现代碳捕集技术介绍

为了响应减少温室气体（GHG）排放的全球倡议，流程工业领域内的许多企业都积极采取多样化举措，竭力提高生产效率，提高绿色能源的使用占比。碳捕集技术可以捕集并封存二氧化碳气体，是应用前景广阔的解决方案。不过这一技术的推广普及还需持续提升技术能力，降低成本开支，提高可行性。

基于碳捕集与燃烧的关系，将碳捕集技术分为两类：燃烧前碳捕集和燃烧后碳捕集。燃烧前碳捕集在燃料燃烧前捕集二氧化碳，通过气化 和重整等工艺实现。

相反，燃烧后碳捕集则捕集主要工艺的燃料燃烧后的二氧化碳。通过溶剂或使用其他方法直接捕集烟气中的二氧化碳。本文主要介绍燃烧后碳捕集。比对燃烧前碳捕集，燃烧后碳捕集方便改造，技术成熟，但效率较低。

胺法是工业领域内常用的碳捕集技术。这种燃烧后碳捕集技术利用一乙醇胺等胺液的化学特性，此类溶液具有强二氧化碳吸收能力。工艺流程如下：

净化烟气，去除夹杂的灰尘、颗粒物、含硫化合物和其他污染物。预处理可以有效保护胺溶液和设备，避免发生结垢和腐蚀。随后，冷却热烟气，降至理想温度（在40-60°C/104-140°F之间），有助于胺溶液高效吸收二氧化碳。

冷却后的烟气进入吸收塔底部，塔身通常是圆柱形容器，内部填料可以增加气液接触的表面积。塔顶喷淋胺溶液。烟气在吸收塔内上升流动，接触到喷晒的胺溶液。随后，烟气中的二氧化碳与胺分子结合形成可逆键，去除气流中的二氧化碳。

富含二氧化碳的胺溶液转移：富含二氧化碳的胺溶液被泵送至解吸塔或再生塔中。使用拉曼光谱分析仪产品进行高精度测量，确保后续再生工艺的过程效率。

在解吸塔中，富含二氧化碳的胺溶液被加热，常常通过蒸汽喷射将其加热至110°C/230°F左右。加热会切断胺分子和二氧化碳之间的化学连接键。再生后的胺溶液不含二氧化碳，流入再生塔底部。

胺溶液冷却和循环再使用：高温再生胺溶液流经换热器，富含二氧化碳的溶液吸收部分热量，提高能效。进一步冷却，使胺溶液恢复至吸收二氧化碳的理想温度，冷却后的胺溶液随后被泵送至吸收塔顶部，循环再使用。

再生塔顶部排放的二氧化碳被压缩，增大密度，方便运输或储存。使用TDLAS可调谐二极管激光吸收光谱分析仪对排放的二氧化碳气体的纯度进行分析。依据用途，二氧化碳可能需要进一步净化处理，去除夹杂的污染物。

通常，胺法碳捕集技术的二氧化碳捕集效率高于90%。但再生属于高能源过程，过程中使用的胺溶液会随着时间的推移而逐步降解，需要及时填充。为了应对上述挑战，研究人员仍在努力开发更节能的再生技术，比如利用工业生产废热。他们同时也在开发热稳定性更优和抗降解能力更强的胺溶液。

膜法碳捕集技术的应用较少，通过特殊材质的薄膜将二氧化碳和其他气体分离开来。分离膜通常为聚合物或陶瓷材质，有针对性阻止分子通过。允许二氧化碳通过，同时阻挡隔离其他气体。对比胺法高温气体再生工艺，能耗较低是其主要优点。

主要工艺流程有：

1. 烟气预处理：进入膜组件的烟气必须首先净化处理，通常是经过过滤和洗气。去除夹杂的灰尘、颗粒物和其他污染物，避免堵塞或损坏膜孔。烟气通常需要冷却，调节湿度，满足特殊膜材料的的理想使用状况。从而确保二氧化碳高效分离，避免膜组件内出现冷凝水积聚。
2. 膜分离：预处理后的烟气直接流向分离膜，有选择性阻拦气体通过。分子大小、结构和与膜材料的亲和力各不相同，二氧化碳分子穿过分离膜的速度比其他气体（比如氮气）快。富含二氧化碳的滤液通过分离膜后被收集起来，进行后续处理。回流液中的二氧化碳含量非常低，夹杂有剩余气体。或者被排放至大气环境中，或者进行再利用，重新用于主要生产过程。
3. 二氧化碳压缩和处置：压缩富含二氧化碳的滤液，增加密度，方便运输或储存。依据用途，二氧化碳可能需要进一步净化处理，去除夹杂的污染物。

除了低能耗，膜组件占地面积小，非常适合狭小空间应用。不过，膜法碳捕集的效率低于胺法，气流组分、压力、温度的微小变化都对性能不利。

胺法和膜法是目前大规模使用的燃烧后碳捕集技术，研究人员仍在努力开发其他碳捕集技术。

首当其冲是直接空气捕集（DAC）技术，从大气中直接分离移除二氧化碳。利用大功率风机吸入空气，流过固体铵盐或氢氧化钠溶液等专用吸附材料，化学吸附固定二氧化碳气体。吸附饱和后立即加热吸附剂，排放并收集捕集到的二氧化碳，方便日后利用 或封存。

DAC技术是捕集汽车和其他途径碳排放的新途径。然而同源头碳捕集技术相比，吸附材料易碎，高能源需求，高成本开支，以及需要大规模布局才能实现有效碳捕集，DAC技术的普及面临诸多障碍。

人们正在研究使用生物质燃料。树木等生物质在生长过程中会吸收大气中的二氧化碳。捕集燃烧排放的二氧化碳，用户可以真正实现负碳排放。然而生物质的生长需要大量土地和水资源，同时还需细致考虑可持续的采购方法。

燃烧后碳捕集技术的推广使用受技术和经济因素的限制，不仅针对碳捕集，而且还针对碳利用和碳封存。胺法碳捕集的效率非常高，但需要耗费大量能源，且需定期填充溶剂。相比之下，膜法碳捕集的能耗较小，但效率也较低。两种技术的使用成本都很高。

行业都力争实现净零目标，战略的多样化至关重要。达成目标需要优化工艺流程，提高整体能效，使用可再生资源，积极推广使用碳捕集技术。针对不同战略合理平衡环境、技术、经济因素，对于行业提高未来可持续发展能力至关重要。