二氧化碳捕集技術的最新研究進展

張文慧 林毅 鄒娟珍

（1上海人大人投資管理有限公司 上海 200021 2廣州漢德工業技術服務有限公司（上海分公司） 上海 200021）

最近，隨著工業的發展，二氧化碳（CO2）的排放量不斷增加。科學研究表明CO2的大量排放會帶來全球氣候變暖，造成不可逆的災難性破壞。因此我們需要減少CO2的排放量。CO2減排是一項復雜的工程，它需要多種途徑共同協調。目前，CO2減排的途徑主要包括開發低碳能源、節約能源以及CO2的捕集、封存技術（CO2captureandstorage,CCS）。其中，CCS是最有前景的方案之一。本文中，我們對二氧化碳捕集技術現狀進行了全面的綜述。對燃燒前、氧燃燒、燃燒后二氧化碳捕集技術進行比較，并討論了不同捕集方法的特點和適用范圍。最后對CO2捕集技術的發展方向進行了展望。

1 二氧化碳捕集技術現狀

CCS是指從CO2排放源中將CO2捕集分離，并輸送至封存地點，使CO2與大氣徹底隔絕。CCS的第一步是CO2的捕集，它是最關鍵也是能耗最高的一步，CO2捕集所需能耗大約為整個CO2減排成本的70%。因此，開發低成本、高效率而且綠色無污染的CO2捕集技術具有重要的意義。

CO2捕集是一種氣體分離的過程。目前分類方法比較多，最常見的是根據分離原理分類：吸附法、吸收法以及膜分離法等。有3類相應的CO2捕集技術，即：燃燒前捕集，氧燃燒以及燃燒后捕集。對于這三類的研究進展如下所述。

1.1 燃燒前捕集技術

在燃燒之前，煤等其他固體燃料會轉變為氣態，并進一步分解為H2和CO的混合氣。該混合氣通過水煤氣轉換反應器會變成H2和CO2，H2是一種環境友好的燃料，可以用于煤氣聯合循環電廠的燃燒以及燃料電池的開發。燃燒前捕集就是將H2和CO2分開，由于混合氣的壓力一般為2.7MPa左右，而且煙氣中的CO2分壓遠遠高于這個壓力。因此，采用燃燒前捕集技術可以顯著降低捕集裝置的規模，主要采用物理吸收劑將CO2分離，常見的吸收劑包括：低溫甲醇、聚乙二醇二甲醚同系混合物以及丙烯碳酸酯。燃燒前捕集技術具有成本低的優點，具有巨大的發展潛力。

1.2 氧燃燒捕集技術

在純氧條件下，煤等其他固體燃料的燃燒產物為H2O和CO2，H2O的沸點較低，因此可以通過冷凝的方法將H2O分離從而得到CO2。此技術需要高純度的氧氣，一般是由低溫空氣分離裝置提供的。研究發現，循環流化床也可以對燃燒溫度進行循環控制，從而降低溫度得到較為純凈的CO2。與燃燒前捕集技術相比，氧燃燒捕集技術具有以下優勢：(1)可以實現CO2的零排放，研究發現通過該技術CO2捕集率超過95%；(2)氮氧化物產生量少，減少了脫氮裝置的規模，降低了成本。

1.3 燃燒后捕集技術

燃燒后捕集技術是在煙氣中將CO2分離，煙氣中CO2的分壓不超過0.15MPa，因此一般化學吸收劑固定CO2，而且要求化學吸收劑具有較強的親和能力，與CO2反應能夠生成水溶性的物質。燃燒后捕集技術是一項比較成熟的技術，上世紀70年代已經用于煙氣中CO2的回收。目前，醇胺法是最常用的燃燒后捕集技術。但是仍然存在一些問題，例如對設備的腐蝕性強、吸收量小、能耗大一級需要對煙氣預處理等。

2 CO2 捕集技術的最新進展

目前，CCS技術仍然很不成熟，其高成本限制了大規模的應用。因此，目前降低CO2捕集成本是研究的主流方向。國內外學者都對此進行了研究。其中，氨法是國外普遍認可的技術。其原理為，在溶液中氨和CO2反應生成碳酸銨或者碳酸氫銨，煙氣中的二氧化硫以及氮氧化物也可以生成硫酸銨和硝酸。碳酸氫銨在低溫下即可分解，而且生成碳酸氫銨后氨的利用率較高，因此在采集過程中要嚴格控制氨的濃度以及其他條件，使生成的碳酸氫銨盡量多。與MEA相比，氨法具有能耗低、吸收能力強以及對設備無腐蝕的優點。阿爾斯通已經獲得了氨法工藝專利許可權，而且在致力于開發冷氨法。目前，國外還有一些學者致力于其他的捕集技術，例如金屬有機骨架、氧氣制取、離子液體以及膜分離技術等，但是都停留在實驗室研究階段。我國也致力于CCS的研究，“十一五”、973以及863計劃中有很多關于CO2捕集的課題。一些電廠建立了三套醇胺化學吸收法CO2捕集技術，而且已經生產運營，已經達到國際水平。據統計，我國CCS的現場試驗按照時間順序在國際上可以排到第四的位置。

3 總結和展望

隨著技術的發展，CO2捕集技術更加多樣化，而且成本得到了明顯的降低，推動CCS的大規模應用。目前有3種常見的CO2捕集技術，它們各有優缺點。其中，氧燃燒捕集和燃燒后捕集技術適用于大規模的應用，有望用于工業化應用。醇胺化學吸收法是比較成熟的捕集技術，適合大規模的工業推廣，冷氨法的成本最低，值得商業應用。相信在不久的將來，CO2捕集技術會得到廣泛的應用，從而改善全球環境。

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