工業(yè)氣體膜分離已經(jīng)在主要碳捕獲技術(shù)中占有一席之地

　　據(jù)國(guó)際能源網(wǎng)2009年12月10日訊 目前，主要有四種不同類型的二氧化碳收集與捕獲系統(tǒng)，即燃燒后分離（煙氣分離）、燃料前分離（富氫燃?xì)饴肪€）、富氧燃燒和工業(yè)分離（化學(xué)循環(huán)燃燒），每種捕獲技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)及其成熟度見(jiàn)下表。

　　在選擇捕獲系統(tǒng)時(shí)，燃?xì)饬髦卸趸紳舛?、燃?xì)饬鲏毫σ约叭剂项愋停ü腆w還是氣體）都是需要考慮的重要因素。
　　對(duì)于大量分散型的二氧化碳排放源是難于實(shí)現(xiàn)碳的收集，因此碳捕獲的主要目標(biāo)是像化石燃料電廠、鋼鐵廠、水泥廠、煉油廠、合成氨廠等二氧化碳的集中排放源。
　　針對(duì)排放的二氧化碳的捕獲分離系統(tǒng)主要有三類：燃燒后系統(tǒng)、富氧燃燒系統(tǒng)以及燃燒前系統(tǒng)。
　　燃燒后系統(tǒng)介紹
　　燃燒后捕獲與分離主要是煙氣中二氧化碳與氮?dú)獾姆蛛x。化學(xué)溶劑吸收法是當(dāng)前*好的燃燒后二氧化碳收集法，具有較高的捕集效率和選擇性，而能源消耗和收集成本較低。除了化學(xué)溶劑吸收法，還有吸附法、膜分離等方法。
　　化學(xué)吸收法是利用堿性溶液與酸性氣體之間的可逆化學(xué)反應(yīng)。由于燃煤煙氣中不僅含有二氧化碳、氮?dú)?、氧氣和水，還含有SOx、NOx、塵埃、HCl、HF等污染物。雜質(zhì)的存在會(huì)增加捕獲與分離的成本，因此煙氣進(jìn)入吸收塔之前，需要進(jìn)行預(yù)處理，包括水洗冷卻、除水、靜電除塵、脫硫與脫硝等。
　　煙氣在預(yù)處理后，進(jìn)入吸收塔，吸收塔溫度保持在40～60℃，二氧化碳被吸收劑吸收，通常用的溶劑是胺吸收劑（如一乙醇胺MEA）。然后煙氣進(jìn)入一個(gè)水洗容器以平衡系統(tǒng)中的水分并除去氣體中的溶劑液滴與溶劑蒸汽，之后離開(kāi)吸收塔。吸收了二氧化碳的富溶劑經(jīng)由熱交換器被抽到再生塔的頂端。吸收劑在溫度100～140℃和比大氣壓略高的壓力下得到再生。水蒸汽經(jīng)過(guò)凝結(jié)器返回再生塔，而二氧化碳離開(kāi)再生塔。再生堿溶劑通過(guò)熱交換器和冷卻器后被抽運(yùn)回吸收塔。
　　富氧燃燒系統(tǒng)介紹
　　富氧燃燒系統(tǒng)是用純氧或富氧代替空氣作為化石燃料燃燒的介質(zhì)。燃燒產(chǎn)物主要是二氧化碳和水蒸氣，另外還有多余的氧氣以保證燃燒完全，以及燃料中所有組成成分的氧化產(chǎn)物、燃料或泄漏進(jìn)入系統(tǒng)的空氣中的惰性成分等。經(jīng)過(guò)冷卻水蒸汽冷凝后，煙氣中二氧化碳含量在80～98%之間。這樣高濃度的二氧化碳經(jīng)過(guò)壓縮、干燥和進(jìn)一步的凈化可進(jìn)入管道進(jìn)行存儲(chǔ)。二氧化碳在高密度超臨界下通過(guò)管道運(yùn)輸，其中的惰性氣體含量需要降低至較低值以避免增加二氧化碳的臨界壓力而可能造成管道中的兩相流，其中的酸性氣體成分也需要去除。此外二氧化碳需要經(jīng)過(guò)干燥以防止在管道中出現(xiàn)水凝結(jié)和腐蝕，并允許使用常規(guī)的炭鋼材料。
　　在富氧燃燒系統(tǒng)中，由于二氧化碳濃度較高，因此捕獲分離的成本較低，但是供給的富氧成本較高。目前氧氣的生產(chǎn)主要通過(guò)空氣分離方法，包括使用聚合膜、變壓吸附和低溫蒸餾。
　　燃燒前捕獲系統(tǒng)介紹
　　燃燒前捕獲系統(tǒng)主要有二個(gè)階段的反應(yīng)。
　　首先，化石燃料先同氧氣或者蒸汽反應(yīng)，產(chǎn)生以一氧化碳和氫氣為主的混合氣體（稱為合成氣），其中與蒸汽的反應(yīng)稱為“蒸汽重整”，需在高溫下進(jìn)行；對(duì)于液體或氣體燃料與氧氣的反應(yīng)稱為“部分氧化”，而對(duì)于固體燃料與氧的反應(yīng)稱為“氣化”。待合成氣冷卻后，再經(jīng)過(guò)蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)，使合成氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，并產(chǎn)生更多的氫氣。*后，將氫氣從二氧化碳與氫氣的混合氣中分離，干燥的混合氣中二氧化碳的含量可達(dá)15～60%，總壓力2～7MPa。二氧化碳從混合氣體中分離并捕獲和存儲(chǔ)，氫氣被用作燃?xì)饴?lián)合循環(huán)的燃料送入燃?xì)廨啓C(jī)，進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。
　　這一過(guò)程也即考慮碳的捕獲和存儲(chǔ)的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）。從二氧化碳和氫氣的混合氣中分離二氧化碳的方法包括變壓吸附、化學(xué)吸收（通過(guò)化學(xué)反應(yīng)從混合氣中去除二氧化碳，并在減壓與加熱情況下發(fā)生可逆反應(yīng)，同從燃燒后煙道氣中分離二氧化碳類似）、物理吸收（常用于具有高的二氧化碳分壓或高的總壓的混合氣的分離）、膜分離（聚合物膜、陶瓷膜）等。