CO2捕集方法分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u20904CO2捕集方法分析概述 1113911.1吸收分離法 2146741.2吸附分離法 3215701.3膜法 4130311.4低溫蒸餾法 4CO2捕集與封存（CCS）技術(shù)是指通過(guò)碳捕集技術(shù)，將工業(yè)活動(dòng)和能源消耗所產(chǎn)生的CO2分離出來(lái)，再通過(guò)碳儲(chǔ)存技術(shù)，將收集的CO2運(yùn)輸?shù)胶５谆虻叵碌扰c大氣隔絕的地方封存起來(lái)，以減少CO2排放總量的技術(shù)。由圖2-1可知，目前典型的CO2捕集技術(shù)主要分為燃燒后、燃燒前和富氧燃燒三種分離方式。圖2-1典型的CO2捕集技術(shù)這三種捕集技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)如表1.1所示。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>李慧贏</Author><Year>2019</Year><RecNum>77</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">15</style></DisplayText><record><rec-number>77</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rfddx92zjt5ffneazpep0d9u2z590rr5rx0t"timestamp="1620726449">77</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>李慧贏</author></authors><tertiary-authors><author>李水娥,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>氧化鎂吸附劑制備及其吸附CO_2的試驗(yàn)研究</title></titles><keywords><keyword>前驅(qū)體</keyword><keyword>煅燒</keyword><keyword>MgO</keyword><keyword>CO_2</keyword><keyword>吸附量</keyword></keywords><dates><year>2019</year></dates><publisher>貴州大學(xué)</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>15其中燃燒后脫除CO2的方法，由于對(duì)二氧化碳固定源和大多數(shù)已建成電廠來(lái)說(shuō)，在早期階段的投資較少，因此目前已成為已建發(fā)電廠的最主要的二氧化碳捕集方法。這種捕集技術(shù)主要包括了吸收分離法、吸附分離法、膜法和低溫蒸餾法等，其主要的目的是對(duì)燃煤電廠煙氣中的二氧化碳進(jìn)行分離捕集?，F(xiàn)對(duì)每種分離方法進(jìn)行大致的介紹。表1.1不同二氧化碳捕集技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)名稱(chēng)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)燃燒前捕集1.捕集系統(tǒng)小，能耗低2.分離效率高，對(duì)污染物控制較好1.對(duì)于新建電廠而言投資成本太高2可靠性不高，還有待提高富氧捕集1.對(duì)高濃度CO2易于捕集，可直接進(jìn)行處理和封存2.綠色排放，無(wú)有害氣體1.制氧技術(shù)還不太成熟2.制氧技術(shù)的投資和能耗太高燃燒后捕集1.適用于已建電廠，適用范圍廣2.適宜改造項(xiàng)目1.捕集系統(tǒng)龐大2能源消耗過(guò)高1.1吸收分離法吸收分離是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其方法主要分為化學(xué)吸收法和物理吸收法。1.1.1化學(xué)吸收法化學(xué)吸收法就是選擇某種跟CO2反應(yīng)的吸收劑，使其與CO2發(fā)生反應(yīng)從混合氣體（煙道氣）中分離出CO2的方法。這種方法通常使用弱堿類(lèi)的有機(jī)胺類(lèi)化合物作為吸收劑，比如像氨水、鉀堿溶液、醇胺溶液等，ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>宋存義</Author><Year>2012</Year><RecNum>74</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">16</style></DisplayText><record><rec-number>74</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rfddx92zjt5ffneazpep0d9u2z590rr5rx0t"timestamp="1620716545">74</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>宋存義</author><author>周向</author></authors></contributors><auth-address>北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院;美國(guó)辛辛那提大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院;</auth-address><titles><title>捕集低濃度二氧化碳的化學(xué)吸收工藝及其綜合比較</title><secondary-title>環(huán)境工程學(xué)報(bào)</secondary-title></titles><periodical><full-title>環(huán)境工程學(xué)報(bào)</full-title></periodical><pages>1-8</pages><volume>6</volume><number>01</number><keywords><keyword>單乙醇胺</keyword><keyword>哌嗪-碳酸鉀</keyword><keyword>離子液</keyword><keyword>氨水</keyword></keywords><dates><year>2012</year></dates><isbn>1673-9108</isbn><call-num>11-5591/X</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>16其與CO2發(fā)生可逆反應(yīng)。由于溫度可以對(duì)可逆反應(yīng)產(chǎn)生較大的影響，因此這種方法可以通過(guò)控制溫度變化來(lái)選擇反應(yīng)進(jìn)行的方向，從而控制釋放和吸收二氧化碳，以提高二氧化碳的使用率?；瘜W(xué)吸收法到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了很多年，技術(shù)也已經(jīng)變得很成熟，比如在工業(yè)上常用的碳酸鉀法和活性MDEA法等化學(xué)吸收法，捕集CO2時(shí)氣體回收率和純度都比較高。但與此同時(shí)化學(xué)吸收法也存在很多限制其發(fā)展的弊端，比如化學(xué)吸收法脫除CO2時(shí)，吸收劑的回收可能存在困難，吸收劑本身可能會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害，且這種方法一般對(duì)水的消耗比較大，當(dāng)整個(gè)設(shè)備建好后設(shè)備龐大，操作復(fù)雜，維修保養(yǎng)起來(lái)也比較麻煩。因此，這些都制約了這種方法進(jìn)一步的應(yīng)用。1.1.2物理吸收法物理吸收法吸收CO2是一個(gè)純物理的過(guò)程，通常是改變CO2和吸收劑（通常是有機(jī)溶劑）之間的壓力和溫度，從而將CO2從混合氣體中分離出來(lái)。常用的吸收劑有丙烯酸酯、甲醇、乙醇、聚乙二醇及噻吩烷等高沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑。這種方法吸收CO2的能力通常比較單一，因?yàn)镃O2在溶劑中的溶解度一般與溫度關(guān)系不大，其主要跟氣體分壓有關(guān)，服從亨利定律，所以這種方法僅適用于CO2分壓較高、濃度較大的工藝。1.2吸附分離法吸附分離法主要有變壓吸附法（PSA）、變溫吸附法（TSA）及變溫變壓吸附法（PTSA）三種。所謂變壓吸附法就是在不同壓力時(shí)，利用固態(tài)吸附劑對(duì)CO2吸附選擇性的不同，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2的吸附和解吸；變溫吸附法則是根據(jù)吸附劑在不同溫度時(shí)對(duì)CO2吸附量的不同來(lái)對(duì)CO2進(jìn)行吸附和解吸的。但是變溫吸附法能量消耗一般比較大，因此相比于變溫吸附法工業(yè)上多采用變壓吸附法分離捕集CO2，這種方法使用的吸附劑除了常用的沸石、活性炭、分子篩、氧化鋁凝膠等，還有近些年來(lái)還研制出的一系列金屬有機(jī)骨架材料（MOFs）和硅基分子篩等各種新型的吸附材料。但上述兩種方法由于都存在一定的缺陷，因此近些年來(lái)出現(xiàn)的變溫變壓吸附法（PTSA）逐漸成為了研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。這種方法的流程如圖2-2所示。由圖可以看出，整個(gè)系統(tǒng)分為變溫變壓吸附和變壓吸附兩個(gè)過(guò)程，第一過(guò)程（變溫變壓吸附過(guò)程）的煙氣在常壓下被吸附，然后通過(guò)加熱和降壓解吸，再通過(guò)第二過(guò)程。這樣處理的最大的好處就在于可以比單純的降壓分離節(jié)約不少耗能，增大分離氣體的處理量。據(jù)資料估計(jì)，這種方法甚至可以將能耗降低50%左右，脫除效率達(dá)到90%，而CO2純度高達(dá)99%。因此，變溫變壓吸附法（PTSA）具備巨大的潛力?？偟膩?lái)說(shuō)，吸附分離法除了以上這些特點(diǎn)外，還有吸附劑原材料的適應(yīng)性比較廣，工藝過(guò)程較為簡(jiǎn)單，操作維護(hù)比較方便，投資也比較少等優(yōu)點(diǎn)。但其也存在著不足之處，就是吸附解吸較為頻繁，對(duì)吸附劑使用量需求較大，吸附劑壽命短等。為此，我們應(yīng)當(dāng)繼續(xù)致力于研制出高效的吸附劑來(lái)改善這種吸附法的弊端。1.3膜法膜法主要包括膜分離法和膜吸收法兩種，其分離CO2的大致原理都是利用膜材料理化性質(zhì)的不同、空間結(jié)構(gòu)的差異、以及膜兩側(cè)組分壓力不對(duì)等等對(duì)不同氣體產(chǎn)生不同的選擇性，從而將混合氣體與CO2氣體分離開(kāi)來(lái)。這兩種方法的區(qū)別在于膜吸收法中，在膜的另一側(cè)有化學(xué)吸收液存在，混合氣體不與這種吸收液直接接觸，通過(guò)自由擴(kuò)散的作用，待分離的氣體（如CO2）到達(dá)吸收液一側(cè)，然后再被吸收液選擇性吸收。不論是膜分離法還是膜吸收法，其吸收CO2的設(shè)備都主要采用中空纖維膜接觸器進(jìn)行CO2氣體吸收，這種設(shè)備替代了傳統(tǒng)的填料塔，結(jié)合了兩種膜分離法各自的優(yōu)點(diǎn)，因此受到廣泛使用，且已成為國(guó)內(nèi)外研究者的重點(diǎn)關(guān)注。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Mavroudi</Author><Year>2003</Year><RecNum>76</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">17</style></DisplayText><record><rec-number>76</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="rfddx92zjt5ffneazpep0d9u2z590rr5rx0t"timestamp="1620726011">76</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>M.Mavroudi</author><author>S.P.Kaldis</author><author>G.P.Sakellaropoulos</author></authors></contributors><auth-address>ChemicalProcessEngineeringResearchInstitute,AristotleUniversityofThessaloniki,P.O.Box1520,Thessaloniki54006,Greece</auth-address><titles><title>ReductionofCO2emissionsbyamembranecontactingprocess☆</title><secondary-title>Fuel</secondary-title></titles><periodical><full-title>Fuel</full-title></periodical><volume>82</volume><number>15</number><keywords><keyword>Membranecontactor</keyword><keyword>CO2removal</keyword><keyword>Modeling</keyword></keywords><dates><year>2003</year></dates><isbn>0016-2361</isbn><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>17對(duì)于膜材料來(lái)說(shuō)，其存在著不耐高溫、易被污染、不易清潔、易老化等缺點(diǎn)，但其同樣具有能耗低、占地面積小、