吸附法在碳捕捉领域的工业应用

王继锋

摘 要：全球变暖已成为国际关注的问题，本文以全球气温变暖为背景，简单介绍针对不同的工业富碳排放气用吸附法（变温及变压吸附）进行碳捕捉的工艺过程及工业应用。

关键词：二氧化碳;捕捉;工业应用

0 引言

全球变暖是目前世界上主要环境问题之一。在导致气候变化的各种温室气体中，二氧化碳对地球升温影响最大。据统计，全球每年排入大气中的CO2高达390亿t，而约有一半的CO2存留于大气中。大气中CO2的含量过高引发温室效应，带来一系列生态环境问题，自南非德班世界气候大会后，关于低碳经济和低碳生活的研究和舆论逐渐成为全世界的热点。

1 液相吸收法在碳捕捉中的工业应用：

液相吸收法主要应用于化学和石油工业的CO2捕捉体系。液相吸收决定于吸收条件下的温度和压力，低温高压有利于其吸收，高温低压有助于解吸。脱碳首选溶剂为胺（例如乙醇胺-胺MEA）、氨溶液、低温甲醇洗（低温甲醇）等。

对于较干净的富碳气（变换气、转化气等），液相吸收法目前已实现工业应用。

但对于含杂质（硫、氮氧化物和颗粒物等）较多的烟道气，直接用液相吸收法，这些杂质会优先与溶剂发生化学反应，消耗大量的溶剂并腐蚀设备。液相吸收前需对烟气进行加压预处理（水洗冷却、除水、静电除尘、脱硫与脱硝等），增加能耗的同时相应的增加成本。为了使二氧化碳捕捉经济上可行，创造新的思路和发展新型的符合成本效益的技术是非常重要的。

2 變温变压吸附法在碳捕捉中的工业应用：

针对含杂质（硫、氮氧化物和颗粒物等）较多的烟道气等富碳气采用液相吸收法存在的缺陷，变压吸附（PSA）及变温吸附（TSA）相结合法碳捕捉的方法应运而生。

变压吸附的碳捕捉原理是常温下，在加压的情况下烟道气及富碳气中的大分子组分CO2及其他杂质（硫、氮氧化物和颗粒物等）作为吸附项吸附在吸附剂上，其他轻组分氮气，氧气等作为非吸附项从吸附器顶部流出。

吸附剂吸附饱和后再用减压（抽真空）的方法再生出大分子组分CO2及其他杂质，因变压吸附处理的原料气为气液分离器后较干燥气体，其水含量较少，其他杂质硫、氮氧化物等对设备腐蚀性较小且能在吸附剂上解吸。提浓后的富碳气加压后通过专用的脱硫脱硝工序得到杂质组分含量达到工业级或食品级的纯净富碳气，节约设备同时节约能耗。成为当前烟道气等杂质组分较多的碳提浓捕捉首选。

纯净富碳气在进一步氨冷精馏提纯之前为避免微量水对氨冷精馏影响，需进一步脱除其中的微量水，脱水一般采用变温吸附方法，在常温或低温的情况用脱水吸附剂吸附脱微量水，再利用加热后的氨冷精馏闪蒸汽再生脱水吸附剂。

经变压吸附提浓、加压脱硫脱硝及变温吸附后的富碳气再经氨冷精馏，进一步分离出其中的N2，O2等轻组分，在塔釜即可得到液态二氧化碳，食品级可作为食品添加剂，工业级可作为焊接保护气或注入深井驱油。

3 不同气体组分的碳捕捉路线

4 结论

综上所述针对变换气、转化气等含杂质组分少的富碳气，规模较大选用液相吸收法捕捉CO2是个不错的选择，规模较小的情况下考虑到投资因素，也可选用变压吸附法替代液相吸收法。

对于含杂质较多的烟道及其他富碳气，采用对操作宽泛的变压吸附是最佳途径，变压吸附相对杂质组分要求比较宽泛，唯一缺点的是CO2有一定的损失（收率在85%以上）。

针对不同组分的富碳气捕捉，方法并不是一成不变的，需结合装置规模，杂质组分含量，公用工程条件等选择环保经济的工艺路线。

由昊华化工科技集团股份有限公司提供专利技术的碳捕捉装置已实现多套工业化运营，典型的有低温甲醇洗再生气5万t/a工业级液体二氧化碳，烟道气3千t/a食品级二氧化碳，其他富碳气5万t/a食品级二氧化碳等装置运行，减少温室气体排放的同时，也为业主取得了不错的经济效益。

同时拥有氨冷精馏塔采用特有专利技术，使得系统冷量损失最小的同时获得较高的二氧化碳收率。

参考文献：

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