醇胺法碳捕集技术的研究进展

醇胺捕碳：技术革新与展望 参考资料：魏青等，醇胺法碳捕集技术的研究进展[J]．环境工程技术学报，2025，15（1）：90-99. 整理推荐：中国化工学会烃资源评价加工与利用专委会田松柏 01引言02碳捕集工作原理及流程03醇胺吸收剂优化研究CO2捕集工艺优化研究03复合工艺优化04结论与展望 /01引言 碳捕集技术概述 碳捕集意义 全球能源需求增长与化石能源活动加剧CO2排放，中国作为大国，碳排放量占比大，提出2030碳达峰、2060碳中和目标，使碳减排工作迫切。 电力碳排 电力行业是CO2排放主要行业，火电机组装机占比近六成，其中煤电占比超八成，为CO2主要排放源，燃煤电厂烟气成为CO2捕集关键。 醇胺法捕集 电力行业燃煤烟气CO2排放量大、分压低，燃烧后捕集技术兼容性好且成熟，醇胺溶液吸收法效果好但能耗大，研究其技术对实现碳达峰碳中和目标至关重要， 醇胺溶液吸收法现状 系统流程 醇胺法碳捕集系统由吸收塔、解吸塔等组成，包括吸收、预热、再生和预冷过程，实现CO2的高效捕集和循环，但存在投资成本高、运行能耗高的问题。 工作原理 传统醇胺法捕集CO2基于化学反应，胺基吸收剂（如MEA、DEAMDEA）与CO2结合，不同胺活性不同，影响吸收效率，伯胺和中胺可生成氨基甲酸盐。 新型醇胺吸收剂发展 复合醇胺 复合醇胺吸收剂通过混合高吸收能力与快反应速率的有机物，提升整体性能，如TETA-DMAEAMP-1-MPZ等混合溶剂，再生速率和再生能耗也得到优化， 改性研究 在醇胺溶液中添加催化剂或纳米材料等可促进CO2吸收/再生、降低再生能耗，如ZrO2/SiO2、CeM-HPW-15等，提高吸收速率、容量，同时降低能耗 工艺优化与能耗降低 CO2吸收优化 通过级间冷却、高效填料和优化吸收塔参数等方法强化吸收剂对CO2的吸收过程，提高捕集率和负荷量，降低再生能耗，优化后能耗降低约5% CO2再生优化 CO2再生过程优化通过热整合回收余热，降低升温显热和蒸汽汽化潜热，主要方法包括富液分流、贫液闪蒸压缩等，节能效果显著，富液闪蒸压缩节能约5%。 复合工艺优化 复合工艺优化通过耦合多种单一方法显著降低碳捕集系统能耗，节能效果显著，未来需进一步研究不同工艺与系统的耦合特性，实现高效低耗的碳捕集， /02 碳捕集工作原理及流程 化学反应捕集CO2 传统醇胺法捕集CO2依赖于醇胺吸收剂与CO2的化学反应，高效吸收剂如一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）和甲基二乙醇胺（MDEA）等用于分离并回收气源中的CO2. 胺基团与CO2结合 CO2与胺基团的结合能力按伯胺、仲胺、叔胺顺序递减，伯胺和仲胺通过与CO2反应生成氨基甲酸盐，而叔胺不直接生成氨基甲酸盐，但能促进CO2解离出氢离子。 吸收速率与容量 1mol伯胺/仲胺吸收剂最多吸收0.5molCO2，其特征在于快速吸收但负荷低；相比之下，1mol叔胺吸收剂虽吸收容量大但速率较慢，因其缺乏活性氢原子。 10line ci 醇胺法捕集CO2流程 醇胺法碳捕集系统 传统碳捕集流程 传统碳捕集流程包括吸收、预热、再生和预冷过程，吸收过程中烟气中的CO2被贫液吸收，预热过程后富液进入解吸塔，在再生过程富液中的CO2被释放出来。 现阶段最具规模化应用的碳捕集技术，具有CO2捕集率高（>90%）、捕获CO2纯度高（>99%）、烟气适应性较好等优点，由吸收塔、解吸塔和其他辅助装置组成。 优化降低能耗成本 贫液新循环启动 预冷过程中贫液被冷却后进入吸收塔塔顶，启动了新一轮的碳捕集循环；然而，传统醇胺法捕集CO2工艺存在系统投资成本高、运行能耗高的问题。 为了降低碳捕集系统流程的能耗，降低投资与运行成本，研究人员从醇胺吸收剂、吸收过程、再生过程等方面对醇胺法碳捕集系统进行了优化。 103 醇胺吸收剂优化研究 复合醇胺提效 混合醇胺吸收剂结合高吸收与快反应特性，提升CO2吸收/再生效率，降低能耗。多种组合如TETA-DMAE、AMP-1MPZ等展现优异性能。 复合降低能耗 许多研究利用复合醇胺溶液来提高再生速率并降低再生能耗。如AMP-TETA、MEA-MDEA-PZ等，优化配比后显示显著的性能提升。 复配高效吸收 复配醇胺吸收剂综合优势，高CO2负荷、大适环容量、低能耗。但研发仍需深入，聚焦于高吸收速率、低消耗、低成本的新型吸收剂开发。 吸收剂改性研究 催化剂降低能耗 在醇胺溶液中添加SO4^2-/ZrO2/SiO2等催化剂，显著降低CO2再生能耗，提升解吸率。新型催化剂持续被开发，以实现更高效的CO2捕集。 纳米颗粒强化性能 纳米颗粒的添加强化醇胺吸收剂物理性质与传质，提升CO2吸收/再生性能。如DEEA、MDEA体系，吸收量、速率及解吸量均显著增加， 改性研究的方向 建化剂与纳米颗粒改性醇胺溶液，提升CO2吸收率与再生性能，降低能耗。此技术是未来醇胺吸收剂研发的重要方向，以强化其综合性能。 104CO?捕集工艺优化研究 CO2吸收优化 级间冷却 通过在吸收塔中部设置冷却器并采用循环冷却水，级间冷却工艺强化了吸收剂的冷却效果，增强了传质驱动力，提升了醇胺溶液的CO2负荷能力， 吸收塔填料 改进吸收塔填料，采用高效规整填料和优化散堆填料，能显著提升气液两相传热传质性能，降低吸收塔成本和能耗，提高CO2捕集率和吸收效率， 吸收塔参数 通过精准调控吸收剂循环量、烟气温度与液气比等关键参数，显著提升CO2吸收效率与负荷，同时有效降低再生能耗，实现高效能与低能耗的双重优化。 CO2再生优化 富液闪蒸压缩 富液分流 压缩式热泵 解吸塔参数 贫液闪蒸压缩 贫液闪蒸压缩工艺通过降低压强使贫液汽化，回收二次蒸汽并压缩至解吸塔底部咖热富液，大幅降低再沸器热负荷，显著节能。 富液闪蒸压缩工艺通过机械蒸汽压缩技术，将富液闪蒸产生的蒸汽压缩至解吸塔底部提供热量，降低系统能耗但节能效果相对有限。 压缩式热泵工艺利用压缩热泵回收解吸塔塔顶蒸汽潜热和CO2显热，显著降低再生能耗，节能率高达13.15%，是醇胺法碳捕集的有效节能途径， 通过精细调控解吸塔的再生压力和再沸器热负荷等关键参数，显著提高CO2的解吸率和系统的稳定性，同时降低再生能耗，优化整体运行效能。 复合工艺研究 复合工艺优化节能效果 优化选择工艺组合 未来研究应深入探索不同工艺与碳捕集系统的耦合特性，优化工艺组合以实现高产量、高捕集率、低能耗和低胺耗的碳捕集系统流程。 复合工艺节能显著 复合工艺优化通过耦合多种单一工艺，显著降低碳捕集系统能耗。研究表明，相比传统流程，复合工艺能降低能耗20%~40%，节能效果显著。 吸收过程优化 级间冷却工艺是一种有效的吸收过程优化方法，通过在吸收塔中部设置冷却器并采用循环冷却的方式，强化了吸收剂的吸收过程，提高了CO2捕集率。 再沸器能耗降低 再生过程优化工艺多样，富液分流、贫液闪蒸压缩、压缩式热泵等均显节能成效。富液闪蒸压缩虽降再沸器能耗，但压缩功增，总体节能效果有限。 复合工艺优化节能 复合优化工艺通过综合应用多种节能方法，可以大幅降低碳捕集系统的能耗。2种或3种复合优化工艺的节能效果更显著，能降低能耗20%~40%。 106结论与展望 醇胺吸收剂优化 复合醇胺吸收剂 复合醇胺吸收剂融合高吸收与低能耗特性，通过分子级协同作用，显著提升CO2捕集效率，同时降低再生能耗，为绿色能源技术注入新活力， 吸收剂改性研究 在醇胺溶液中添加催化剂或纳米材料等可促进CO2吸收/再生、降低再生能耗，改性研究引领绿色能源技术革新，加速碳中和目标实现。 吸收过程强化 级间冷却 通过在吸收塔中部设置冷却器并采用循环冷却水，级间冷却工艺强化了吸收剂的吸收能力，提高了CO2负荷量和捕集率，有效降低了再生能耗。 吸收塔填料 高效填料与结构优化策略被证实能显著提升吸收塔内气液传质效率，不仅缩短了吸收塔尺寸、降低了成本，还显著提高了CO2捕集率和富液负荷。 吸收塔参数 精细调控吸收塔循环量、温度与液气比，协同优化压力与流量，显著提升CO2吸收效率与捕集率，实现能源利用新高度，为碳中和贡献力量。 再生能耗降低 富液闪蒸压缩 贫液闪蒸压缩 解吸塔参数 富液分流 压缩式热泵 压缩式热泵回收解吸塔蒸汽与CO2热量，用于富液预热降低再生能耗达10%~15%。其高效节能特性对推动醇胺法碳捕集技术绿色转型具有意义 优化解吸塔操作条件如压力、热负荷和贫液负荷，可以减少再生能耗并提升CO2解吸效率，清准调控为碳捕集过程带来了显著的经济与环境效益。 富液闪蒸压缩工艺通过闪蒸高温富液并压缩蒸汽至解吸塔，减少再沸器负荷。虽节能效果受蒸汽压缩功制约，仍为高效环保型碳捕集技术。 贫液闪蒸压缩工艺通过降低压强使贫液汽化，回收大量蒸汽潜热并压缩至解吸塔底部供热，大幅减轻了再沸器负担，显著降低再生能耗， 富液分流工艺巧妙地将富液分流为两股，一股直接进入解吸塔回收余热，另一股经预热后以更高热值进入解吸塔，有效平衡温度与热量分布。 复合优化工艺 复合工艺节能 复合工艺优化通过融合多种节能技术，显著降低碳捕集系统能耗，综合运用多种优化方法可将能耗降低20%~40%，展现卓越的节能效果与发展潜力。 工艺优化策略 未来应深入探索不同工艺与碳捕集系统的最佳耦合方式，以实现高捕集效率、低能耗及低胺耗的优化自标，推动碳捕集技术迈向更高效、更环保的新阶段。 优化工艺效果 不同优化工艺对系统能耗的影响因吸收剂和运行参数而异。级间冷却等工艺节能有限，而富液分流、贫液闪蒸压缩等工艺节能显著，需根据实际情况选择。