摘要：分析二氧化碳捕集、利用与封存发展趋势及现状，结合某公司已建成投入使用的15万吨/年示范工程，进行为期168 h的试运行，对不同负荷状态下烟气二氧化碳捕集率及主要技术指标参数进行分析。从监测结果来看，示范装置系统工艺设计合理，所得液化二氧化碳产品浓度保持在99.5%以上，完全满足驱油、化工利用封存等需求。

　　关键词：CCUS；减排技术；捕集率；再生能耗

　　0引言

　　二氧化碳捕集、利用与封存技术，作为一种新兴的二氧化碳减排技术，是应对全球气候变化、控制二氧化碳温室气体排放的关键技术之一。尤其是近年来我国指定双碳目标下的减排目标，对国内二氧化碳排放的统计、监测及考核办法有了明确规定，也充分体现出我国对应对气候变化、减少二氧化碳排放、加快企业绿色低碳转型发展的关切与决心。

　　1工程背景

　　为满足双碳目标下碳排放目标要求，各企业必须指定具体低碳转型发展、节能减排改造等措施，增加能源使用成本投入，而CCUS减排技术作为一种新兴技术，无法在短时间内形成商业化应用，满足低碳发展要求。在我国国内大型CCUS示范项目较少，现有多以10万t级规模示范工程为主，在2022年1月中石化建成我过首个百万t级CCUS全流程示范项目。总体来看，我国CCUS技术研发应用已逐渐达到国际领先水平，具备工程应用能力，可以积极筹备CCUS技术的规模化、商业化发展应用。本文以某公司已建成投入使用的15万t/a示范工程为例，在进行为期168 h的试运行过程中，装置持续满载保持平稳运行了72 h，期间布设了气体分析仪、烟气连续监测系统、流量计等监测仪器仪表设备，对系统运行效果进行监测，其中入口烟道中主要烟气组分，如表1所示[1]。

　　2碳捕集、封存再利用技术流程

　　CCUS技术的生产技术流程如图1所示，利用各种化工工艺将液态二氧化碳进行吸收捕集，本文主要是对经各道工序之后的二氧化碳纯度及能耗进行分析，也即确保能够在低能耗条件下捕集到高品质二氧化碳[2]。可以从图1看出，CCUS技术的具体工序包括洗涤净化、吸收捕集、冷却压缩、脱水干燥、冷凝液化及增压存储等，其中各工序具体工艺流程为：

　　1）洗涤净化工序。二氧化碳烟气从烟道口抽出后含二氧化硫、三氧化硫、含氮氧化物等强酸性物质，因此需要利用碱液泵、pH计进行pH调节，将烟气通入含该pH调节装置的水洗塔进行水洗，避免二氧化碳烟气中的强酸杂质对后续吸收剂产生影响。

　　2）吸收捕集工序。完成上述洗涤净化后将二氧化碳烟气通入吸收塔内，同时利用复合胺吸收剂对烟气中二氧化碳进行吸收，尾气经吸收塔顶洗涤排至大气中；吸收捕集期间可设置分级冷却结构提高反应效率，随后吸收液从塔底分两部分流出，一部分经换热器回收热量进入再生塔，另一部分直接进入再生塔；在塔内再沸器加热作用下将吸收液内二氧化碳进行汽提，随后吸收液在塔底流出，经加压泵及MVR闪蒸回收显热工艺处理后，送回吸收塔；而此时汽提出的二氧化碳与水蒸汽从塔顶流出，经气液分离后得到纯度99%以上的二氧化碳干气产品，并进行后续压缩工序。

　　3）冷却压缩工序。低压二氧化碳干气经两级螺杆压缩机进行增压，首先是低压级增压到表压0.8 MPa（G），而后经过冷却装置、气液分离装置后进行高压级压缩，最终使出口压力达到表压2.5 MPa（G），温度40℃。

　　4）脱水干燥工序。通过3台干燥塔对压缩后二氧化碳气体进行吸水干燥，其中前两座用于交替干燥再生，最后一座干燥塔用于辅助再生实现持续生产。二氧化碳气体利用复合硅胶脱水，在材料吸附饱和前进行干燥塔更换再生，即通入干燥气对硅胶干燥剂进行热吹再生，最后将吸水后的干燥气利用循环水冷却排出。

　　5）冷凝液化工序。脱水干燥后的二氧化碳，经压缩、蒸发制冷及冷凝等工序后液化为液态，其中制冷量需要结合后续存储负荷需求进行调节。

　　6）增压存储工序。液态二氧化碳通入储罐进行存储，并由槽车装运，储罐内气体通过装车泵增压后连入运输槽车，通过气相平衡线相连通并利用鹤管进行装车。

　　3工程实例应用分析

　　以某公司已建成投入使用的15万t/a示范工程为例，在进行为期168 h的试运行过程中，装置持续满载保持平稳运行了72 h，期间布设了气体分析仪、烟气连续监测系统、流量计等监测仪器仪表设备，对系统运行效果进行监测，主要技术指标如表2所示。在试运行期限内，各工序机组运行负荷稳定，可实现高纯度液态二氧化碳的持续生产过程，满负荷生产能力可达18.75 t/h。通过该集成处理系统，实现了低浓度、大流量锅炉烟气中二氧化碳气体在较低能耗下的成功捕集，同时产品品质可靠，系统各设备运行效果平稳，各项技术指标均可满足设计需求[3]。

　　3.1捕集效果监测分析

　　示范装置运行期间，选用溶质质量分数为30%的复合胺吸收剂溶液，分别在50%、75%及100%负荷状态下测试二氧化碳烟气的捕集效果。其中不同保持不同负荷状态下烟气二氧化碳体积分数波动平稳在11%~15%左右，吸收塔进出口吸收液负荷保持在5 LCO2/L复合胺溶液范围。

　　捕集率是体现吸收塔工作效率的关键指标，在实际运行期间需要通过控制吸收剂循环量来对捕集效果进行调控，结合吸收剂溶液饱和、非饱和态的流量与二氧化碳捕集率之间的关系变化情况进行分析，可以发现各负荷状态下烟气中二氧化碳捕集率都很好，保持在90%以上，同时吸收剂流量保持在265~450 m3/h。其中：

　　1）50%负载状态下，非饱和吸收剂溶液保持在19.4 LCO2/L复合胺溶液范围，要控制捕集率达标，循环流量应控制在275 m3/h左右；

　　2）75%负载状态下，随着负荷提高对循环流量的需求也不断提高，也即该负载下，循环流量应控制在275 m3/h左右；同时100负载状态下，这一数值将提升至440 m3/h。

　　也就是说，负荷的不断提升使气液比例不断增小，100%负荷下非饱和吸收剂将提升至22.2 LCO2/L复合胺溶液，说明在示范装置满负荷运行状态下，需要综合考虑能耗影响，二氧化碳烟气吸收过程可能附加热力学影响效果，需要综合考虑再生能耗与捕集效果。分析二氧化碳在胺溶液中吸收的过程需要放热，因此在吸收塔中设置有分级冷却节能工艺，通过控制冷却液流量将冷却温度范围保持在30~55℃,有效控制反应温度，从而提高饱和态二氧化碳负荷降低再生能耗。

　　3.2产品气性能分析

　　在冷却增压工序阶段，需要注意在50%低负荷运行工况下启用单列压缩机，高符合运行工况下启用两列压缩机同时运行，入口压力保持在表压0.32 MPa（G），出口表压保持在2.3 MPa（G）；同样在脱水干燥工序阶段，要求所得二氧化碳纯度高于99.5%，由于所用干燥气水露点温度低于-90℃,远低于设计温度-40℃,因此干燥性能较好；最后在冷凝液化工序阶段，与增压工序类似，要求低负荷下单列压缩机，高负荷下启用双列压缩机，将液化二氧化碳温度保持在-16~-21℃范围，表压2.0 MPa（G），此参数下所得液态二氧化碳产品在纯度、杂质含量等方面指标均可满足驱油、化工利用封存等需求。

　　4结语

　　分析现有二氧化碳捕集、利用与封存发展趋势及现状，并结合某公司已建成投入使用的15万t/a示范工程，进行为期168 h的试运行，对不同负荷状态下烟气二氧化碳捕集率及主要技术指标参数进行分析。

　　从监测结果来看，示范装置系统工艺设计合理，所得液化二氧化碳产品浓度[φ（CO2）]保持在99.5%以上，完全满足驱油、化工利用封存等需求。科学布局CCUS示范工程，加快技术推广应用提升产业经济性，对二氧化碳减排发展、实现双碳目标有着重要意义。

　　参考文献

　　[1]程一步，孟宪玲.二氧化碳捕集、利用和封存技术应用现状及发展方向[J].石油石化节能与减排，2014，4（5）：30-35.

　　[2]顾永正，王天堃，黄艳，等.燃煤电厂二氧化碳捕集利用与封存技术及工程应用[J].洁净煤技术，2023，29（4）：98-108.

　　[3]李飒，林千果，梁希，等.钢铁高炉煤气二氧化碳捕集技术经济性分析[J].环境工程，2021，39（9）：117-122.