過濾是成功脫碳的必由之路

2025-06-03 責任編輯：中國過濾分離 瀏覽數：519 中國過濾分離網

核心提示：緩解氣候變化需要在全球范圍內實現碳中和，這涉及到從每個工業過程和全球能源供應中去除碳排放，這一緊迫需求正在推動碳捕獲、利用和儲存（CCUS）技術的創新，其中利用環節至關重要。

 　　緩解氣候變化需要在全球范圍內實現碳中和，這涉及到從每個工業過程和全球能源供應中去除碳排放，這一緊迫需求正在推動碳捕獲、利用和儲存（CCUS）技術的創新，其中利用環節至關重要。在可能的情況下重復利用捕獲的二氧化碳（CO2）具有實際、環境和經濟意義。現有應用包括食品和化學品生產、制冷、消防和可再生能源燃料等領域，但能重復利用則取決于生產出符合要求的氣體。

　　CCUS是一個廣泛的術語，涵蓋了各種旨在捕獲來自發電廠和工業設施等點源的二氧化碳排放的技術，防止其釋放到大氣中。這些技術包括從高效壓縮和地下天然氣儲存到各種成熟的和正在發展的二氧化碳再利用/回收技術。過濾在CCUS過程的所有階段都發揮著關鍵作用，從凈化源氣開始，經過二氧化碳捕獲，再到壓縮、運輸和最終儲存或再利用。

　　從氣體流中分離二氧化碳的技術已經成熟。如使用溶劑和膜等成熟的捕獲技術正在被改進以提高碳捕獲和儲存的效率。然而，永久性二氧化碳儲存具有挑戰性。確定和評估潛在的儲存地點需要時間和成本，即使地質條件合適，該地點仍可能需要進一步改造和持續監測以防止泄漏。運輸過程也增加了復雜性，因為建設、監測和維護必要的基礎設施會產生大量成本。

　　利用可以是一種更經濟的選擇，因為二氧化碳的市場已經成熟。如將二氧化碳作為電子燃料生產的原料，正處于快速發展階段。在其他工業過程中重復利用二氧化碳可以創造價值流，而不是監管或財務負擔，并支持更廣泛的可持續發展目標。被捕獲的二氧化碳的質量至關重要，這正是過濾技術發揮關鍵作用的地方。

　　CCUS項目主要關注從點源捕獲二氧化碳排放。直接從集中的尾氣流中捕獲氣體比從大氣中提取更經濟實惠。過濾可以保持碳捕獲系統的效率，并將二氧化碳以最少的污染交付給下游。

　　化學吸收是目前最成熟的煙后捕獲技術，廣泛應用于發電廠、水泥生產、化工等燃燒碳氫化合物產生能源的行業。化學吸收技術主要分為干法和濕法兩種，干法化學吸收技術主要采用固體吸附劑，如分子篩、氧化鋁、硅膠、活性碳等，通過物理吸附、化學反應等過程捕獲煙氣中的二氧化碳；濕法化學吸收技術主要采用堿性溶液，如氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉等，通過化學反應捕獲煙氣中的二氧化碳。

　　使用溶劑如胺類物質來選擇性地從煙氣中吸收二氧化碳。富集二氧化碳的溶劑通過加熱釋放被捕獲的二氧化碳，隨后進行壓縮以便運輸或儲存。過濾可以防止煙氣中的雜質進入溶劑，這些雜質可能導致結垢、起泡和溶劑降解。這對于保持高單位二氧化碳捕獲率以及防止逃逸的二氧化碳進入大氣至關重要。通過活性碳過濾去除殘留的有機物和碳氫化合物也非常重要。任何污染物質到達吸收塔頂部都會直接影響二氧化碳的質量，并阻礙接觸器柱的運行效率。

　　圖1給出了在溶劑吸收系統中應用過濾的幾個主要部位。

　　圖1：吸收法碳捕獲過程中的過濾設備

　　在燃燒前將二氧化碳從燃料中分離出來，這是在整體煤氣化聯合循環發電廠（IGCC）中普遍使用的一種方法，將化石燃料轉化為合成氣（一種由一氧化碳、氫和二氧化碳組成的混合物），然后分離出二氧化碳，這樣氫就可以作為清潔能源使用。

　　過濾是必要的，以除去合成氣中的硫化合物、顆粒物和水等雜質，以便進行二氧化碳分離。在燃燒前系統中，膜技術、壓力擺動吸附（PSA）和固體吸附劑等技術經常用于二氧化碳的去除。

　　富氧燃燒是將化石燃料在純氧（O2）中燃燒，而不是空氣，燃燒的產物主要是二氧化碳和水蒸氣，冷凝水蒸氣后，得到高濃度的二氧化碳流。

　　空氣分離裝置(ASU)產生用于 oxy-combustion 的純氧。過濾器可從進入的空氣中除去雜質，以保護 ASU 并確保高效地生產氧氣。

　　直接空氣捕獲（DAC）是一種非燃燒形式的碳捕獲技術，可以直接從大氣中捕獲二氧化碳。固體DAC依賴于具有二氧化碳親和力的吸附材料，并采用吸附和解吸循環系統。液體DAC使用溶劑，在基于吸收和再生循環的過程中捕獲二氧化碳。

　　直接空氣捕獲與傳統碳捕獲方法的相似性，使得現有的過濾技術可以轉移到DAC過程中，用于過濾進入的空氣、保持溶劑純度以及在空氣排放到大氣中之前去除殘留液體。

　　被捕獲的二氧化碳必須脫水并壓縮，以便運輸和儲存，這個過程被稱為超臨界或密相狀態。在二氧化碳中，水、潤滑油、氧氣和硫化氫等污染物會威脅到管道的完整性，導致腐蝕和副產品，從而在管道中造成堵塞。

　　如果這些腐蝕產物和管道結垢隨水流向下游移動，可能會污染關鍵設備，如控制閥門、計量站和高壓注水泵。這會導致更高的維護成本、設備提前更換和計劃外停機時間。固體污染物還可能阻礙多孔儲層的孔隙結構，增加二氧化碳注入所需的能量，并限制儲層的儲存能力。

　　在選擇過濾器和分離器用于密相CO2應用時，必須非常小心地選擇材料，過濾器的尺寸，和適當的過濾評級。圖2說明了在超臨界相中過濾器的使用。

圖2：二氧化碳壓縮脫水工藝中的過濾設備

　　CCUS過濾技術進展

　　CCUS是一個快速發展的市場，過濾專家面臨的挑戰是利用在傳統天然氣應用中成功使用的技術的成熟優勢來滿足CCUS應用的需求。

　　成功的案例之一是Cleanova的CMAX過濾技術，該技術專為基于吸收的CCUS系統開發。在這些系統中，高濃度的顆粒污染物會阻礙溶劑的效率，導致下游工藝設備堵塞。同樣重要的是，必須從CO2中去除顆粒物和氣溶膠，這些物質是在脫氣過程中產生的。

　　CMAX過濾器以其卓越的單位面積固體去除能力在市場上占據領導地位，并且可以在廣泛的過濾效率范圍內進行配置（1-100%）。該技術采用絕對評級，并針對不同的物理溶劑工藝進行了定制，包括單乙醇胺和二乙醇胺（MEA/DEA）、Selexol和Purisol。此外，該技術在超臨界二氧化碳注入應用中表現非常出色，在這種應用中，低顆粒濃度對于高效捕獲枯竭巖層中的二氧化碳至關重要。

　　然而，僅依靠更好的過濾設備并不能實現工業規模的脫碳。目前，CCUS系統沒有標準設計，每個應用都面臨著獨特的工藝挑戰。確定最佳過濾解決方案需要系統設計師和過濾專家以新的方式合作。

　　結論

　　將現有的過濾等技術成功應用于CCUS運營的特定需求，是一個持續的過程，而早期合作對于實現碳中和目標至關重要。

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