电厂中的碳捕集设备

电厂中的碳捕集设备是通过物理或化学方法从电厂排放的烟气中分离并捕集二氧化碳（CO₂）的装置，旨在减少温室气体排放，助力碳中和目标的实现。

一、碳捕集设备的工作原理

碳捕集设备通常由以下几个核心系统组成：

烟气预处理系统：对电厂锅炉排烟进行脱硝、除尘、脱硫等预处理，去除烟气中对后续工艺有害的物质，如氮氧化物、硫氧化物和颗粒物。

吸收再生系统：

吸收塔：预处理后的烟气进入吸收塔，与复合溶液（如胺液）发生化学反应，二氧化碳被吸收剂捕获，从烟气中分离出来。

再生塔：吸收了二氧化碳的吸收剂（富液）被输送到再生塔，在高温条件下分解，释放出高纯度的二氧化碳气体，同时吸收剂得到再生（贫液），可循环使用。

压缩干燥系统：释放出的二氧化碳气体经过压缩、净化处理，去除水分和其他杂质，得到高纯度的二氧化碳气体。

制冷液化系统：高纯度的二氧化碳气体被进一步冷却液化，形成液态二氧化碳，便于储存、运输或利用。

二、碳捕集设备的核心技术

化学吸收法：

原理：利用碱性吸收剂（如胺液）与二氧化碳发生化学反应，形成不稳定的盐类，在加热或减压条件下逆向分解，释放二氧化碳并再生吸收剂。

特点：捕集容量大、选择性高、工艺成熟，适用于大规模工业化应用。但吸收剂成本较高，且再生过程需消耗能量。

应用案例：华能甘肃正宁电厂的碳捕集项目采用化学吸收法，捕集率超过90%，二氧化碳纯度达99%以上。

物理吸附法：

原理：利用固体吸附剂（如活性炭、分子筛）的物理吸附作用，在高压下吸附二氧化碳，降压后解吸再生。

特点：无溶剂参与，工艺过程简化，无设备腐蚀，节能降耗明显。但吸附选择性较低，适用于低浓度二氧化碳的捕集。

膜分离法：

原理：利用微孔膜的选择性透过性，将二氧化碳与其他气体分离。膜的一侧为烟气，另一侧为吸收液，二氧化碳通过膜被吸收液捕获。

特点：设备紧凑、操作简便，但膜材料成本较高，且长期运行稳定性需进一步提升。

三、碳捕集设备在电厂的应用案例

华能甘肃正宁电厂：

规模：全球大的煤电碳捕集示范工程，年捕集二氧化碳150万吨。

技术亮点：

采用“二塔合一”复合式吸收塔，将烟气预洗涤与碳捕集环节深度集成，实现热量利用大化，节能效果显著。

研制出我国首台八级超临界二氧化碳压缩机，将捕集到的气态二氧化碳压缩至超临界态，体积缩小为原来的1/300，提高管道输送效率。

配套“空—天—地—井”一体化监测系统，保障二氧化碳长期安全高效封存。

华润电力深汕公司：

规模：深圳碳捕集、利用与封存（CCUS）工程示范项目，年捕集二氧化碳2万吨。

技术亮点：

采用胺法碳捕集系统，胺液在吸收塔中将烟气中90%以上的二氧化碳“抓走”，净化后的烟气排入大气。

产出的液态二氧化碳达到食品级要求，可用于生产干冰及微藻固碳。

建成碳捕集测试平台，为CCUS技术的放大、验证和优化提供低成本的技术支持。

中国石油西南油气田公司卧龙河气田：

规模：设计大捕碳能力为每天4万立方米，年捕碳2.6万吨。

技术亮点：

应用自研的CT8-23活化MDEA碳捕集溶剂及“三元”复合体系溶剂，结合“级间冷却+富液分流”工艺，碳捕集率和二氧化碳纯度均大于99%。

捕集的二氧化碳通过管道输送至卧碳1井回注封存，用于驱替枯竭气藏中的残留天然气并实现碳封存。

四、碳捕集设备的挑战与展望

挑战：

成本高昂：碳捕集设备的投资和运行成本较高，尤其是吸收剂的成本和再生能耗。

环境友好性不足：部分吸收剂可能对环境造成一定影响，需进一步研发环保型吸收剂。

技术瓶颈：在高效吸收剂、低能耗再生工艺、长寿命设备等方面仍需突破。

展望：

技术创新：随着材料科学和化学工程的发展，新型吸收剂、吸附剂和膜材料将不断涌现，降低捕集成本，提高捕集效率。

规模化应用：随着全球对碳中和目标的重视，碳捕集技术将在更多电厂得到应用，推动煤电行业的绿色低碳转型。

产业链延伸：捕集的二氧化碳可用于油田增采、绿色燃料合成、矿化建材等领域，打通“捕集-利用-封存”全产业链，实现资源化利用。