化碳利用的发展前景进行了展望。本工作可为不同场景下碳捕集技术选型提供参考。     

FCC再生烟气中CO_2捕集技术的试验研究

根据FCC再生烟气特点,应用化学吸收法对烟气中CO2进行捕集。在2m3/h烟气中CO2捕集试验装置上对烟气中CO2捕集技术进行试验研究,结果表明,FCC再生烟气中CO2捕集的适宜工艺条件为:吸收剂质量分数15%~30%,吸收温度60~70℃,解吸温度90~120℃,气液体积比100~250,吸收液为全回流状态。在上述条件下,采用开发的新型吸收剂CHA,烟气中CO2的捕集率达95%,解吸率达80%。与单乙醇胺吸收剂(MEA)相比,CHA的吸收速率相当,解吸能耗低,对设备的腐蚀性小,腐蚀速率仅为0.013 6mm/a,同样条件下MEA的腐蚀速率为0.032 5mm/a。烟气中的SO2对CO2的捕集效果影响较大,在CO2捕集前应先脱除。     

MEA溶液捕集CO2工艺优化及能耗分析

在对单乙醇胺(MEA)溶液捕集CO2解吸能耗分析的基础上,进一步探讨了液气比、MEA溶液浓度及MEA溶液吸收温度对CO2吸收效率和解吸能耗的影响。在模拟计算工况条件下,根据系统中能耗计算公式,可求得最佳液气比为5.6 L/m3。提高液气比有利于CO2的捕集,但当液气比大于5.6 L/m3时,CO2捕集系统中的单位能耗将增加;在吸收液浓度小于40%时,提高吸收剂溶液的质量浓度可以降低单位解吸能耗,但吸收剂质量浓度并不是越高越好,本工况条件下的适宜浓度范围为35%～40%;同时,MEA溶液在吸收-解吸过程中存在氧化和腐蚀问题。因此,CO2捕集系统工艺参数的优化是降低MEA溶液捕集CO2操作费用的关键。     

碳捕集技术应用进展及碳交易市场分析

针对低碳经济转型的发展趋势,分析了碳捕集技术的应用进展和碳交易市场的发展前景。常见的碳捕集技术有化学吸收法、物理吸收法、吸附分离法、膜分离法和生物固碳法等,其中化学吸收法技术成熟、应用最广;碳捕集装置可生产工业级和食品级液体CO_2,广泛应用于采油、焊接、化工、食品等领域,2017—2019年国内液体CO_2生产装置开工率为51.0%～54.5%,CO_2下游市场始终呈现出供大于求的态势;碳交易是CO_2减排的推动力,2013—2019年中国碳市场的平均碳价为21.5元/t,预计2020—2030年碳价将逐年提升;目前碳捕集技术的大面积推广还面临着各方面的阻力,包括捕集成本偏高、下游市场需求不足、碳市场有待完善等,未来应继续降低碳捕集装置的投资运行成本,以提高该技术的经济效益,取得更大规模的CO_2减排效果。     

电厂烟道气CO_2变温吸附捕集工艺设计及经济评价

针对燃煤电厂烟道气,以PEHA型(R_1HMS_3-PEHA_(80))胺基吸附剂为基础,设计了一套CO_2捕集量为20 kt/a的固定床变温吸附工艺,通过投资成本和运行成本的计算对设计的工艺进行了经济性评价,并研究了吸附剂各性能参数和有效捕集能力对再生能耗和捕集成本的影响。实验结果表明,工艺总再生能耗为2.26 GJ/t(基于CO_2捕集量),比胺溶液吸收法再生能耗降低了30.7%;捕集成本为341.0元/t(基于CO_2捕集量),比胺溶液吸收法降低了13.5%;在工艺总捕集成本中,运行成本是主要组成部分,所占比例高达91.2%;在运行成本中,蒸汽成本所占比例为66.2%,是工艺运行中的最大消耗。参数分析结果显示,吸附剂的吸附热对再生能耗的影响最大;有效捕集能力和吸附热对捕集成本的影响最大。     

MEA-PEHA复合溶液吸收/解吸CO_2气体实验研究

为了开发性能优良的MEA/烯胺复配吸收剂,本研究采用自主设计的CO_2捕集吸收/解吸装置,通过测试烯胺及MEA/烯胺复配吸收剂的吸收速率、吸收量、解吸速率、解吸率等指标确定最佳单组分烯胺溶剂及其与MEA的最佳复配溶剂。研究结果表明,单溶剂中五乙烯六胺(PEHA)的吸收和解吸效果最好,解吸温度最低,是最佳的单组分烯胺吸收剂;不同物质的量浓度比(4∶6~9∶1)的MEA-PEHA复配溶液中,物质的量浓度配比为5∶5的MEA-PEHA复配溶液饱和吸收量最大(1.72mol),平均吸收速率最高(81.74×10~(-6) mol/s),解吸温度最低(68℃),平均解吸速率最大(137.09×10~(-6) mol/s)以及解吸率较高(95.23%),是CO_2捕集的最佳MEA-PEHA混胺体系。     

二氧化碳捕集技术研究进展及其在驱油中的应用

控制二氧化碳(CO₂)排放对保护环境至关重要。综述了目前主流的CO₂捕集技术,包括吸收法和吸附法。介绍了膜分离、离子液体和超重力等化工过程强化技术分别结合吸收法和吸附法在CO₂捕集中的研究进展。CO₂驱油(CO₂-EOR)是CO₂捕集后重要的封存及利用方式,介绍了化学吸收法CO₂捕集应用于CO₂-EOR项目的典型案例。指出需要进一步降低目前CO₂捕集技术的能耗和成本、提高CO₂-EOR注入气源的质量和纯度,并对未来CO₂捕集、利用和封存技术的发展进行了展望。     

CO2捕集过程中气液传质强化研究进展

CO₂捕集是实现碳中和的托底性技术。化学吸收法是最具商业化潜力的技术之一,而吸收过程中气液传质强化是影响CO₂捕集效率、能耗和成本的重要因素。针对新的气液传质强化模式,从微流体强化、引入额外能量场、引入第二相介质和微界面振荡技术全面总结和回顾了近年来的强化CO₂吸收手段和研究现状,重点关注微界面振荡技术的原理和研究方法,考察了不同强化手段的优劣势,为推动碳捕集过程中气液传质强化发展提供参考。     

新型烟气CO2捕集吸收剂测试分析与优化

进行了高效CO2捕集吸收剂的筛选工作,以中石化新开发的吸收剂为考察对象,以室内烟气CO2捕集实验装置和已建的胜利燃煤电厂烟气100t/d的CO2捕集纯化示范工程为研究平台,进行了吸收剂的测试分析。着重考察了操作条件对CO2产量及再生能耗的影响,并将实验结果与国内某知名公司吸收剂进行了对比分析,提出了优化方案。     

MEA二元复合胺溶液对CO2吸收的研究进展

全球温室效应日益加剧,CO₂减排刻不容缓,乙醇胺(MEA)法作为目前工业上应用最广泛、技术最成熟的烟气CO₂吸收方法,具有吸收速率快、成本低的优点,但是其能耗大、吸收量小和易损耗的缺点也很明显。针对目前常见的MEA二元复合胺溶液展开对比分析,阐述了MEA二元复合胺溶液的研究进展,总结了MEA吸收溶液中加入其他醇胺溶液形成二元复合胺溶液后在吸收速率、吸收量和再生能耗等方面对CO₂吸收效果不同程度的改善情况。基于总结与分析,提出了吸收剂开发需要从吸收机理、溶解度、吸收负荷、解吸速率、解吸操作条件以及再生能耗等方面进行综合比选的思路,可为新型吸收剂的开发提供一定的指导。     

FCC再生烟气中CO2捕集技术的试验研究

根据FCC再生烟气特点,应用化学吸收法对烟气中CO2进行捕集。在 2 m3/h烟气中CO2捕集试验装置上对烟气中CO2捕集技术进行试验研究,结果表明：FCC再生烟气中CO2捕集的适宜工艺条件为：吸收剂质量分数15%～30%,吸收温度60~70 ℃,解吸温度90~120 ℃,气液体积比70~250,吸收液为全回流状态。在上述条件下,采用开发的新型吸收剂CHA,烟气中CO2的捕集率达95%,解吸率达80%。与单乙醇胺吸收剂相比,CHA的吸收速率相当,解吸能耗低,对设备的腐蚀性小,腐蚀速率仅为0.013 6 mm/a,同样条件下MEA的腐蚀速率为0.032 5 mm/a。烟气中的SO2对CO2的捕集效果影响较大,在CO2捕集前应先脱除。     

MEA-PEHA复合溶液吸收/解吸CO2气体实验研究

为了开发性能优良的MEA/烯胺复配吸收剂,本研究采用自主设计的CO_2捕集吸收/解吸装置,通过测试烯胺及MEA/烯胺复配吸收剂的吸收速率、吸收量、解吸速率、解吸率等指标确定最佳单组分烯胺溶剂及其与MEA的最佳复配溶剂。研究结果表明,单溶剂中五乙烯六胺(PEHA)的吸收和解吸效果最好,解吸温度最低,是最佳的单组分烯胺吸收剂;不同物质的量浓度比(4∶6~9∶1)的MEA-PEHA复配溶液中,物质的量浓度配比为5∶5的MEA-PEHA复配溶液饱和吸收量最大(1.72mol),平均吸收速率最高(81.74×10~(-6) mol/s),解吸温度最低(68℃),平均解吸速率最大(137.09×10~(-6) mol/s)以及解吸率较高(95.23%),是CO_2捕集的最佳MEA-PEHA混胺体系。     

几种候选吸收剂在燃烧后CO2捕集中的吸附和再生性能的实验研究

目前,乙醇胺(MEA)仍然是CO2捕集的标准工业吸收剂,但是由于MEA的失效和高能耗的问题,需要寻找新型有效的吸收剂。
本文研究了混合溶剂MEA-甲醇的吸收和再生性能,并在鼓泡反应器中一乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和三乙醇胺(TEA)的吸收再生系能相比较。
此外,研究了不同浓度的MEA-甲醇的吸收性能、再生性能以及密度和粘度等。并且在中试装置中研究了MEA-甲醇代替MEA作为吸收剂的工业潜力。
结果表明,MEA-甲醇吸收剂的初始吸收速率是最快的,MEA-甲醇相比于MEA吸收剂具有更大的传质系数、更大的CO2吸收效率和更低的再生能耗。
并且通过对CO2与MEA-甲醇和MEA吸收剂的反应热研究可得到：MEA-甲醇的解吸热仅为MEA的30%左右,
表明MEA-甲醇有希望替代MEA成为二氧化碳捕集用吸收剂。
       

MEA溶液捕集CO_2的反应热实验研究

单乙醇胺(MEA)捕集CO_2具有吸收速率快、吸收量大等优点,是CO_2化学吸收法中应用最普遍的吸收剂。本文利用自主开发的量热系统测量了MEA溶液吸收CO_2的吸收热、解吸热以及吸收量,考察了CO_2负载率、温度、压力、活化剂等对吸收热、解吸热和吸收量的影响。研究表明:吸收热随温度的增加而下降;在温度相同时,吸收热随CO_2负载率的增大而减小,随吸收剂浓度的增大而增大;压力对吸收热的影响不大,但压力越大,对CO_2的吸收量越大;活化剂的添加有效的降低了单一溶剂MEA的吸收热和解吸热。此外,解吸过程中汽化潜热的回收利用可有效降低能耗。     

CO2捕集技术的研究现状与发展趋势

目的在全球节能减排的大背景以及我国“碳达峰、碳中和”的双碳战略目标指导下,有针对性地研究适用于不同工况的CO₂捕集技术成为极其重要的研究趋势。 方法结合碳捕集领域最新发展动态,针对燃烧过程中CO₂的排放,对比了吸收法、吸附法、深冷分离、膜吸收法、超重力法等技术的优缺点以及应用动态,分析总结了CO₂捕集技术的发展趋势。 结果阐明了几种CO₂燃烧后捕集技术的技术特点。明晰了当前吸收法中吸收剂的选择是核心,反应器与操作条件的优化是重点。对于吸附法,面向大规模工业应用,开发选择性高、吸附容量高、解吸能力强、价格便宜的吸附剂是关键。而对于膜技术,其特点是操作简便、灵活,但提高膜的性能依然是需要持续进行的研究。总体而言,阐明了几种捕集技术的特点、应用潜力和研究方向。 结论尽管当前已经有较多CO₂吸收与分离技术得到广泛的研究与应用,但在具体应用中仍存在诸多问题,针对CO₂吸收与分离的新材料、新溶剂的研究仍是碳捕集领域研究的前沿与热点课题。从碳捕集技术层面出发,今后的发展趋势很可能是两种或两种以上技术串联使用,以满足更多工况条件下的脱碳需求。 