Research on Carbon Dioxide Capture Technology and Suitable Scenarios

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.22056

Abstract

Abstract:

The development of industry has brought a large amount of CO₂ emissions. In the process of achieving the goal of carbon peak and carbon neutralization, carbon dioxide capture, utilization and storage (CCUS) technology is an indispensable key technology. The carbon capture method with high technology maturity at this stage and great development potential in the future is post combustion carbon capture technology, mainly including solvent absorption, adsorption, membrane method and cryogenic distillation. The development and industrial application of the four most commonly used carbon capture methods were briefly introduced, and the industrial applicability of several methods was analyzed, especially the chemical absorption method and physical adsorption method, which are most widely used in large-scale carbon capture projects currently running. Chemical absorption method, adsorption method and membrane carbon capture technology have great development potential in the future, which can quickly promote the achievement of the goal of double carbon and help the near-zero emission of carbon.

Key words: carbon dioxide capture, adsorption method, membrane method, cryogenic distillation

CLC Number:

TK 09

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Figures/Tables 4

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74	MAQSOOD K， MULLICK A，ALI A，et al ．Cryogenic carbon dioxide separation from natural gas：a review based on conventional and novel emerging technologies[J]．Reviews in Chemical Engineering，2014，30(5)：453-477． doi:10.1515/revce-2014-0009

方法	优点	不足
氨水法	吸收容量较大，再生能耗相对较低，协同脱除其他酸性气体	吸收速率极慢，氨逃逸损失大，难以控制
热钾碱法	吸收成本低，再生能耗相对较小，稳定性好	吸收速率慢，需要添加活化剂，吸收容量小
醇胺法	吸收容量大，吸收速率快，适合低浓度低分压二氧化碳气源的碳捕集	投资成本较大，再生能耗较高，腐蚀性问题不容忽略

方法	优点	不足
氨水法	吸收容量较大，再生能耗相对较低，协同脱除其他酸性气体	吸收速率极慢，氨逃逸损失大，难以控制
热钾碱法	吸收成本低，再生能耗相对较小，稳定性好	吸收速率慢，需要添加活化剂，吸收容量小
醇胺法	吸收容量大，吸收速率快，适合低浓度低分压二氧化碳气源的碳捕集	投资成本较大，再生能耗较高，腐蚀性问题不容忽略

方法	优点	不足
PSA/VPSA	工艺成熟，应用场景广泛，吸附材料使用周期长	吸附剂需求量大，设备多，占地大
TSA	能够对低品位余热资源有效利用，再生程度高	升温慢，循环解吸时间长，能耗高，对吸附剂的损伤大
ESA	加热迅速，升温速率独立控制，吸附系统紧凑^[35]	吸附剂需要具有适宜的导电性
PTSA	再生程度彻底，解吸附快，循环周期短	能量消耗较高，对吸附剂要求较高

方法	优点	不足
PSA/VPSA	工艺成熟，应用场景广泛，吸附材料使用周期长	吸附剂需求量大，设备多，占地大
TSA	能够对低品位余热资源有效利用，再生程度高	升温慢，循环解吸时间长，能耗高，对吸附剂的损伤大
ESA	加热迅速，升温速率独立控制，吸附系统紧凑^[35]	吸附剂需要具有适宜的导电性
PTSA	再生程度彻底，解吸附快，循环周期短	能量消耗较高，对吸附剂要求较高

方法	优点	不足	发展方向
化学吸收法	烟气处理量大，分离效率高，产品气中CO₂纯度高，工艺技术成熟度高	吸收剂成本较高，解吸过程能耗大，影响电厂的发电效率；胺损失与腐蚀情况严重	研究有效的节能工艺，优化工艺流程、降低成本，开发新型低能耗吸收剂并逐步实现其工业化应用
物理吸收法	吸收剂化学性质稳定，不易降解；对环境影响小；能耗较低；技术成熟度高	CO₂脱除效率低，吸收剂成本高，只有在低温高压环境下吸收效率高，产品气纯度易受H₂S的影响	对现有的几种物理吸收法工艺进行改进或综合目前的物理吸收法工艺的优点发展新工艺；寻找理化性能与稳定性能更好、对CO₂溶解度更大的吸收剂
吸附法	对环境友好，能耗低，工艺流程较简单，自动化程度高	对CO₂的选择性较低，分离效率不高；不耐高湿气源；吸附剂在运输及使用过程中易损耗	开发高吸附选择性及性能更稳定的吸附剂；开发适用于高湿烟气的吸附剂及其配套工艺
膜分离法	运行过程能耗低，设备紧凑性好，工艺简单易维护	对气源要求大，不耐高温，尚不能连续作业，分离容量小，技术成熟度不高	寻找或合成适用的膜材料，主要是膜的选择透过性与耐热耐高温性能；研究与其他方法的耦合使用
深冷法	工艺耗水少，对环境无污染	冷凝过程能耗大，设备庞大	探寻效率更高、效果更好的制冷工艺