【文章內(nèi)容簡介】 無 論采取何種捕集系統(tǒng)，其關(guān)鍵技術(shù)都是 CO2 的分離，即將 CO2 同其它物質(zhì)相分離，以便于后續(xù)的工藝處理。根據(jù)分離的原理、動力和載體， CO2分離技術(shù)主要有吸收法、吸附法、膜分離法和深冷法等。 吸收法 （ 1）化學吸收法 化學吸附法是利用 CO2 和吸附液之間的化學反應將 CO2 從排氣中分離回收的方法。典型的化學吸收劑有一乙醇氨（ MEA）、二乙醇氨（ DEA）和甲基二乙醇氨（ MDEA）等。此法為濕式吸收法可與濕式脫硫裝置聯(lián)合使用。其反 應式為 ： CO2+OH HCO3 此反應為一可逆反應，溫度對反 應有很大的影響，反應一般在 38℃ 左右吸收 CO2，吸收 CO2，反應向右進行，當溫度在 100℃ ，反應向左進行，放出 CO2。 [5] 化學吸收法目前存在的主要問題是： ① 由于在吸收塔內(nèi)有起泡、夾帶等現(xiàn)象，使煙氣凈化系統(tǒng)復雜，能量消耗和投資都很大； ② 由于煙氣中含有少量的 O CO、 SO2等氣體，在再生塔的高溫條件下，一方面會與吸收液反應，使吸收液濃度下降，吸收 5 效率降低，另一方面會腐蝕再生塔，影響設(shè)備壽命。 ③ 處理高爐咽氣時，由于反應的溫度是在 100℃ 以下，就要對高溫氣體換熱，處理的設(shè)備增多，加大了投資。 （ 2）物 理吸收法 物理吸收法主要是利用水、甲醇、碳酸丙稀脂等作為吸收劑，利 用 CO2 在這些溶液中的溶解度隨壓力而改變的原理來吸 CO2 氣體。這種方法主要在低溫高壓下進行，吸收能力大，吸收利用量少，吸收劑再生不需要加熱，溶劑不起泡，不腐蝕設(shè)備。但只能適用于 CO2氣體分壓較高的條件， CO2的去除率較低。 物理吸附 物理吸附法是利用天然存在的沸石等吸附劑 CO2 氣體具有選擇吸附的性質(zhì)，對CO2氣體進行分離的方法。利用吸附量隨壓力變化而使某種氣體分離回收的方法稱為變壓吸附法（ PSA），變壓吸附工藝 (PSA 法 )，工藝過程簡單，能耗低，適應能力強，無腐蝕問題。但 CO2 的回收率比較低，適用于 CO2 濃度比較高的情況。利用吸附量隨溫度變化而分離回收某種氣體的方法稱為變溫吸附法（ TSA）二者結(jié)合在一起的為PTSA 法。 膜法分離 利用高分子膜分離氣體是基于混合氣體中 CO2 氣體與其他組分透過膜材料的速度 不同而實現(xiàn) CO2 氣體與其他組分的分離。主要有氣體分離膜技術(shù)和氣體吸附膜技術(shù)，這兩種膜分離技術(shù)在火電廠分離回收 CO2 過程中有較大的應用前景。此外，膜分離技術(shù)還可用于從天然氣中分離 CO2，從沼氣中去除 CO2。膜分離法 具有裝置簡單、操作方便、能耗較低等優(yōu)點。但是很難得到高純度的 CO2。 低溫分離法 低溫分離法是通過低溫冷凝分離 CO2 的一種物理過程， 一般是將煙氣多次壓縮和冷卻后，引起 CO2的相變，從而達到從煙氣中分離 CO2的目的。 [6] 日前降低大氣中二氧化碳的方法包括對能源的合理和有效使用；用天然氣代替煤做燃料；用風能、太陽能和核能代替化石能源；通過熱帶雨林、樹木或農(nóng)場等的陸地封存，海洋處置，礦物封存以及地質(zhì)封存等。其中，利用自然界光合作用等方式來吸收并貯存二氧化碳是最直接且副作用最 小的方法。 6 圖 2 碳封存示意圖 地質(zhì)封存 地質(zhì)封存是將二氧化碳加壓灌注到合適的地層中，然后通過物理和化學俘獲機理實現(xiàn)永久封存。 為把 CO2儲存到地底下，作為地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件必須具有儲存層、密封層和密封結(jié)構(gòu)。作 為儲存層，以多孔質(zhì)、具有滲透性的巖石層為宜，這種巖石層相當于孔隙大的含水層。 CO2在地底下的儲存深度通常也稱為地下深部鹽水層，這是因為地層水的鹽分高，故而稱之為地下深部鹽水層。作為密封層，有滲透率低的頁巖和泥質(zhì)巖等。作為密封結(jié)構(gòu)，必須是儲存層的上部具有密封層的結(jié)構(gòu)，如巖穹結(jié)構(gòu)等。因此，所謂的 CO2在地底下的儲存，就是把超臨界狀態(tài)下的 CO2壓入地底下 800m 深的含水層，利用防止氣體和液體向儲存層上部滲透的冠巖層，可將 CO2長期、穩(wěn)定地密封在地底下。與地質(zhì)封存關(guān)聯(lián)的另一種處理方式是 CO2的再利用。即將 CO2注入 正接近枯竭的油田以提高石油采收這種方案比較具有吸引力，因其能夠從額外開采的石油中部分補償 CO2的儲存成本，但缺點是這類油田的地理分布不均，且開采潛力有限。如果二氧化碳從封存的地點泄漏到大氣中，那么就可能引發(fā)顯著的氣候變化。 [7]如果泄漏到地層深處，就可能給人類、生態(tài)系統(tǒng)和地下水造成災害。此外，對地質(zhì)封存二氧化碳效果進行測試的科學家發(fā)現(xiàn)，被注入地層深處的二氧化碳還會破壞儲藏帶的物質(zhì)。 CO2在地底下的儲存技術(shù)可應用于增加地底下儲藏的天然氣的開采量和石油增產(chǎn) 7 回收等，因此它被認為是一種實用、有效的方法。 海洋封存 海洋處置是指通過管道或船舶將二氧化碳運輸?shù)胶Ｑ蠓獯娴牡攸c，將二氧化碳注入海洋的水柱體或海底。目前 CO2 的海洋封存主要有 2 種方案：一種是通過船或管道將 CO2輸送到封存地點井注入 1000m 以上深度的海中，使其自然溶解；另一種是將 CO2注入 3000m 以上深度的海里，由于 CO2的密度大于海水，因此會在海底形成固態(tài)的 CO2水化物或液態(tài)的 CO2“湖”，從而大大延緩了 CO2分解到環(huán)境中的過程。 在海洋封存二氧化碳的研究中，海洋生態(tài)環(huán)境是一個必須要慎重考慮的環(huán)節(jié)。深海中的洋流運動以及密度差、溫度差等引起的海水運動甚至包括還沒有被我們發(fā)現(xiàn)的大型深海動物的出現(xiàn)都有可能影響到我們在海洋中封存二氧化碳的技術(shù)實施。 被溶解和消散的二氧化碳隨后會成為全球碳循環(huán)的一部分。這一方法存在許多問題。一是海洋處置費用昂貴；二是二氧化碳進入海洋會對海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。研究表明，海水中如果溶解了過多的二氧化碳，海水的 PH 值就會下降，這可能對海洋生物的生長產(chǎn)生重要的影響。三是海洋處置絕非一勞永逸之舉，貯藏在海洋中的二氧化碳會 緩慢地逸出水面，回歸大氣。因此，二氧化碳的海洋處置只能暫時緩解二氧化碳在大氣中的積累，并非是一勞永逸的。 礦石碳化 二氧化碳的礦物封存主要是利用各種天然存在的礦石與二氧化碳進行碳酸化反應得到穩(wěn)定的碳酸鹽的方法來儲存二氧化碳，與其他封存方式相比，具有許多優(yōu)點：一是由于碳酸鹽的熱穩(wěn)定性及其對環(huán)境無任何影響，因此二氧化碳礦物封存是一種最安全、最永恒的固定方式；二是用于二氧化碳礦物封存的原料來源豐富、儲量巨大、價格低廉，因此具有大規(guī)模固定的潛力和經(jīng)濟效益。由于碳酸鹽的自由能比二氧化碳的要低，因此，礦物碳酸 化反應從理論上來講是可行的。 以含有鈣鎂硅酸鹽的礦石為例， CO2與鈣鎂硅酸鹽反應的一般形式為 : MxSiyOx+2y+zH2z(s)+xCO2(g)—― xMCO3(s)+ySiO2(s)+zH2O(l/g)