CCUS

       針對全球氣候問題，2008年的G8峰會上，八國集團提出，在2020年前后普及CCS技術。CCS（carbon capture and storage）即二氧化碳的捕集和封存技術，是將CO2從電廠等工業或其他排放源分離，經富集、壓縮并運輸到特定地點，注入儲層封存以實現被捕集的CO2與大氣長期分離的技術。在此技術基礎上發展出CCUS。

      碳捕集、利用與封存技術（CCUS，Carbon Capture，Utilization and Storage）是將二氧化碳從化石燃料電廠或工業設施中捕集提純，然后通過運輸投入新的生產過程加以利用，最終實現有效封存二氧化碳的目的。它在捕集、運輸、長期封存三個環節基礎上增加了對二氧化碳利用的環節，目前主要利用方式包括提高采收率、食品級二氧化碳精制，以及其他工業利用方式。與CCS相比，CCUS可以將二氧化碳資源化，能產生經濟效益，更具有現實操作性。

簡單來說，CCUS技術即為將二氧化碳捕集起來，然后繼續再利用或者封存起來的技術。那么，二氧化碳的捕集技術有哪些呢？

1、化學吸收法

       化學吸收法是指化學溶劑通過與CO2發生化學反應，對二氧化碳進行吸收，當外部條件如溫度發生或壓力改變時，使得反應逆向進行，從而達到二氧化碳的解析及吸收劑的循環再生的目的。二氧化碳捕集流程圖如下圖所示：

       其基本過程為：煙氣在脫硫、脫硝后，經引風機從底部進入吸收塔，同時吸收液從吸收塔的頂部噴淋而下，煙氣和吸收液在吸收塔內接觸后發生反應。吸收液吸收煙氣中的CO2變成含有大量CO2的富液，富液經過富液泵到達解吸塔，在解吸塔由再沸器加熱到100至120 ℃，使得富液分解而釋放出在煙氣中吸收的CO2，最終達到二氧化碳的分離與回收。在工業上，通常選用呈堿性的化學吸收液來吸收CO2，如：醇胺、鉀堿和氨水等。目前較為成熟的化學吸收法工藝多基于乙醇胺類水溶液，如單乙醇胺法 (MEA法)和二乙醇胺法(DEA法)和甲基二乙醇胺法(MDEA法)等。

各吸收劑的典型能力

       近幾年新發展的化學吸收法工藝包括：混合胺法、空間位阻胺法、以及冷氨法等。化學吸收法適用于氣體中CO2濃度較低時的CO2分離。

       我國CO2排放的50%來自燃煤電廠，這意味著電力行業二氧化碳的減排對抵制溫室效應有著非常顯著的作用。而化學吸收法是目前電廠捕集煙氣中二氧化碳應用最廣泛的方法。雖然化學吸收法是目前工業上捕集CO2使用最為廣泛的方法，但仍存在以下問題：

(1) 捕集工藝能耗大。在捕集系統中，高溫的煙氣必須通過降溫后才能進入吸收塔，浪費了煙氣初始的余熱回收利用，增大了操作工藝的能耗；

(2) 吸收劑循環效率低。運行過程會造成氧化損耗，在捕集過程中需不斷補充，同時會對設備產生腐蝕以及發泡等不良影響；

(3) CO2回收成本高；

(4) CO2捕集設備龐大，操作的彈性小，在開停車上也存在著困難。

2、物理吸收法

       物理吸收法的原理是，在加壓條件下用有機溶劑對酸性氣體進行吸收來分離脫除酸氣成分。溶劑的再生通過降壓實現，所需再生能量相對較少。典型物理吸收法包含冷法和熱法兩種技術。

       冷法以低溫甲醇洗法為代表，典型的工藝技術有德國的Linde公司和Lurgi公司兩種低溫甲醇洗法，均使用冷甲醇作為吸收溶劑。對于我國，大連理工大學化工學院無機化工教研室從1983年開始就從事低溫甲醇洗裝置模擬分析優化研究工作，并開發出低溫甲醇洗裝置模擬系統和新的節能型低溫甲醇洗工藝流程。

       熱法以聚乙二醇二甲醚溶劑吸收法為代表，國外以Selexol工藝為典型，國內以NHD工藝為代表，NHD工藝與Selexol工藝相同，僅僅是所采用的吸收溶劑不同，NHD工藝溶劑吸收CO2的能力要優于 Selexol 溶劑，但 NHD 溶劑解吸能力差，回收處理難，再生耗能高。綜合比對低溫甲醇洗法、Selexol和NHD法，Selexol法溶劑需要進口，投資最大，NHD法投資較低溫甲醇洗法低，但NHD法消耗高，低溫甲醇洗法對氣體的凈化均優于NHD和Selexol法。

      物理吸收法適用于氣體中CO2濃度較高時的CO2分離，如IGCC中的CO2分離。它在較高的操作壓力下進行，不適用于尾氣中CO2的分離。

3、吸附法

       吸附法是通過吸附體在一定條件下對CO2進行選擇性吸附，而后通過恢復條件將CO2 解吸，從而達到分離CO2的目的。

     根據吸附條件的不同，主要有變溫吸附TSA (Temperature Swing Adsorption) 法和變壓吸附PSA(Pressure Swing Adsorption)法兩種。常用的吸附劑有：天然沸石、分子篩、活性氧化鋁、硅膠、“分子籃”吸附劑、鏗化合物吸附劑、碳基吸附劑等。吸附法制氫己有了一定的商業運用,有研究也表明了其在工業規模下分離CO2的可行性。吸附法分離CO2的主要缺點是：分離率較低；具有較高CO2選擇性的吸附劑較少；用于電力行業時，吸附法存在成本過高的問題。

4、膜分離法

       膜分離法利用特定材料制成的薄膜對不同氣體滲透率的不同來分離氣體。膜材料分為有機高分子膜及無機膜兩種。有機膜的選擇性及滲透性較高，而在機械強度、熱穩定性及化學穩定性上不及無機膜。常見的膜材料包括：碳膜、二氧化硅膜、沸石膜、促進傳遞膜、混合膜、聚酞胺類膜及聚酞酸酷膜等。其中二氧化硅膜被認為最接近于工業應用。膜分離法需要較高的操作壓力，不適合于常規燃煤電站中CO2的分離。膜分離法裝置緊湊，占地少，且操作簡單，具有較大的發展前景。其缺點是現有膜材料的CO2分離率較低，難以得到高純度的CO2，要實現一定的減排量，往往需要多級分離過程。

5、深冷分離法

       深冷分離法是通過加壓降溫的方式使氣體液化以實現CO2的分離。此方法在液態狀態下對CO2進行分離，分離出的CO2更利于運輸及封存。同時此方法避免了化學或物理吸收劑的使用，不存在吸收劑腐蝕等問題，且耗水較少。但是深冷過程中需要消耗大量的能量，且設備投資較大。由于分離出的CO2便于運輸、儲存，該方法多用于強化驅油。

       分析以上幾種CO2分離技術，常規吸收法工藝技術成熟，在化工行業已有廣泛的應用，是近階段煤基電站CO2分離的重要技術選擇。目前成熟的吸收法工藝，均是在低溫濕法條件下運行。對PC電站而言，鈣基吸收劑碳化/鍛燒技術是一種有較大發展前景的技術。對 IGCC電站而言，膜分離法是較適合的技術。這兩種方法中，目前高溫膜分離法的材料成本較高，且較難獲得高純度的CO2。

      將CO2從氣體混合物中分離方法的主要研究方向之一是對吸收劑以及吸附劑性能的改良。

文章來源：煤化友