二氧化碳捕集术简要总结

二氧化碳 (CO2) 在诸多工业过程中与其他气体共同产生，包括基于碳氢化合物的发电、钢铁和水泥制造、氢气生产和精炼燃料生产。CO2捕集，也称为碳捕集，是指从这些其他气体中分离CO2，包括发电厂废气、工业烟道（排出）气体和工艺排放物，以及从大气中分离出来。一小部分高浓度CO2源，例如来自生物乙醇发酵的那些，可以脱水并直接压缩，无需从废气或烟道气混合物中分离。

CO2捕集技术是碳捕集、利用和封存（CCUS）（包括运输）的关键组成部分。CO2 的分离可以通过应用四种主要的CO2捕获技术来实现：

• 将CO2吸收到另一种材料的本体相中；

• 将CO2吸附到另一种材料的表面上；

• 使用分离膜技术，根据溶解度或扩散率的差异有选择地分离CO2；

• 低温工艺，冷却气流以分离CO2

每种技术都有自身的优缺点。工业应用的CO2捕获技术主要取决于：

• 要处理的源气流的体积

• CO2浓度

• 气体混合物中的污染物

• 混合物的压力和温度

• 要捕获的CO2百分比

• 捕获过程下游所需的CO2纯度

这些考虑中的每一个因素都会直接影响最佳技术的选择和CO2 捕获相关成本的确定。

40多年来，吸收法一直被用作从气体混合物中分离CO2的主要手段，使其成为应用最广泛的捕获技术。因此，吸收技术比其他捕集技术成熟得多，有望成为中短期分离的主要选择。吸附和膜技术已用于一些行业，尽管迄今为止的应用普遍不太成熟。虽然低温捕集还处于应用的最早阶段，但它确实具有跨越多个行业的潜力，我们将在后面的文章中进行讨论。

在美国，已经或未来需要应用分离技术的二氧化碳点源排放的主要行业包括：电力和发电；石油和煤炭产品制造；纸浆、造纸和纸板厂； 水泥和混凝土生产；钢铁厂和铁合金制造；石油和天然气加工；农药、化肥和其他农用化学品制造；以及生物乙醇发酵。在过去的几十年里，在其中的几个行业中，有许多大型二氧化碳捕集项目在运行。以下列表中的大多数项目使用不同的胺溶剂通过吸收法来捕获CO2，其中一个使用真空变压吸附：

• 1972 年德克萨斯州特雷尔天然气加工厂（Terrell Natural Gas Processing Plant）――这是第一个二氧化碳捕集项目。他们采用一种基于吸收的物理溶剂，用于从高压天然气流中分离CO2，以便将碳氢化合物气体继续输送到市场。

• 1978 年加利福尼亚州特罗纳工厂（Trona Plant）――这是世界上第一个涉及在近大气条件下捕获二氧化碳的项目。溶剂技术用于燃烧后CO2捕获的传统吸收过程。该工厂旨在每天捕集600吨二氧化碳，使用其原始设备成功运行了 20年。

• 2000年北达科他州大平原合成燃料项目――一个煤气化设施，生产合成气供管道使用，二氧化碳通过吸收型物理溶剂捕获。

• 1991年马萨诸塞州捕集项目――福陆利用吸收法从天然气发电厂的烟道气滑流中捕集CO2，多年来一直生产食品级CO2。

• 1996年挪威Sleipner 项目――Equinor（前身为挪威国家石油公司）建立了世界上第一个海上二氧化碳封存项目，使用胺吸收分离从Sleipner West气田生产的天然气流中去除二氧化碳。该项目每年压缩和注入约100万吨的二氧化碳到近海盐层中。

• 2013 年德克萨斯州蒸汽甲烷重整器项目――空气产品公司（Air Products）建立了世界上第一个蒸汽甲烷重整器制氢设施，该设施使用真空变压吸附工艺分离二氧化碳，随后将其用于附近黑斯廷斯油田的提高石油采收率 (CO2 enhanced oil recovery，EOR)。

• 2014年加拿大边界大坝项目年――SaskPower 的这个设施使用胺吸收从燃煤电厂的烟气中捕获二氧化碳。分离的CO2被压缩、运输并注入 Weyburn 油田用于CO2 EOR。

• 2015年加拿大Quest CCS 项目――该项目通过将氢气混合到原油中来升级油砂生产。氢气在现场产生，专有的胺溶剂分离二氧化碳，随后注入用于储存。

• 2016年美国休斯顿Petra Nova 项目――该设施是 NRG 能源和JX Nippon 石油天然气勘探公司的合资企业，使用胺吸收来捕获燃煤锅炉烟气排放中的二氧化碳。分离的CO2被压缩、运输并注入附近的West Ranch油田用于CO2 EOR。

实施和维护CO2捕集技术的成本差异很大，取决于特定应用的不同要求，例如规模（体积）、排放源CO2浓度和CO2的最终用途纯度。较高浓度的CO2源或需要较低出口CO2纯度的应用的分离成本较低。需要更高出口CO2纯度或低浓度源应用的成本更高。二氧化碳捕集通常是CCUS供应链中最大的成本组成部分，占项目成本的 75%。而对于与 85% 至 99% 的极高CO2浓度源相关的项目（天然气加工或生物乙醇发酵）而言，捕集成本可能非常低，其中只需要对CO2流进行脱水和压缩。