低浓度尾气胺溶液捕集回收二氧化碳技术

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，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

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).