CO2捕集技術(shù)之溶劑吸收技術(shù)

傳統(tǒng)胺類(lèi)吸收工藝（CAAP）CAAP使用單乙醇胺（MEA）作為溶劑，用于煙氣（CO2分壓10~ 15kPa），在40~45℃吸收CO2，115~120℃解吸CO2。 MEA水溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%~30%）具有反應(yīng)速率較快和反應(yīng)完全的特性，可捕集90%以上的CO2。

MEA具有良好CO2傳質(zhì)速率、成本低、可生物降解，但氧化和熱降解性能一般，同時(shí)具有中等毒性。在較高CO2濃度下，MEA具有腐蝕性，因此主要應(yīng)用于低濃度CO2。該工藝能耗高，另外煙氣中存在氧氣將導(dǎo)致高溶劑降解率和腐蝕速率加快，要求吸收塔和解吸塔達(dá)到高冶金水平。

受阻胺吸收工藝三菱重工、林德-巴斯夫、碳清潔解決方案公司等技術(shù)開(kāi)發(fā)商，依靠大型發(fā)電廠潛在CO2減排需求，已開(kāi)始優(yōu)化化學(xué)吸收工藝，降低CO2捕集整體運(yùn)營(yíng)和資本成本。工藝優(yōu)化重點(diǎn)是CO2捕集系統(tǒng)和發(fā)電廠熱集成、改進(jìn)溶劑配方降低汽提蒸汽需求、比CAAP工藝溶劑循環(huán)速率和溶劑降解率更低。與傳統(tǒng)胺工藝相比，這些優(yōu)化將燃燒后CO2捕集技術(shù)成本和能耗降低約30%。目前商業(yè)CO2捕集溶劑技術(shù)使用受阻胺溶劑或胺類(lèi)與添加劑的混合物，可減少設(shè)備接觸腐蝕、胺降解和降低能耗。受阻胺溶劑多數(shù)為叔胺衍生物，比伯胺和仲胺具有更高吸收能力，但CO2傳質(zhì)速率較低。受阻胺溶劑與添加劑混合有助于解決傳質(zhì)問(wèn)題。

三菱重工CO2捕集技術(shù)三菱重工基于CAAP技術(shù)，開(kāi)發(fā)了KM-CDRTM燃燒后碳捕集工藝。該工藝使用低能耗、溶劑損失小和低腐蝕性的KS-1TM溶劑。KM-CDR工藝能從煙氣流中捕集90%以上的CO2，產(chǎn)生純度高達(dá)99.9%的CO2。三菱重工KM-CDR工藝蒸汽使用量（0.98~1.48t/t CO2）遠(yuǎn)低于CAAP工藝。截至目前，三菱重工已有13座CO2捕集工廠實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，生產(chǎn)化肥和甲醇。

OASE Blue CO2捕集技術(shù)林德和巴斯夫正聯(lián)合開(kāi)發(fā)燃燒后碳捕集技術(shù)，使用巴斯夫新型胺混合溶劑叔胺甲基二乙醇胺（MDEA）和10%（w）的添加劑環(huán)二胺（哌嗪）水溶液。該技術(shù)與CAAP工藝相比，可節(jié)省20%的能源消耗，同時(shí)具有良好氧化穩(wěn)定性，可顯著減少溶劑消耗。其中試裝置設(shè)計(jì)運(yùn)行容量為1~1.5兆瓦電。再生器絕對(duì)壓力0.24 MPa時(shí)，與傳統(tǒng)胺工藝相比，該裝置所需再生能源較少 （2.8GJ/t CO2）。該中試工廠能捕集高達(dá)30 t/d的CO2，捕集率達(dá)到90%以上，CO2純度可達(dá)99.9%。

碳清潔解決方案公司（CCSL）CO2捕集技術(shù)CCSL開(kāi)發(fā)了碳捕集工藝CDRMaxTM，可在接近大氣壓條件下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)95%的CO2回收率，獲得純度90%以上可用于化學(xué)品生產(chǎn)的CO2。該工藝具有能耗降低27%、胺溶劑損失減少88%、設(shè)備腐蝕減少87%以及胺排放量減少80%的優(yōu)勢(shì)。

CCSL工藝可實(shí)現(xiàn)CO2捕集成本30美元/噸，而其他現(xiàn)行技術(shù)成本為45~60美元/噸。CCSL工藝使用胺促進(jìn)緩沖鹽溶劑（APBS）可減少腐蝕。APBS為受阻胺（2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇）、氨基羧酸或氨基磺酸的鉀鹽和水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)75%）的混合物。與商業(yè)化使用的MDEA和聚乙二醇二甲醚（DEPG）相比，CCSL工藝溶劑具有更高CO2負(fù)載能力，其反應(yīng)熱為39.2 kJ/mol CO2，比MDEA（48.9 kJ/mol CO2）低20%。該溶劑可處理比其他胺類(lèi)溶劑多80倍的CO2。CDRMaxTM工藝吸收溫度在50~70℃，汽提塔溫度在80~120℃。CCSL表示，與傳統(tǒng)CO2捕集技術(shù)相比，其工藝運(yùn)營(yíng)成本降低了40%，資本支出降低了30%。

溶劑吸收技術(shù)處于工藝流程末端，因此具有減少緩解硫氧化物、氮氧化合物和硫化氫排放裝置的優(yōu)勢(shì)，無(wú)論是作為發(fā)電廠改造還是新建裝置，都不會(huì)過(guò)度影響原有裝置運(yùn)營(yíng)靈活性。然而，溶劑吸收技術(shù)也具有明顯缺點(diǎn)，包括設(shè)備尺寸大、需要大量溶劑、胺類(lèi)溶劑具有腐蝕性、易降解、必須洗滌和消除回收塔中的溶劑排放、蒸汽需求大量、過(guò)期溶劑處理問(wèn)題以及能源和資本支出密集。