对于工业生产以及各类能源利用的整个流程而言, 二氧化碳的排放数量, 正因为产业规模的不断扩张以及能源消耗的持续增长, 而变得日益增大起来, 怎样能够以高效的方式回收, 并且合理地利用这些废气之中混含着的CO₂, 这已然变成诸多相关行业共同予以关注的核心焦点所在了。

这是一种二氧化碳捕集与提纯方式, 它叫化学吸收法, 当前应用范围是最广泛的, 技术体系是相对成熟的, 它借助选用特定化学溶剂来达成CO₂跟混合气体的分离操作, 接着历经解吸、压缩等一系列后续步骤, 最终得到能满足工业生产需求具有高纯度的二氧化碳产品。

这是一种分离技术, 主要是化学吸收法, 它是基于采用特定化学溶剂的, 这种溶剂会跟二氧化碳发生可逆化学反应, 其核心原理在于利用溶剂具备的对二氧化碳的选择性结合能力, 在温和条件的状况下, 把混合气体里的二氧化碳捕获使之分离, 后续经由改变包括温度、压力等条件, 从而让反应逆向进行, 达成二氧化碳的解吸提纯。

该工艺在电厂烟气、天然气、沼气等各异场景的二氧化碳提纯流程里被广泛运用, 一般涵盖吸收、解吸、溶剂再生等关键单元, 能够适配大规模工业生产的需求, 属于当前碳捕获与资源化利用领域的重要技术方向。

该项技术内里的关键所在, 是依靠化学溶剂同二氧化碳气体之间存在的可逆化学反应, 借此实现对于混合里边的CO₂这般一种选择性吸收的目标。在工业范畴之中应用最为广泛的这类吸收剂, 乃是各式各样的胺类水溶液, 详细来说涵盖乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）等具有代表性的种类。

如果存在混有二氧化碳的工业烟气, 或者是源自生产过程而产生的一定数量尾气, 当它们同胺类溶液于专门设置的吸收塔内, 以逆流这种方式彼此相互接触的时候, 二氧化碳分子就会跟胺类物质发生化学反应, 从而生成稳定的可以称作氨基甲酸盐的物质, 或者是碳酸氢盐这一类形式的物质, 进而就会被“抓取”到液相溶液当中。此吸收过程能够在从常温一直到中等温度这样的区间范围之内展开, 吸收结束之后所得到的溶液就被叫做“饱吸收液”。

充分溶解了二氧化碳的饱吸收液, 随后会被输送至解吸塔装置内部, 在相应加热条件下发生逆反应, 原本被溶液吸收的 CO₂会从溶液中逐渐释放出来。

解析后的贫液, 经冷却处理后, 会循环送回吸收塔内继续投入使用, 释放出的CO₂气体, 会依次经过冷凝脱水、压缩精制等工序, 最终得到纯度可达99.5%以上的工业级或食品级二氧化碳产品 .整个工艺的关键所在, 是吸收及解吸条件的精确控制, 温度、压力、液气 ratios 等参数, 直接影响吸收效率和能耗水平。

化学吸收法在工业提纯中的应用与挑战

眼下, 化学吸收法在诸多工业范畴里已被广泛运用,这其中包含火电厂排出烟气的脱硫脱碳、天然气进行净化、合成氨厂区驰放气予以回收以及水泥厂熟料窑尾气加以处理等几种情形。

在天然气处理厂里头, 胺法脱碳属于化学吸收法的典型应用当中的一个, 它能够把CO₂从含有硫的天然气里有效地分离出来, 与此同时还能同步去掉其中的酸性气体, 在水泥产业里, 这项技术为碳捕集利用与封存也就是CCUS提供了切实可行的技术路线, 对行业朝着低碳方向转型发展起到助力作用。

然而, 该技术于实际应用场景里, 也遭遇一些不容小觑的现实挑战。胺类溶剂在长期持续运行进程中, 会渐渐出现热降解以及氧化降解, 反应过后会产生成分繁杂、难于集中处理的废液, 所以需要定期开展补充或者更换操作。

另外, 此技术里在加热再生这一环节所运用的流程, 会耗费许许多多的蒸汽, 与之相关的能耗成本大概占到整个CO₂捕集系统运行总成本的60%还要多。当下已经有好些研究人员正在全力以赴发力去开发新一代低能耗溶剂, 像相变溶剂、离子液体等诸如此类, 寄希望于在维持高吸收容量的同等时候, 大幅度削减再生所需要的能耗。与此同时, 生物酶催化剂也被 incorporate 进吸收剂体系当中, 有希望更进一步提高反应速率以及更具备选择性地捕捉CO₂。