CCUS碳捕集-二氧化碳捕集技术汇总
CCUS
针对全球气候问题，2008年的G8峰会上，八国集团提出，在2020年前后普及CCS技术。CCS（carbon capture and storage）即二氧化碳的捕集和封存技术，是将CO2从电厂等工业或其他排放源分离，经富集、压缩并运输到特定地点，注入储层封存以实现被捕集的CO2与大气长期分离的技术。在此技术基础上发展出CCUS。
碳捕集、利用与封存技术（CCUS，Carbon Capture，Utilization and Storage）是将二氧化碳从化石燃料电厂或工业设施中捕集提纯，然后通过运输投入新的生产过程加以利用，最终实现有效封存二氧化碳的目的。它在捕集、运输、长期封存三个环节基础上增加了对二氧化碳利用的环节，目前主要利用方式包括提高采收率、食品级二氧化碳精制，以及其他工业利用方式。与CCS相比，CCUS可以将二氧化碳资源化，能产生经济效益，更具有现实操作性。
简单来说，CCUS技术即为将二氧化碳捕集起来，然后继续再利用或者封存起来的技术。那么，二氧化碳的捕集技术有哪些呢？
1、化学吸收法
化学吸收法是指化学溶剂通过与CO2发生化学反应，对二氧化碳进行吸收，当外部条件如温度发生或压力改变时，使得反应逆向进行，从而达到二氧化碳的解析及吸收剂的循环再生的目的。二氧化碳捕集流程图如下图所示：
其基本过程为：烟气在脱硫、脱硝后，经引风机从底部进入吸收塔，同时吸收液从吸收塔的顶部喷淋而下，烟气和吸收液在吸收塔内接触后发生反应。吸收液吸收烟气中的CO2变成含有大量CO2的富液，富液经过富液泵到达解吸塔，在解吸塔由再沸器加热到100至120 ℃，使得富液分解而释放出在烟气中吸收的CO2，最终达到二氧化碳的分离与回收。在工业上，通常选用呈碱性的化学吸收液来吸收CO2，如：醇胺、钾碱和氨水等。目前较为成熟的化学吸收法工艺多基于乙醇胺类水溶液，如单乙醇胺法 (MEA法)和二乙醇胺法(DEA法)和甲基二乙醇胺法(MDEA法)等。
各吸收剂的典型能力
近几年新发展的化学吸收法工艺包括：混合胺法、空间位阻胺法、以及冷氨法等。化学吸收法适用于气体中CO2浓度较低时的CO2分离。
我国CO2排放的50%来自燃煤电厂，这意味着电力行业二氧化碳的减排对抵制温室效应有着非常显著的作用。而化学吸收法是目前电厂捕集烟气中二氧化碳应用最广泛的方法。虽然化学吸收法是目前工业上捕集CO2使用最为广泛的方法，但仍存在以下问题：
(1) 捕集工艺能耗大。在捕集系统中，高温的烟气必须通过降温后才能进入吸收塔，浪费了烟气初始的余热回收利用，增大了操作工艺的能耗；
(2) 吸收剂循环效率低。运行过程会造成氧化损耗，在捕集过程中需不断补充，同时会对设备产生腐蚀以及发泡等不良影响；
(3) CO2回收成本高；
(4) CO2捕集设备庞大，操作的弹性小，在开停车上也存在着困难。
2、物理吸收法
物理吸收法的原理是，在加压条件下用有机溶剂对酸性气体进行吸收来分离脱除酸气成分。溶剂的再生通过降压实现，所需再生能量相对较少。典型物理吸收法包含冷法和热法两种技术。
冷法以低温甲醇洗法为代表，典型的工艺技术有德国的Linde公司和Lurgi公司两种低温甲醇洗法，均使用冷甲醇作为吸收溶剂。对于我国，大连理工大学化工学院无机化工教研室从1983年开始就从事低温甲醇洗装置模拟分析优化研究工作，并开发出低温甲醇洗装置模拟系统和新的节能型低温甲醇洗工艺流程。
热法以聚乙二醇二甲醚溶剂吸收法为代表，国外以Selexol工艺为典型，国内以NHD工艺为代表，NHD工艺与Selexol工艺相同，仅仅是所采用的吸收溶剂不同，NHD工艺溶剂吸收CO2的能力要优于 Selexol 溶剂，但 NHD 溶剂解吸能力差，回收处理难，再生耗能高。综合比对低温甲醇洗法、Selexol和NHD法，Selexol法溶剂需要进口，投资最大，NHD法投资较低温甲醇洗法低，但NHD法消耗高，低温甲醇洗法对气体的净化均优于NHD和Selexol法。
物理吸收法适用于气体中CO2浓度较高时的CO2分离，如IGCC中的CO2分离。它在较高的操作压力下进行，不适用于尾气中CO2的分离。
3、吸附法
吸附法是通过吸附体在一定条件下对CO2进行选择性吸附，而后通过恢复条件将CO2 解吸，从而达到分离CO2的目的。
根据吸附条件的不同，主要有变温吸附TSA (Temperature Swing Adsorption) 法和变压吸附PSA(Pressure Swing Adsorption)法两种。常用的吸附剂有：天然沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶、“分子篮”吸附剂、铿化合物吸附剂、碳基吸附剂等。吸附法制氢己有了一定的商业运用,有研究也表明了其在工业规模下分离CO2的可行性。吸附法分离CO2的主要缺点是：分离率较低；具有较高CO2选择性的吸附剂较少；用于电力行业时，吸附法存在成本过高的问题。
4、膜分离法
膜分离法利用特定材料制成的薄膜对不同气体渗透率的不同来分离气体。膜材料分为有机高分子膜及无机膜两种。有机膜的选择性及渗透性较高，而在机械强度、热稳定性及化学稳定性上不及无机膜。常见的膜材料包括：碳膜、二氧化硅膜、沸石膜、促进传递膜、混合膜、聚酞胺类膜及聚酞酸酷膜等。其中二氧化硅膜被认为最接近于工业应用。膜分离法需要较高的操作压力，不适合于常规燃煤电站中CO2的分离。膜分离法装置紧凑，占地少，且操作简单，具有较大的发展前景。其缺点是现有膜材料的CO2分离率较低，难以得到高纯度的CO2，要实现一定的减排量，往往需要多级分离过程。
5、深冷分离法
深冷分离法是通过加压降温的方式使气体液化以实现CO2的分离。此方法在液态状态下对CO2进行分离，分离出的CO2更利于运输及封存。同时此方法避免了化学或物理吸收剂的使用，不存在吸收剂腐蚀等问题，且耗水较少。但是深冷过程中需要消耗大量的能量，且设备投资较大。由于分离出的CO2便于运输、储存，该方法多用于强化驱油。
分析以上几种CO2分离技术，常规吸收法工艺技术成熟，在化工行业已有广泛的应用，是近阶段煤基电站CO2分离的重要技术选择。目前成熟的吸收法工艺，均是在低温湿法条件下运行。对PC电站而言，钙基吸收剂碳化/锻烧技术是一种有较大发展前景的技术。对 IGCC电站而言，膜分离法是较适合的技术。这两种方法中，目前高温膜分离法的材料成本较高，且较难获得高纯度的CO2。
将CO2从气体混合物中分离方法的主要研究方向之一是对吸收剂以及吸附剂性能的改良。
文章来源：煤化友
