co2分离回收技术的研发动向

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1、CO2分离回收技术的研发动向1前言为防止地球温室化，必须大幅度减少以CO2为代表的温室化气体向大气的排放，但是由于经济的持续发展，CO2减排是一个非常难于解决的问题。作为地球温室化对策的CCS（CO2回收和储存）技术在利用传统的化石能源发展经济的同时，还可以防止CO2向大气排放，并且给替代化石能源的开发提供了较为充分的时间。因此CCS技术被看作是通向新能源的桥梁。CCS不是制造原料的技术，因此，在实施CCS时会消费一定的能源、产生一定的成本。所以，最大限度降低CCS的能耗和成本是促进CCS实用化的关键。在从CO2分离回收到储存的CCS系统工艺中，C

2、O2分离回收成本占了CCS总成本的一大部分。因此，降低CO2分离回收成本的技术开发就格外重要。本文对CCS的CO2分离回收技术进行概要说明。2各种CO2分离回收技术的比较CO2分离回收技术在许多领域已经得到实际应用，可以说是一项已经建立起来的技术。将CO2分离回收作为关键词进行了文献检索并对1980年以后文献数的变化进行分析发现，关于CO2分离的文献逐年有所增加，特别是在COP3（气候变动框架公约第3次缔约国会议）以后出现了大量的研究报告，反映了对地球温室化问题越来越多的国际关注。主要的CO2分离方法有化学吸收、物理吸收、物理吸附、膜分离、深冷分离

3、等方法，见图1。化学吸收、物理吸收、物理吸附三种方法的相似之处是将CO2吸收（吸附）到吸收剂（吸附剂）后再施加能量将CO2取出。发生源出来的CO2的温度、压力、浓度不同，吸收（吸附）能力和提取CO2所需能量也不同，根据这些条件选择适宜的分离回收方法。在提取化学吸收法吸收的CO2时，需要热能（升温），在提取物理吸收法吸收的CO2时，需要压力能（减压），在提取物理吸附法吸附的CO2时，需要压力能或热能。分离膜分离方法是利用压力差、膜的结构、分子大小、电场分布和分子之间的相互作用进行分离的方法。对分离膜的功能要求是良好的透过性和选择性，但这两种功能之间有

4、一个平衡关系，所以开发出两种功能都良好的分离膜就是一个需要研究的课题。根据膜的结构，分离膜可分为无机膜和高分子膜。无机膜是利用膜的表面扩散性进行物质分离的，膜的表面扩散性是由具有分子筛功能的表面细孔与分子的相互作用来决定的。高分子膜的分离功能是由膜材料的分子透过性和分子在膜内的扩散性来决定的。具有高效率分离CO2功能的膜分离技术目前正处于研究开发阶段，期待将来开发出分离能耗小、经济性好的CO2分离技术。深冷分离法是通过蒸馏塔进行分离的方法。该方法是将煤气压缩、绝热膨胀、冷却液化，然后利用冷却液体的蒸汽压差，进行蒸馏将CO2分离出来。深冷分离法的分离

5、成本比其它方法高。该方法一般用于废气中含有大分子量碳氢化合物条件下的CO2分离和为得到99.9%以上的高纯度CO2时的分离。近来，将发电站锅炉氧燃烧技术作为CCS工艺中的分离回收技术的课题受到关注。该项技术不使氮气进入锅炉系统，因此从分离回收技术的角度来看，该技术可以作为分离氧和氮的深冷分离法。3当前分离回收技术的研究开发动向3.1化学吸收法对于从发电站的燃烧废气和炼铁厂的高炉废气等压力较低的废气中进行大规模回收CO2工艺来说，化学吸收法是最适宜的方法。化学吸收法的特点是，采用碱性吸收液选择性地吸收CO2，通过温度控制，便于反复进行CO2的吸收和放

6、出，因此，多被用于氨制造厂和尿素制造厂的CO2分离回收。各种化学吸收法的特点是由化学吸收液来决定的。化学吸收液有烷醇胺系和热碳酸钾系两大类，采用各类化学吸收液的分离工艺又有许多种，应根据所处理气体的温度和压力选择相应的化学吸收液。3.1.1化学吸收法的开发课题在CCS工艺中采用化学吸收法分离CO2时，由于CO2源的不同，分离回收成本也不同，一般情况下占CCS成本的40%～60%。其中CO2分离和吸收液再生所需要的分离回收能耗成本的比例很大。因此，为加速CCS实用化的进程，以已经实用化的吸收液为对象，进一步减少分离回收能耗是十分必要的。对于使用标准吸

7、收液（乙醇胺（MEA）30%水溶液）化学吸收法进行CO2分离时，为减少分离回收能耗应进一步提高分离回收容量、降低吸收液的反应温度和采用吸收液的低温再生工艺。3.1.2化学吸收液的开发动向化学吸收液的研究集中在胺溶液系和碱性溶液系，最近氨水溶液系也受到了关注。（1）胺溶液系化学吸收液的开发在进行工业规模的CO2分离回收时常使用分子中具有氨基的胺水溶液。根据与氮原子结合的羟基数，可分为1级～3级胺。胺与CO2的反应可分为氨基甲酸酯形成反应和碳酸氢盐形成反应。一般来说，氨基甲酸酯形成反应的主反应是1级胺反应，反应速度快，但反应热也大。碳酸氢盐形成反应是3

8、级胺的反应，反应速度慢，反应热也小。对于2级胺，因其种类不同，主反应也不同。根据以上特点，胺系吸收液的开发工作应立足于两个