烟气胺法CO2捕集技术进展与未来发展趋势

全球气候变化是目前世界面临的严峻问题之一,CO₂等温室气体的过量排放是导致全球气候变暖的主要原因。碳捕集、利用和封存(CCUS)是现阶段解决全球气候变暖的必要手段,基于有机胺的化学吸收法因捕集效率高、烟气适应性好,成为目前燃煤燃气电厂捕集CO₂的关键技术路径。本文详细介绍了胺法CO₂捕集技术的基本原理及胺法CO₂捕集技术工艺流程,分析了新型吸收剂的开发、节能技术的优化等降低胺法CO₂捕集技术再生能耗和成本的关键手段。结合研究现状以及烟气胺法CO₂捕集需求,对其未来的发展趋势进行展望。     

CO2捕集溶剂吸收法的研究进展

针对最主要的CO₂捕集方法溶剂吸收法，系统梳理了吸收剂有机胺、离子液体、低共熔溶剂以及相变溶剂在碳捕集领域的技术发展历程和现状，并分析了相关技术的发展趋势。目前溶剂吸收法主要以有机胺为主，但仍面临能耗和降解率高等问题，新型胺液溶剂的开发和应用还需时间验证。离子液体、低共熔溶剂和相变溶剂尽管具有替代有机胺捕集CO₂的潜力，但受成本和溶剂黏度的限制，依然面临着较多的技术挑战。因此，溶剂吸收法捕集CO₂技术开发仍有很大的提升空间。     

集成供冷的燃煤电厂碳捕集、封存系统优化分析

利用碳捕集、封存系统(CCS)减排燃煤电厂CO₂是碳中和必经之路，但目前较高的碳捕集、封存成本限制了该技术的发展和应用。针对某300 MW燃煤机组，利用Aspen Plus模拟软件提出并搭建了基于碱金属基干法碳捕集、封存耦合供冷系统，利用凝结水循环进行深度耦合，达到回收CO₂压缩封存过程中冷量的目的，有效降低碳捕集成本。在不耦合供冷过程的情况下，通过回收CO₂吸附过程释放的反应热，降低碳捕集系统单位耗电量至413.79 kWh/t(以CO₂计，下同);此时CO₂压缩封存过程能耗仍巨大。为此，在上述碳捕集封存系统进一步耦合供冷机组。通过模拟计算可得集成后新系统降低了CO₂压缩程度，此时加压封存过程的单位耗电量降至247.54 kWh/t,降低了2.3%,CO₂捕集封存总运行成本进一步降低33.77%。此外，供冷机组的引入还会降低额外投资成本，如通过提高CO₂吸附床内的换热温差，减少受热面布置量和吸附剂装载量，从而减...     

新型相变有机胺吸收捕集CO2技术研究进展

CO₂捕集、利用与封存(CCUS)技术是实现碳减排的关键技术之一,有机胺吸收技术是目前研究最广泛、最成熟的CO₂捕集技术,已有少数工业应用案例。吸收剂是吸收技术的核心,吸收剂的研发创新是该领域的热点方向。相比于单一相的有机胺吸收剂,相变吸收剂在吸收CO₂后产生相变行为,仅需对富相进行再生,可大幅减少再生体积,降低再生能耗。本文介绍了传统混合胺相变吸收体系的典型工艺、吸收机理和吸收剂研究进展,分析了吸收剂吸收CO₂后富相黏度高、富相体积占比大及其导致的再生能耗增加的问题。本文系统梳理了为解决上述问题而研发的四种新型的相变吸收体系,分别为空间位阻胺混合型相变吸收剂、物理溶剂混合型相变吸收剂、醇胺混合型相变吸收剂、催化剂-有机胺复合型相变吸收剂,对各类新型相变吸收体系的设计构建原理及性能强化机制进行了分析。最后,基于对研究进展的深入分析,提出了相变吸收剂的未来研究方向。     

碳酸酐酶固定及在二氧化碳捕集应用研究进展

化石燃料的使用是全球气候变暖的主要原因,二氧化碳捕集、利用及封存(CCUS)技术能够有效减少碳排放,缓解气候变化压力。化学吸收法是CO₂捕集的重要方法之一,具有分离效率高、成本低等优点,但存在解吸过程中消耗能量较多、长期使用造成设备腐蚀性等问题。利用碳酸酐酶(CA)强化化学方法吸收CO₂,可以提高CO₂吸收效率,有效解决传统工艺中的热能损失,逐渐成为CO₂捕集与封存研究中的热点。但CA自身热稳定性低、可重复性差,需对其进行固定化以提高稳定性和活性。重点介绍了CA的固定化方法及常用载体材料,总结了CA在强化CO₂捕集中的作用机理,讨论了其在CO₂捕集中的应用,并对该技术的未来发展方向作出了展望。固定化载体与方法会影响固定化酶的性质,故CA在固定化时要选择合适的载体与方法。CA固定化方法包括吸附法、包埋法、共价结合法和交联法4种,各有优劣,应根据酶所应用的领域来选择合适的固定化方法。常用固定化载体有天然高分子、无机载体材料等,选择时应综合考虑载体的理化性质和工业应用能力。CO₂捕集过程中,CA主要通过促进化学溶剂吸收CO₂和诱导CO₂矿化生成碳酸钙两方面强化捕集效率。未来研究方向应集中于开发具有更高活性和稳定性的新型CA、制备廉价高性能载体材料和进一步探究CA的内在因素和外界条件对其工业应用产生的阻碍。     

水泥行业CO2排放特征及治理技术研究

本文系统梳理分析了水泥不同种类和各工序的CO₂排放特征，其中，工艺、燃料直接CO₂排放占比达90%，与物料中碳酸盐的含量正相关，与燃料发热量和利用率负相关，电力间接CO₂排放占比约10%，特种水泥由于减少了碳酸盐分解造成的碳排放，总体碳排放量较低。新型干法水泥生产过程可分为生料制备、熟料煅烧和水泥粉磨三个阶段，工艺和燃料CO₂排放主要发生在熟料煅烧阶段，其尾气中CO₂浓度一般在11%～29%。研究分析了碳替代/碳捕集等控碳技术、CO₂资源化利用技术。水泥厂碳替代主要是原料替代、熟料或水泥替代、燃料替代等，可分别实现减碳10%、25%～50%和30%以上；碳捕集主要有富氧燃烧和烟气CO₂捕集，水泥窑富氧燃烧技术有全氧燃烧和分解炉全氧燃烧技术两种。捕集技术主要采用化学吸收法、固体吸附法；在CO₂综合利用方面，针对水泥厂的特殊应用场景，矿化具有较好的应用效果，如采用混凝土养护技术，制备高附加值的微纳米碳酸钙等。     

专利视角下空气中直接捕集CO2技术发展分析

碳达峰和碳中和目标的提出为我国碳减排发展明确了方向，也对碳捕集技术未来发展提出了新要求。空气中直接捕集CO₂作为新兴负碳排放技术是实现双碳目标的重要技术保障。专利作为技术信息的有效载体，是分析技术发展的重要工具，具有信息丰富完备、覆盖时间长、真实可靠等特征，更是学术期刊资源的重要补充。以直接空气捕集相关关键词进行检索，并基于国内外专利文献分析了空气中直接捕集CO₂技术的发展历程，分析了空气直接捕集技术的专利申请数量，介绍了主要技术形式与改进措施。着重介绍了主要研究创新主体的关键专利技术，包括低成本高效吸附剂的改进，降低空气流通装置阻力的方法以及空气直接捕集系统与其他化学系统的耦合等。随着技术发展带来的降本增效以及碳交易市场与碳关税的建立形成，具有负碳潜力的空气直接捕集CO₂技术将会得到更广泛关注。最后对我国空气直接捕集CO₂技术未来发展方向进行展望。     

有机胺吸收二氧化碳的热力学和动力学研究进展

二氧化碳捕集与封存技术（CCS）是针对大气CO₂含量增高导致的全球气候变暖而提出的全球性解决方案。有机胺吸收法作为经济与技术层面最成熟的技术,是实现二氧化碳捕集的重要工艺过程。从有机胺法吸收二氧化碳的基本反应机理出发,系统评述了应用有机胺法吸收捕集CO₂的热力学与动力学性质的研究进展,介绍了不同类型胺溶剂分子结构与CO₂捕集溶解度和反应速度的关系,并对今后CO₂吸收捕集的热力学和动力学的研究方向提出了展望。     

燃煤电厂CCUS技术与应用进展

在“双碳”目标背景下，我国大规模开展产业化CCUS技术示范应用，可为碳减排目标的实现提供重要支撑，对服务国家战略和经济社会绿色发展意义重大。燃煤电厂是CO₂重要的排放源，同时也是CCUS的主要应用对象。介绍了燃煤电厂二氧化碳捕集、利用和封存技术(CCUS)的每个工艺环节以及国内外CCUS技术的应用进展情况，包括不同地区不同年份CCUS示范项目的CO₂捕集能力、CO₂去向等，并对当前燃煤电厂CCUS技术进行了总结。     

CCUS工程中CO2泄漏危害及防治措施研究

全国各地陆续开始了利用碳捕集、利用和封存(CCUS)技术来减少温室气体的排放,但是该技术也存在着潜在的风险如CO₂的泄漏。通过开展大量现场调研和分析，明确了CCUS工程中CO₂泄漏带来的生态危害、健康危害和社会危害，并且考虑相关环境规范中的评估方法，提出了可应用于工程实践环节、环境治理环节的预防和控制措施。研究结果可为CCUS工程的实践与推广提供参考和借鉴。     

碳中和目标下的煤化工变革与发展

碳中和目标的达成将对我国煤化工产业的发展产生深刻的影响。本文分析了煤炭消费与煤化工的CO₂排放情况及煤化工在国家经济中的作用,指出碳减排技术与煤化工工艺耦合是实现煤化工碳减排与可持续发展的关键,现实地选择优化产业结构与提高能量利用效率的措施可明显但有限地降低CO₂排放量,认为要实现煤化工亿吨级规模的碳减排必须采用绿电绿氢、碳捕获与封存/碳捕获利用与封存（CCS/CCUS和CO₂）资源化利用技术。文中评述了近年来绿电绿氢、CCS/CCUS和CO₂资源化利用技术应用的主要进展,指出2030年碳达峰前这些碳减排技术将处于关键的示范考验期,能否成熟可靠将决定之后的煤化工发展走向,同时预测氢冶金与绿氨合成示范技术的推广应用将可能导致煤化工产业格局的重大变化。最后基于空气直接捕集CO₂技术与光电催化CO₂转化或模拟光合反应的研究进展,设想了未来可能呈现的零碳化工体系。     

低能耗化学吸收碳捕集技术展望

低能耗的CO₂捕集技术对“碳减排”有重要意义。化学吸收法是工业常用的CO₂捕集方法,过程能耗高、成本高,限制了大规模的工业应用。近年来,随着新型吸收剂的开发和吸收解吸装置的设计,过程能耗有所降低,在我国已有多套碳捕集示范装置。然而进一步降低捕集能耗,节约捕集成本是实现“碳中和”的不变追求。本文基于溶剂化学吸收CO₂研究,提出以下化学吸收法的研究方向：开发广泛的相变吸收理论,构建吸收体系数据库,建立定量预测模型,以实现吸收体系的分子设计;强化气液传质,设计液相传热部件和气液分离空间,研发高效吸收解吸设备,以提升碳捕集效率;耦合化学吸收和矿化,实现原位CO₂吸收固定,提升过程经济性。通过化学吸收技术的系统研发,以期促进低能耗的碳捕集,助力祖国实现“碳中和”。     

CO2管道输送技术研究

在油田三次开采和碳捕集、利用与封存(CCUS)技术发展的背景下，将CO₂注入地层可以有效提高原油采收率，同时减少碳排放，缓解温室效应。CO₂输送是CCUS工程建设的重要环节之一，其中管道输送以输送量大、距离远、经济性好等优点一直备受关注。根据纯CO₂相态图，阐明了不同相态下CO₂温度压力范围，对4种相态下管道输送工艺流程进行分析，得出对于短距离CO₂管道，选择气相和液相输送较为合理；对于长距离CO₂管道，选择密相和超临界相输送较为合理。从管道输送工艺和经济性评价2个方面，探讨了国内外CO₂管道输送技术研究进展，并结合国内外已建CO₂管道案例，对国内CO₂管道输送技术研究提出建议。     

二氧化碳捕集技术研究进展

由于全球温室效应不断增强,全球温度上升引发冰川融化,使得海平面上升和海水酸化。二氧化碳(CO₂)是人为排放温室气体的主要组成部分,占比四分之三。随着碳中和碳达峰目标的提出,CO₂捕集与封存(CCS)技术作为具有前景的策略正在引起全球关注。本文介绍了燃料燃烧前、富氧燃烧和燃烧后烟气中CO₂捕集技术,以及吸收、吸附和膜分离等CO₂分离技术,提出固体吸附剂对CO₂进行吸附和分离是一种具有应用前景技术,从CO₂吸附剂方面展望二氧化碳捕集技术研究方向。     

碳中和目标下推动绿色甲醇发展的必要性分析

目前我国甲醇产能接近9800万吨、产量8000万吨，表观消费量约占世界总量的60%，自给率达90%以上，但以煤为主天然气和焦炉气为辅的原料格局导致甲醇生产每年产生2亿吨CO₂排放。文章指出：在碳中和背景下，随着以电力领域为代表的烟气CO₂捕集工作的深入开展、绿电装机规模的不断增加，将有越来越多的CO₂和绿电以产品形式存在，捕集1t CO₂的综合成本达到300元左右。在该成本边界下，如不能将捕集获得的CO₂进行资源化利用带来效益，将会对双碳目标的达成带来不利影响，因此如何对CO₂进行转化利用成为研究热点，将CO₂加氢合成绿色甲醇则是一个很好的解决方案，并且相关研究和工业开发也逐渐掀起热潮。本文从政策驱动、工艺优势、降碳效应、绿电及CO₂转化消纳、市场需求、甲醇产业升级6个方面进行了分析，认为发展绿色甲醇是实现碳中和目标重要且必要的举措之一。     

盐水体系的二氧化碳-氢水合物结构和组分研究

水合物法二氧化碳(CO₂)捕集是实现“双碳”目标的高效技术之一。利用激光拉曼测量气体水合物结构和组成可以作为定性/定量分析水合物法CO₂分离捕集效率的基础。本研究利用激光拉曼测量了不同体系利用水合物法从CO₂/H₂混合气中分离捕集CO₂过程中水合物的微观结构和组成。研究结果表明，利用泡沫镍代替机械搅拌，促使H₂进入了水合物笼，从而降低了CO₂的分离效率。研究结果为进一步优化水合物法CO₂分离捕集工艺提供了科学依据。     

微藻固碳光合作用强化策略及展望

随着工业技术的飞速发展和化石能源的大量使用,CO₂排放量逐年增加,其引起的全球变暖是全球环境和经济领域最关注的话题之一。CO₂捕集利用与封存技术(CCUS)是我国实现碳达峰、碳中和目标的关键技术,对我国减少CO₂排放、构建生态文明具有重大意义。微藻具有生长速度快、对极端环境适应性强、生产成本低等优点,其介导的CCUS技术能吸收固定CO₂并将其转化为高附加值产品。该过程中微藻种类对确定CO₂固定效率和生物质产量起至关重要的作用。目前许多综述性研究都集中在利用微藻进行碳捕集、利用和储存方面,鲜见关于提高微藻碳捕集效率的最新策略相关综述。基于微藻固碳技术的发展现状,系统讨论了微藻的光合作用和固碳机理。回顾了微藻菌株固定CO₂最新进展,重点关注用于燃煤烟气的微藻改良和改进。全面总结了提高微藻光合效率的最新趋势和策略。随机诱变、适应性实验室进化和基因工程等几种修饰和改良微藻菌株的策略可用于产生理想的藻种。其中,基因工程不仅可截断集光复合体(LHC)的天线尺寸来提高光...     

分批补加NH4HCO3对化学吸收-微藻转化耦合系统的影响

碳捕集及资源化利用对缓解全球变暖、冰川融化等环境问题具有重要意义,是实现碳中和的有效途径之一。传统的化学吸收法捕集CO₂能耗高,而微藻生物固定CO₂时,由于CO₂在培养基中溶解度低,导致CO₂逃逸,造成固碳效率低及CO₂二次排放。化学吸收与微藻固碳耦合系统具有潜在的降低再生能耗及提升一体化CO₂资源化利用优势。采用氨水作为化学吸收剂,充分吸收CO₂后生成的NH₄HCO₃部分替代传统微藻培养过程中的氮源NaNO₃,为降低高浓度NH₄⁺-N对螺旋藻的毒性,进一步降低耦合系统的氮源成本,采用分批补加NH₄HCO₃的形式优化氮源组成。结果表明,分批补加NH₄HCO₃可在不影响螺旋藻生长的情况下,降低NaNO₃总需求量,促进脂质...     

碳中和背景下现代煤化工技术路径探索

从源头减碳、过程控碳、末端碳捕集封存和碳资源高附加值利用四个方面,分析了现代煤化工产业低碳发展的技术路径、对降低碳排放的效果以及未来应用前景。文中指出：源头减碳技术路径包括原料结构调整和能源结构调整,引入富氢和绿氢资源与煤炭进行碳氢互补,提高煤炭利用效率,并通过气代煤、电代煤,尤其利用弃风、弃电,可显著降低碳排放和工艺生产成本;过程控碳技术路径包括节能提效和开发革新技术,依靠现代煤化工技术进步,突破传统工艺瓶颈,是当前企业易于实施、应用较多的节能减排方式;末端碳捕集封存技术路径包括地质深层掩埋、驱油、强化深部咸水开采等,将工艺过程产生的高浓度CO₂通过低成本捕集,有效提高油气采收率,并为水资源匮乏地区提供额外供水;碳资源高附加值利用技术路径主要包括CO₂化学转化制高附加值及大宗化学品,国内正加快CO₂制低碳烯烃、芳烃、甲醇、碳酸酯的技术研发与示范应用,努力将CO₂从化石能源利用的终结排放者转化为碳循环利用的参与者,发展碳循环经济,减少碳排放。最后提出：未来将现代煤化工融入能源系统的大格局统筹考虑,推...     

吸收-微藻法固定燃气电厂低浓度CO2同步产油技术研究进展

燃气电厂利用稳定、清洁的化石能源发电,在“双碳”背景下发电过程产生的低浓度CO₂的捕集和资源化利用,对于实现碳中和至关重要。针对低浓度CO₂捕集难度大、脱附费用高的问题,利用CO₂吸收液同步培养微藻产油提供了一种实现低浓度CO₂捕集与资源化利用于一体的新途径。具有高CO₂捕集能力和同时快速培养微藻能力的吸收液是溶液设计和配制的决定性因素。本文总结了现有吸收液的应用现状,梳理出复合吸收液耦合微藻营养调控的碳捕集发展前景,其中吸收液的碱度和盐度对微藻同化CO₂具有显著影响。讨论了在不同温度和光照的工艺条件对微藻生物转化CO₂的影响,阐述了CO₂气体以微孔鼓泡和气升导流的方式通入反应器对CO₂捕集和微藻生长的不同效果。从促进微藻吸收CO₂同步产油的角度,介绍了藻种诱变驯化和基因改造以提升环境适应性同时增强脂质生产的研究进展,最后通过经济分析展望了规模化应用吸收-微藻法的经济可...