燃燒前CO2捕集技術(shù)研究進(jìn)展

桂霞，王陳魏，云志，張玲，湯志剛

（1南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京 210009；2清華大學(xué)化學(xué)工程系，北京 100084）

進(jìn)展與述評(píng)

燃燒前CO2捕集技術(shù)研究進(jìn)展

桂霞1，王陳魏1，云志1，張玲1，湯志剛2

（1南京工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南京 210009；2清華大學(xué)化學(xué)工程系，北京 100084）

近年來(lái)，全球性氣候變暖已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類社會(huì)、生存環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，CO2減排問(wèn)題刻不容緩。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)（IGCC）同燃燒前脫碳技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，有望實(shí)現(xiàn)CO2的近零排放，成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一。本文介紹了燃燒前脫碳技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，簡(jiǎn)述了吸收法、吸附法、膜分離法等CO2分離方法的優(yōu)缺點(diǎn)及其適應(yīng)性，為回收利用CO2提供了技術(shù)依據(jù)。根據(jù)IGCC排放源特征，文章重點(diǎn)闡述了幾種典型物理分離工藝特點(diǎn)及其在燃燒前脫碳技術(shù)的應(yīng)用范圍和前景，從新型高效CO2吸收劑的選擇與應(yīng)用、再生工藝的優(yōu)化與創(chuàng)新以及耦合工藝的開發(fā)3個(gè)方向?qū)O2物理吸收法分離成本降低研究進(jìn)行了論述，并對(duì)燃燒前脫碳技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)及其發(fā)展動(dòng)向進(jìn)行了深入討論。

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)；二氧化碳；捕集；燃燒前脫碳技術(shù)；溶劑吸收法

據(jù)聯(lián)合國(guó)政府氣候變化專門委員會(huì)（intergovernmental panel on climate change，IPCC）第5次關(guān)于全球氣候變化報(bào)告指出，截至2011年，大氣層中CO2濃度已經(jīng)從1880年的290μL/L增加到391.57μL/L，且CO2排放量正隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速而持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，若不加以控制，預(yù)計(jì)到2200年，大氣層中CO2濃度將達(dá)900μL/L，減排壓力巨大[1]。研究表明，排放到大氣中的CO2主要是由各工業(yè)過(guò)程包括對(duì)化石燃料使用造成的，如2011年我國(guó)工業(yè)產(chǎn)生的CO2排放量為74.58億噸，其中火電、冶金、建筑、化工、交通和制造等行業(yè)占全國(guó)能源消費(fèi)釋放CO2總量的66.3%～72%，遠(yuǎn)高于全球同行業(yè)平均貢獻(xiàn)率的61%，且呈不斷上升趨勢(shì)。因此，加快工業(yè)過(guò)程脫碳，尤其是燃燒前脫碳技術(shù)的研究已經(jīng)勢(shì)在必行。

1 燃燒前脫碳技術(shù)發(fā)展動(dòng)向

在CO2捕集方面，主要針對(duì)化石燃料火力發(fā)電廠開發(fā)了燃燒前、燃燒后、富氧燃燒及化學(xué)鏈燃燒4種脫碳工藝路線。其中，燃燒前脫碳技術(shù)主要應(yīng)用在以氣化爐為基礎(chǔ)的整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（integrated gasfication combined cycle，IGCC）過(guò)程，高壓下，利用化石固體燃料與氧氣、水蒸氣在氣化反應(yīng)器中分解生成CO和H2混合氣，經(jīng)冷卻后，送入催化轉(zhuǎn)化器中，進(jìn)行催化重整反應(yīng)，生成以H2和CO2為主的水煤氣（CO2含量高達(dá)10%～40%），并對(duì)其進(jìn)行提純和壓縮，獲得的高濃度H2作為燃料送入燃?xì)廨啓C(jī)[2-4]，如圖1所示。相對(duì)于其他碳捕集路線，燃燒前脫碳技術(shù)所需處理的氣體壓力高、CO2濃度高、雜質(zhì)少，有利于吸收法或其它分離方法對(duì)CO2的脫除，在投資、運(yùn)行費(fèi)用和能耗的增量也會(huì)相應(yīng)降低。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開展燃燒前脫碳技術(shù)的研究很多，較為著名的美國(guó)未來(lái)發(fā)電計(jì)劃（FutureGen）、中國(guó)華能-CSIRO燃燒前捕集示范項(xiàng)目、中英煤炭利用近零排放（NZEC）、中歐碳捕集合作項(xiàng)目（COACH）、綠色煤電計(jì)劃，以及近期開展的美國(guó)Lost Cabin煤氣廠項(xiàng)目（2012年）、加拿大Agrium與ACTL合作的CO2捕集項(xiàng)目（2014年）和美國(guó)肯珀縣（Kemper County）IGCC項(xiàng)目（2014年）等，都是以大幅提高煤電效率實(shí)現(xiàn)CO2的近零排放為目標(biāo)。因此，無(wú)論是考慮到提高燃料使用率，促進(jìn)清潔能源的大力發(fā)展，還是考慮到CO2減排，對(duì)燃燒前脫碳技術(shù)的研究都具有重要戰(zhàn)略意義。

目前，已開發(fā)的用于CO2捕集方法有很多，如溶劑吸收法、吸附法、膜分離法、O2/CO2燃燒法、低溫分離法以及這些方法的組合應(yīng)用，有些分離技術(shù)甚至已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，如變壓吸附法、溶劑吸收法等。在眾多分離方法中，吸附法由于CO2分離效率較低，吸附劑用量大，再生效果尚需工業(yè)裝置檢驗(yàn)等問(wèn)題，距離全球范圍內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用還有一段距離，若能在高效吸附劑研制方面取得突破并進(jìn)一步優(yōu)化工藝，有望成為一種有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)[5-7]。膜法分離氣體具有能耗低、投資少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景，但特效分離膜的成本較高，且長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性也有待進(jìn)一步解決[8-9]。低溫分離法主要用于分離提純油田伴生氣中的CO2，所需設(shè)備龐大、能耗較高、分離效果較差[10]。溶劑吸收法是目前最為常用，也是近期內(nèi)最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的脫碳技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于煉油、合成氨、制氫、天然氣凈化等過(guò)程。美、日、印、巴西和澳大利亞等曾以單乙醇胺（MEA）水溶液為吸收劑，實(shí)現(xiàn)了電廠煙道氣中CO2捕集技術(shù)的商業(yè)化，但操作費(fèi)用過(guò)高，難以推廣[10-14]。因此，研發(fā)“新型-高效-綠色”吸收溶劑、降低解吸能耗、強(qiáng)化吸收設(shè)備、推動(dòng)溶劑吸收技術(shù)的發(fā)展、實(shí)現(xiàn)CO2捕集的經(jīng)濟(jì)可行性和規(guī)?；呀?jīng)成為溫室氣體減排的研究重點(diǎn)。

工業(yè)上用于分離CO2的溶劑可分為物理吸收溶劑、化學(xué)吸收溶劑以及物理-化學(xué)混合吸收溶劑三類，應(yīng)根據(jù)實(shí)際操作情況來(lái)選擇適合的吸收劑。圖2給出了幾種常用吸收劑對(duì)CO2捕集效果，對(duì)于常壓操作條件下的CO2氣體分離，化學(xué)溶劑（MEDA，MEA）捕集效果要明顯優(yōu)于物理溶劑（rectisol，purisol，selexol）；而對(duì)于中高壓（20～80atm左右）操作條件下的CO2氣體分離，物理溶劑（rectisol）捕集效果要遠(yuǎn)優(yōu)于化學(xué)溶劑（MEDA，MEA）。由于物理溶劑吸收法主要是利用氣體各組分在溶劑中的溶解度隨著壓力、溫度變化的原理進(jìn)而實(shí)現(xiàn)CO2氣體的分離，因此，在實(shí)際操作過(guò)程中，溫度越低，壓力越高，溶劑對(duì)CO2吸收效果就將越好，如超低溫Rectisol工藝。

圖1 燃燒前CO2捕集技術(shù)

圖2 幾種典型吸收劑對(duì)CO2的吸收效果

考慮整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生水煤氣的出口壓力較高，一般在2.5～5MPa左右，采用技術(shù)成熟度較高的物理溶劑吸收法進(jìn)行CO2分離將是現(xiàn)階段較為理想的一種選擇。物理吸收法分離整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）發(fā)電系統(tǒng)水煤氣中CO2工藝與合成氨、天然氣凈化等工業(yè)過(guò)程中采用的CO2分離工藝核心一致，只是溶劑選擇的側(cè)重有所不同，需綜合考慮溶劑選擇性、分離能耗、長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性等因素。較為經(jīng)典的物理吸收工藝主要有低溫甲醇洗（Rectisol法）、碳酸丙烯酯法（Flour）、聚乙二醇二甲醚法（Selexol）、N-甲基吡咯烷酮工藝（Purisol）等以及南化公司研究院于20世紀(jì)80年代初開發(fā)成功NHD脫碳工藝。

1.1 低溫甲醇洗工藝

低溫甲醇洗[15-18]，也稱Rectisol工藝，由德國(guó)林德（Linde）和魯奇（Lurgi）公司聯(lián)合開發(fā)，也是最早應(yīng)用于合成氣洗滌凈化的工藝。低溫甲醇洗工藝主要是利用甲醇在低溫下對(duì)酸性氣體溶解度高的特性，對(duì)原料氣中的各酸性組分實(shí)現(xiàn)選擇性分段吸收，如圖3所示，已被廣泛應(yīng)用于以重油和煤為原料合成氨工業(yè)中的氣體凈化。在工藝操作條件下，低溫甲醇對(duì)CO2、H2S的溶解度高，選擇性強(qiáng)，傳質(zhì)及傳熱性能好，但由于操作溫度較低（通常為-40～-62℃），捕集系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的材料要求就比較嚴(yán)格，造成設(shè)備投資費(fèi)用偏高。此外，由于Rectisol工藝流程復(fù)雜，甲醇溶劑毒性也較大，且需額外制冷設(shè)備來(lái)冷卻溶劑，在經(jīng)濟(jì)上并不可取。

圖3 Rectisol 脫硫、脫碳工藝

1.2 碳酸丙烯酯工藝

碳酸丙烯酯工藝[19-21]，也稱Flour或PC法，是一種以碳酸丙烯酯為吸收劑的脫碳方法，適用于含少量H2S混合氣中CO2的脫除，工藝流程如圖4所示。碳酸丙烯酯溶劑對(duì)混合氣中的CO2具有很好的選擇性，而對(duì)其他組分氣體溶解性能極差，故當(dāng)CO2被充分吸收后，吸收塔頂出來(lái)的脫碳?xì)怏w壓強(qiáng)變化較小，無(wú)需大量壓縮功就可循環(huán)利用脫碳?xì)?，溶劑再生后也能獲得較為純凈的CO2氣體。為滿足不同的脫碳要求，同時(shí)保證經(jīng)濟(jì)性，需對(duì)現(xiàn)有流程進(jìn)行改進(jìn)，如改造塔設(shè)備、降低溶劑溫度都能提高氣體的凈化度。碳酸丙烯酯工藝成熟，溶劑性能穩(wěn)定，流程也相對(duì)簡(jiǎn)單，CO2回收率也高，但由于溶劑損耗較大，腐蝕問(wèn)題也比較嚴(yán)重，主要用于合成氨廠中CO2的脫除。

1.3 聚乙二醇二甲醚工藝[22-24]

圖4 Fluor 脫碳工藝

聚乙二醇二醚法，也稱Slexol或DEPG工藝，是以聚乙二醇二醚[CH3O(C2H4O)nCH3，n=2～9]混合物為吸收劑的一種氣體凈化工藝，在脫除H2S，CO2以及硫醇等酸性氣體方面具有良好的分離效果。但脫硫和脫碳過(guò)程必須分開進(jìn)行，典型的Selexol工藝流程如圖5所示，溶劑再生可通過(guò)氣提或加熱的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。聚乙二醇二醚對(duì)CO2和H2S酸性氣體分離果好，對(duì)設(shè)備腐蝕性小，但流程復(fù)雜，溶劑成本也比較高。此外，由于聚乙二醇二醚黏度較大，在低溫條件下操作時(shí)，會(huì)降低吸收過(guò)程中的傳質(zhì)速率和塔板效率，需加大溶劑循環(huán)量，造成操作費(fèi)用高。

中國(guó)南化公司研究院于20世紀(jì) 80 年代初開發(fā)了一種以聚乙二醇二甲醚同系物為吸收劑的脫碳脫硫工藝，簡(jiǎn)稱NHD工藝。NHD工藝與國(guó)外的Selexol工藝相似，對(duì)混合氣中的H2S和CO2都有較強(qiáng)的溶解能力，均屬于物理凈化過(guò)程，但二者所用的溶劑有所不同。目前，NHD工藝已廣泛用于天然氣，煉廠氣等工業(yè)過(guò)程中酸性氣體的脫除。NHD溶劑具有良好的穩(wěn)定性，溶劑蒸汽壓低，溶劑損失小等，但仍然存在設(shè)備投資、溶劑成本高等問(wèn)題。

圖5 Selexol 脫碳工藝

1.4N-甲基吡咯烷酮工藝

N-甲基吡咯烷酮[25-26]，簡(jiǎn)稱Purisol或NMP工藝，是以N-甲基吡咯烷酮作為物理吸收溶劑，從混合氣中脫除酸性氣體的方法，如圖6所示。Purisol工藝與Selexol工藝流程相似，通常在-15℃條件下操作。相對(duì)于聚乙二醇醚和碳酸丙烯酯，N-甲基吡咯烷酮溶劑具有更高的沸點(diǎn)，溶劑損失極少，溶劑再生系統(tǒng)簡(jiǎn)單，對(duì)CO2和H2S的溶解能力極強(qiáng)，特別適合于高壓混合氣中H2S和CO2等酸性組分的脫除。但N-甲基吡咯烷酮溶劑價(jià)格昂貴，因此Purisol工藝的大規(guī)模應(yīng)用受到限制。

1.5 物理溶劑吸收工藝對(duì)比

以脫碳過(guò)程中所需的實(shí)際操作條件、設(shè)備要求、熱公用工程、冷公用工程以及溶劑損失等作為考察

圖6 Purisol脫碳工藝

工藝運(yùn)行費(fèi)用和經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)[16-27]，匯總?cè)绫?，以尋求脫碳成本最低的工藝線路，這在一定程度上為CO2的捕集新工藝的開發(fā)提供了依據(jù)。

表1 物理溶劑脫碳工藝對(duì)比

2 燃燒前CO2捕集技術(shù)面臨問(wèn)題

現(xiàn)階段，甲醇、聚乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯和N-甲基吡咯烷酮等溶劑，以其高效的CO2吸收性能，已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外酸性氣體凈化過(guò)程。但值得注意的是，傳統(tǒng)物理脫碳工藝成本高達(dá)35～50美元/噸CO2[10]，而國(guó)際上所能承受的CO2捕集成本為15美元左右[27-28]，其中吸收及再生過(guò)程中的總能耗占成本絕大部分[29-34]，這在很大程度上限制了CO2捕集技術(shù)的規(guī)?；l(fā)展。因此，選擇適合的吸收劑，減少分離過(guò)程綜合能耗，降低投資成本，就成為當(dāng)前亟待解決的難題。

從經(jīng)濟(jì)角度分析，典型CO2物理吸收工藝分離費(fèi)用主要體現(xiàn)在[35]：①溶劑對(duì)混合氣中CO2選擇性、吸收速率和吸收負(fù)荷，主要與溶劑組成、分子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能有關(guān)；②溶劑再生過(guò)程中的用于CO2吸收富液升溫的顯熱需求，主要與富液的質(zhì)量流量、比熱容、升溫幅度相關(guān)；③吸收劑與CO2之間的溶解熱，用于破壞吸收劑分子之間、CO2分子之間以及吸收劑與CO2不同分子間的相互作用。因此，適用于CO2分離的最佳吸收劑應(yīng)具備如下幾個(gè)特征：①較高的CO2吸收負(fù)荷；②傳質(zhì)、傳熱性能好；③吸收、再生能耗較低；④沸點(diǎn)適中，綠色環(huán)保。

但目前應(yīng)用最廣的低溫甲醇、聚乙二醇二甲醚和碳酸丙烯酯等吸收劑都很難同時(shí)滿足上述要求，如具有較高傳質(zhì)傳熱性能的低溫甲醇工藝，則溶劑毒性較大，操作溫度也較低（通常為-40～-62℃），導(dǎo)致吸收過(guò)程制冷能耗過(guò)大；具有較高CO2選擇性的聚乙二醇二醚工藝，則溶劑黏度較大，傳質(zhì)傳熱性能較差，且沸點(diǎn)較高，導(dǎo)致溶劑再生能耗過(guò)大；而具有較低再生能耗的碳酸丙烯酯工藝，則腐蝕問(wèn)題較為嚴(yán)重，且溶劑沸點(diǎn)較低，導(dǎo)致溶劑再生過(guò)程損失較大。因此，“高CO2吸收速率、高CO2攜帶負(fù)荷、高CO2分壓”富液及低CO2溶解熱的新型吸收劑或混合型吸收劑一直受到國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注。如Matthew等[36]提出的咪唑烷，Joan等[37]提出的離子液體，Li等[38]提出的聚乙二醇，清華大學(xué)艾寧等[14]提出的碳酸二甲酯，都是以物理吸收為基礎(chǔ)；Zheng等[39]還對(duì)2-氨基-2甲基-1-丙醇和乙烯甘油等混合吸收劑進(jìn)行了有意義的研究。與此同時(shí)，物理-化學(xué)混合溶劑具有較高的CO2吸收能力和較低的再生能耗，也成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，如環(huán)丁砜和二乙醇胺的混合物、甲醇和二乙醇胺混合物等。

此外，Oexmann等[40]指出，關(guān)于吸收劑的研究工作，目前仍存在一定誤區(qū)，即只注重吸收劑的選擇，忽略整個(gè)工藝的強(qiáng)化作用，從而無(wú)法有效降低系統(tǒng)能耗，導(dǎo)致操作成本過(guò)高。因此，在CO2物理吸收工藝研究中，應(yīng)綜合考慮吸收劑的源頭創(chuàng)新和工藝的整體優(yōu)化。

對(duì)于現(xiàn)有的經(jīng)典工藝或吸收機(jī)制，一般認(rèn)為其并未達(dá)到吸收劑潛能利用的最優(yōu)工況。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的CO2分離工藝大多采用加熱解吸的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)溶劑循環(huán)使用的過(guò)程，從能耗遷移角度分析，在“吸收-再生”循環(huán)系統(tǒng)中，吸收液始終處于“溫降-溫升”的大幅波動(dòng)變化狀態(tài)，如低溫甲醇洗工藝，吸收液溫度需在-40℃（吸收）到120℃（再生）之間變化[41]。頻繁的溫變過(guò)程不但會(huì)造成大量再生熱最終被冷卻水所帶走，還將導(dǎo)致大量溶劑損失。顯然，大幅度提高溶劑的沸點(diǎn)，既可在一定度上降低再生能耗，又可減少溶劑損失。此外，在相同的CO2負(fù)荷和再生條件下，吸收劑沸點(diǎn)越高，CO2平衡分壓越大，再生傳質(zhì)推動(dòng)力越強(qiáng)，越有利于解吸過(guò)程的進(jìn)行。研究結(jié)果表明，當(dāng)吸收劑由低沸點(diǎn)的甲醇（64.5℃）改變?yōu)楦叻悬c(diǎn)的聚乙二醇二甲醚混合溶劑（250℃）時(shí)，吸收富液再生時(shí)的蒸汽消耗量將減少約25%[42]。

雖然提高再生過(guò)程中溶劑沸點(diǎn)，將會(huì)有利于降低再生能耗。但對(duì)于現(xiàn)有的工藝和吸收劑而言，沸點(diǎn)較高溶劑的分子鏈一般較長(zhǎng)，黏度也較大，這將導(dǎo)致氣液之間傳質(zhì)系數(shù)急劇減小，若要達(dá)到相同的CO2負(fù)荷，必須增加吸收液循環(huán)量，如聚乙二醇二甲醚混合溶劑的黏度約為甲醇的2.35倍，其溶劑使用量也為低溫甲醇的3倍左右。因此，選擇能耗較低的再生機(jī)制，突破現(xiàn)有單一分離工藝，將會(huì)降低整體工藝運(yùn)行成本，可能更容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

在現(xiàn)有的 CO2吸收-再生機(jī)制中，吸收劑溶液在CO2吸收段和再生段的運(yùn)行往往不能完全達(dá)到最優(yōu)組合，這是因?yàn)榉悬c(diǎn)和黏度相對(duì)較低的吸收劑可在CO2吸收段可獲得較好的CO2傳質(zhì)和流動(dòng)效果，但再生過(guò)程的溶劑損失較大；而在相同再生能耗下，沸點(diǎn)較高的吸收液具有更好的再生性能和更低的單位CO2再生能耗，但在吸收階段的傳質(zhì)和流動(dòng)會(huì)受到影響?？梢?，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程，如果能將高效吸收劑和低耗解吸工藝的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，即在CO2吸收段采用選擇性較好、黏度相對(duì)較低的吸收劑進(jìn)行CO2吸收，而在再生段中采用能耗較低的解吸工藝，將會(huì)獲得更加優(yōu)秀的吸收與再生綜合優(yōu)勢(shì)。如Huang[43]和Timothy[44]等采用膜分離與化學(xué)吸收相結(jié)合的方法對(duì)CO2混合氣進(jìn)行分離，借助微孔膜分布器增加氣液兩相的接觸面積，進(jìn)而提高吸收貧液在吸收段的CO2負(fù)載容量。Koonaphapdeelert[45]和Okabe[46]等提出的膜閃蒸再生工藝，也是通過(guò)微孔膜分離器實(shí)現(xiàn)對(duì)醇胺吸收富液的再生過(guò)程，進(jìn)而降低吸收富液在再生段的溶劑損失和能耗。但上述研究均是針對(duì)CO2的化學(xué)分離機(jī)制，由于有機(jī)膜對(duì)混合體系中分子量較為相近的CO2和水分子的選擇性較差，因此，膜技術(shù)在化學(xué)分離過(guò)程中的應(yīng)用并不普遍。而在CO2物理分離機(jī)制中，所選吸收液多為分子鏈較長(zhǎng)的物理溶劑，吸收液與待分離CO2氣體間的相對(duì)分子質(zhì)量相差較大，若能將膜分離機(jī)制與物理吸收機(jī)制相結(jié)合，將會(huì)大大提高分離效率。

3 展 望

（1）在現(xiàn)有溶劑吸收方面，仍以溶劑開發(fā)為主，通過(guò)分子模擬和分子設(shè)計(jì)等手段，研究吸收性能和溶劑分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，開發(fā)新型高效吸收劑，提高溶劑對(duì)CO2的吸收能力。當(dāng)氣體壓力較高，凈化度要求較高時(shí)，應(yīng)結(jié)合化學(xué)溶劑和物理溶劑的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高分離效率，降低分離能耗。

（2）在現(xiàn)有分離工藝方面，應(yīng)打破傳統(tǒng)單一的分離過(guò)程，可采取多種技術(shù)的耦合工藝來(lái)強(qiáng)化分離效果，如膜吸收與膜解吸耦合技術(shù)等；解吸能耗也可以通過(guò)解吸工藝本身改進(jìn)來(lái)降低，如采用多效解吸方式等。

（3）脫硫脫碳一體化技術(shù)，可大幅度降低煙氣處理流程的復(fù)雜性，減少裝備和用地，也是今后的重點(diǎn)研究方向。脫硫脫碳一體化工藝的重點(diǎn)研究是在SO2、H2S及CO2共存的條件下，吸收溶劑的選擇性以及分步或者同步解吸的可能性。

（4）關(guān)注CO2分離過(guò)程中環(huán)保問(wèn)題，大力開發(fā)使用“綠色”吸收劑。

4 結(jié) 語(yǔ)

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)（IGCC）同燃燒前脫碳技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，有望實(shí)現(xiàn)CO2近零排放，被認(rèn)為是溫室氣體深度減排的重要路徑?；贗GCC排放源具有壓力高、雜質(zhì)少的特點(diǎn)，采用技術(shù)成熟度較高的物理溶劑吸收法分離CO2將是現(xiàn)階段較為理想的一種選擇，其長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)是使CO2回收過(guò)程經(jīng)濟(jì)可行。但考慮脫碳工藝的經(jīng)濟(jì)性和經(jīng)典物理吸收工藝的局限性，有必要加強(qiáng)“新型-高效-綠色”吸收劑選擇與應(yīng)用、“吸收-再生”工藝優(yōu)化與創(chuàng)新、脫硫脫碳一體化以及耦合分離技術(shù)開發(fā)等四個(gè)方向研究，以期能有效降CO2捕集成本。

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Research progress of pre-combustion CO2capture

GUI Xia1，WANG Chenwei1，YUN Zhi1，ZHANG Ling1，TANG Zhigang2
（1School of Chemistry and Chemical Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，Jiangsu，China；2Department of Chemical Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

Global warming and CO2emission reduction has become one of the most critical issues in recent years，due to further deterioration of natural environment，economic development and even survival of mankind. A promising approach for near-zero CO2emission power plants to be realized within the near future is the IGCC technology （integrated gasification combined cycle） with pre-combustion CO2capture. In order to provide a technical basis，this paper introduces the current situation of pre-combustion technology and makes a comparison of various CO2recovery methods，such as adsorption，membrane and absorption process. On the basis of IGCC characteristics，the paper pays special attention to the application range and prospect of existing solvent-absorption technologies，and makes an analysis to point out the possibility of cost reduction from three aspects：selecting a new efficient solvent，optimizing traditional regeneration process，and developing certain coupling technologies. Furthermore，the challenges and trend of decarbonization technology development are discussed.

IGCC；carbon dioxide；capture；pre-combustion；solvent absorption

TQ 028.14

A

1000-6613（2014）07-1895-07

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.07.040

2013-11-20；修改稿日期：2013-11-27。

國(guó)家自然科學(xué)基金（21306088）及化學(xué)工程聯(lián)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（SKL-ChE-13A01）項(xiàng)目。

桂霞（1983—），女，博士研究生，講師，主要從事于CO2捕集和利用方面的研究。E-mail guixia@njut.edu.cn。聯(lián)系人：湯志剛，副教授。E-mail zhg-tang@mail.tsinghua.edu.cn。