案例分享 | 微谱揭秘烟气吸收工艺，助力企业实现碳零排放
PART.01 背景
随着“双碳”目标的提出和碳减排工作的不断推进，中国CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage，碳捕获、利用与封存）技术已进入快速发展时期。目前我国正从能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变，在这样的大背景下，开展二氧化碳捕集、运输、利用与地质封存全流程重大技术创新，开展大规模产业化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。中国13个涉及电厂和水泥厂的纯捕集示范项目总的CO2捕集规模达85.65万吨/年，11个CO2地质利用与封存项目规模达182.1万吨/年，其中EOR的CO2利用规模约为154万吨/年。
当前中国CCUS正从国内外不断积累工程经验、加快技术研发、持续加大投资、广泛开展研究，CCUS技术作为中国今后应对温室效应的主要方向，正逐步展开大规模的示范工程，并取得了一定的成效。
中国CO2捕集源覆盖燃煤电厂的燃烧前、燃烧后和富氧燃烧捕集，燃气电厂的燃烧后捕集，煤化工的CO2捕集以及水泥窑尾气的燃烧后捕集等多种技术。由于燃烧前捕集和富氧燃烧需要合适的材料和操作环境来满足高温要求，因此这两种技术的研究与开发和示范性项目较少。相比较而言，燃烧后捕集技术是当前炼厂应用较为广泛且成熟的技术，该技术具有较高的选择性和捕集率。常用的方法如化学吸收法、膜分离法、物理吸附法等。化学吸附法被认为是当前最有市场前景的吸附方法，在化学吸附中，胺类溶液以其吸收效果好的特点被广泛应用。
常规吸收剂的化学吸收法分离CO2的工艺流程如下图所示。含二氧化碳的烟气从吸收塔下方进入，吸收塔一般为填料塔，吸收剂和烟气逆流在吸收塔中直接接触，在此过程中吸收剂中的有效成分与CO2发生化学反应，将CO2从烟气中转移到溶液主体中形成富CO2溶液（简称富液），吸收了CO2的富液进入热交换器预热后进入解吸塔，在解吸塔中受热分解，释放出CO2变成贫CO2溶液（简称贫液）。贫液经过换热和冷却后再回到吸收塔完成吸收剂循环。解吸塔塔顶出口CO2经压缩、脱水、精馏后通过管道输送处理。
随着烟气捕集项目进入长期运营期，项目运行过程中产生的物料衡算，运行效率，吸收剂稳定性和管路腐蚀等问题日益成为影响项目高效低耗稳定运行的重要因素。因此有必要对系统中各工艺段物质组分进行分析，用于监控和评估运行风险。
PART.02 案例
项目背景：某煤化工企业在运营20万吨/年二氧化碳捕集示范项目过程中，发现运行能耗增加，烟气吸收效率有下降趋势。为此，委托我司对其项目运行效果进行全面的分析评价，通过对所涉及的主要吸收液、贫液和富液组分进行分析，辅助客户进一步评估系统运行效能和稳定性。
项目需求：分析吸收原液、富液和贫液组分，对系统吸收效率和潜在运行风险提供建议。
项目实施：通过NMR、GC-MS、MS、XRF、IC、ICP等手段进行成分分析，并结合理化分析结果，完成关键物料的成分分析报告；此外，综合客户现场运行工况，提供风险评估及建议。
原液分析结果
富液分析结果
贫液分析结果
结果简述
01
吸收液组分稳定性分析：在吸附-脱附循环过程中2-氨基-2-甲基-1-丙醇、N-甲基-2-羟基乙胺、乙醇胺的组分保持基本稳定性，但是产生了羟丙基乙二胺的有机胺中间产物和哌嗪类有机副产物，其可能主要来源于有机胺吸收剂发送裂解重排反应生成，降低了二氧化碳吸附的活性点位含量，是引起吸附效率下降的主要原因。建议可通过优化吸收液成分配方和现场运行工艺角度，改善运行效率。
02
二氧化碳吸附效率分析：富液碳酸根含量15%，贫液碳酸根含量5%，客户可进一步结合现场循环量等运行数据，计算出系统二氧化碳的捕集效率。
03
系统腐蚀风险评估：系统贫液和富液中有微量铁、铬、铝元素，可能来源于系统中金属制件腐蚀引入，需引起关注，建议增加设备防腐措施或添加合适防腐助剂到循环体系中。
微谱，通过综合分析，快速、高效解决二氧化碳烟气捕集项目中运行稳定性评价，吸收能效评价和运行异常溯源等问题，提升企业运营效率。微谱，大型研究型检测机构，可为客户提供定制化设计分析方案，提供综合解决方案，敬请咨询！
参考文献：
[1] https://huanbao.bjx.com.cn/news/20220906/1253383.shtml
[2] https://huanbao.bjx.com.cn/news/20210429/1150219.shtml
[3]曹领帝.离子液体型二氧化碳捕集吸收剂的研究[D].中国科学院研究生院(过程工程研究所),2015.
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