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1、低浓度尾气胺溶液捕集回收二氧化碳技术摘 要：胺类化学吸收法是当今燃烧后捕集烟气 CO2 领域中非常成熟的技术手 段，但在捕集烟气 CO2 的过程中，胺类化学吸收法仍然存在着诸如使用能耗过高 会对环境造成二次污染等问题。那么开发出更加优质和高效的新型吸收剂来降低 能耗便成为节能环保行业新的攻坚课题。混合有机胺作为新一代的高品质吸收剂 的的代表，未来将在工业CO2捕集领域中发挥无与伦比的重要作用。关键词：碳达峰、碳捕集、CO2回收、胺溶液吸收1 现状当 21 世纪工业化、现代化的旋律响彻全球，当琳琅满目的工业产品提升了 我们的生活品质，当全世界的人们都在享受工业化社会带来的红利的同时，各种 工业化
2、进程所产生的弊端也悄然呈现。比如用油、用煤、用气的增加导致了对化 石燃料的需求增加，全球各国每年使用的化石燃料燃烧后向地球排放了数以百亿 吨的CO2气体，其引发的温室效应不仅对地球的整体生态环境造成了不可挽救的 伤害，还进一步挤占了人类的生存环境并引发人们生活品质的下降。如果想要从根本上解决温室效应对全球的影响，首当其中的关键性问题就是 解决CO2的减排和回收、精制、利用问题。作为重要的温室气体，CO2减排已经成 为全世界各国政府持续关注的焦点议题。据了解，火力发电厂是CO2的重要排放 源之一，通过碳捕集技术捕集电厂烟气中的CO2并加以精制、利用已经成为全球 各家电厂CO2减排的重要手段。当前
3、，CO2捕集技术可以划分为三大类，包括燃烧前捕集、燃烧后捕集、燃 烧中捕集（即富氧燃烧），其中燃烧后捕集凭借更加高效的技术优势，获得了更加 广泛的应用场景。燃烧后烟气 CO2 的捕集技术又分为膜分离法、化学溶液吸收法 固体物理吸附法等。膜分离技术和固体吸附法一般适用于CO2浓度高于28%的烟 气气氛，其对烟气中杂质、污染物以及水汽含量较为敏感；化学溶液吸收法是利 用碱性吸收剂溶液的特性与烟气接触并与 CO2 发生化学反应，形成不稳定的盐类， 而盐类在降压或者加热的条件下会逆向分解并释放出CO2，从而将CO2从烟气中 分离捕集出来1。由于化学溶剂吸收法对烟气环境的适应性非常强，并可根据烟气CO2
4、的浓度 选择具有不同吸收能力的碱性溶液，可灵活适用于天然气、燃煤等不同气氛的碳 捕集。燃烧后捕集技术中，化学吸收法已经成为技术成熟度高和应用极为广泛的 技术选择，而且经过数十年的发展，我国的化学吸收剂完全实现了国产化，吸收 能耗和降解损失都大幅降低，并完成了从塔器、填料、换热装备到节能工艺的一 系列的技术集成。2 胺溶液捕集回收二氧化碳工艺技术2.1 技术简介目前，工业生产中的CO2捕集技术通常会选用化学溶剂吸收法，该方法是将CO2与吸收剂在超低温度下溶解，CO2溶解进入吸收剂中便形成了富液，当环境变 成高温时，富液发生CO2解析反应，从而分离出高浓度的CO2实现捕集和回收2。2.2 工艺流程
5、图 2-1 是 CO2 捕集系统工艺流程图，当尾气经过风机加压后便进入预处理塔 经过脱硫、降温、除尘、冷却等工艺环节，然后进入吸收塔，尾气自下而上的流 动，与吸收液形成逆流接触，CO2被充分的吸收到溶液中，然后被泵入到循环装 置中进行水洗，水洗后的排放气从烟囱出排出。由于吸收液拥有极高的蒸汽压，为了减少吸收液被排出而造成的损耗以及容 易产生污染大气的情况，在塔的顶部会安装若干循环洗涤和除雾装置。塔内置放 了很多气液分布器，以便加强吸收液对CO2的吸收。塔底富含CO2的富液经管道 送至再生塔内，利用再生后的贫液的余热与富液进行热交换，让再生溶液冷却下 来。再生贫液从再生塔底部出来后经贫富液换热器
6、与吸收富液进行热交换后，再 次回到吸收塔的顶部实现循环使用。再生混合气经再生冷却器冷却后，进入气液分离器中，CO2从分离器顶部分离出来，得到气态CO2产品气，进入后续的净化回收工段3。图 2-1：CO2 捕集装置工艺流程图2.3 技术特点该技术通过研发高效、先进的复合型CO2吸收胺溶剂以及通过设计和模拟技 术开发出了新型热量和动力综合利用优化系统，完美解决了 CO2捕集过程中容易 产生的能耗高、费用高等问题。2.3.1 特性溶剂针对尾气组成进行配方的复合胺吸收溶剂，确保CO2的富液解吸能耗大幅降 低，吸收剂消耗低，同时降低腐蚀作用，达到经济有效,且最佳捕集和分离 CO2。2.3.2 过程能量优
7、化工艺能量综合利用，工艺流程不断的优化，除采用传统的贫富液换热工艺外，还 可以根据尾气的特点，通过实验和模拟，开发出尾气处理、CO2捕集工艺中多级 换热系统、热泵系统、结合分布式换热节能、级间冷却节能、分流解吸节能等多 项技术，完美的实现了系统热功综合利用，降低系统能耗，并保持整个捕集系统 的水平衡，溶液和水消耗量低，实现节能减排降低能耗的目标，并设计出最佳方 案4。2.3.3计算机模拟辅助设计根据项目的物性数据和技术指标，采用化工流程模拟软件并结合胺液化学热 力学数据对工艺过程进行详细的数值模拟，为工艺开发和工程设计提供基础支持2.3.4二氧化碳捕集随机和规则填充塔通过对解吸塔、吸收塔进行科
8、学、严谨的工艺计算，采用新型槽式气液分布 器，可同时起到液体收集和液体分布的作用，无需额外安装液体收集器，塔内的 占位低，也能节省占地使用面积和造价，操作更方便，费用也能控制的更低。2.3.5网络-监测、命令和控制装置为了实现装置的安全性、稳定性，提高控制精度，保证产品质量，控制系统 可以选用集散控制系统（DCS）。DCS系统包括三个部分：（1）通讯部分、（2） 分散控制部分、（3）集中管理部分，DCS会通过操作站对全部的工艺流程进行 24小时的监督、管理和控制，拥有极高的可靠性和便捷性，人机互动的界面也很 友好，可以实现数据存储，常规调节功能，各种复杂计算，逻辑计算，顺序控制 功能，并可以输
9、出各种报表5。3结尾混合有机胺作为吸收剂，是未来工业中CO2捕集有效的方法和手段，混合胺 吸收剂结合了不同单一胺类的优点，既能够提高吸收速率、吸收容量和稳定性， 又能够防止沉淀，形成优势互补，有效提高CO2吸收容量、降低再生能耗。但是 混合胺的选用，多种胺的配比，与相应工艺条件匹配，工艺设备优化等均有着密 切的关系，需要通过系统的实验数据对工艺进一步的优化。参考文献：1 林海周,杨晖,罗海中,裴爱国,方梦祥.烟气二氧化碳捕集胺类吸收剂研 究进展J.南方能源建设，2019（1）.2 王美霞，王红燃烧后CO2捕集技术研究J. 山西化工，2014年（4）.3 张海滨.应对气候变化一二氧化碳捕集与封存J.工业安全与环保，2012 (6).4 周旭健，李清毅,陈瑶姬，徐灏，胡达清化学吸收法在燃后区CO2捕集分离 中的研究和应用J.能源工程,2019年(3).5 张茂,吴少华，李振中.火电厂CO2捕集及资源化技术J;电站系统工 程，2007年05期.
