燃烧后碳捕集的胺溶剂管理——何时“回收”才是真正的回收？

作者: Jon Gibbins

中英（广东）CCUS中心副主任、英国碳捕集与封存研究团体联盟主任、谢菲尔德大学碳捕集与封存教授

在胺类燃烧后二氧化碳捕集技术的试点测试部署中，代表性的溶剂管理环节构成了不可或缺且具创新性的组成部分。显然，未来的商业化燃烧后捕碳（Post-Combustion Capture, PCC）设施将包括一套溶剂组合，该组合不仅反映了原始的溶剂配方，还包括了溶剂形成的降解产物和烟气中添加的杂质。同样显而易见的是，无论这种溶剂组合是什么，都应积极维持其在运行过程中成分的稳定性；换言之，所有新引入系统的添加物均须通过严格的去除流程，以实现溶剂成分的稳定，这是确保整个捕集系统高效稳定运行的必要条件。

维持溶剂成分稳定有两种基本方法：

a) 从循环体系中分离出纯净溶剂（此过程准确称为“回收”或“reclaiming”）；

b) 从循环体系中分离出杂质成分（此过程更贴切地描述为“净化”或“cleaning”）。

需注意的是，尽管选项b)常被错误地冠以“回收”之名，但实际上它与前者存在本质区别。然而，选项a)的可行性严格受限于溶剂的可回收性，即能否从循环混合物中有效提取出一股仅含原始溶剂成分，或至少杂质含量处于可接受水平且不会加剧杂质积累的液流。随后，该液流可根据实际需求重新引入系统，并酌情补充新鲜溶剂。若此条件不满足，则维持溶剂组成稳定的唯一途径将是连续或间歇性地从循环溶剂中排出一股细流，该细流包含不希望出现的组分，其浓度直接反映了这些组分的生成/添加速率与平均排放速率，同时，需用新鲜溶剂进行等量替换（此操作称为“排放与补给”，即“bleed and feed”）。至于选项b)所述的溶剂净化，则是一种旨在最大程度降低排放与补给速率的方法；但需明确，对于实际存在的、高度复杂的异质杂质混合物，该方法可能无法实现完全去除。

图    采用热集成胺液回收技术的MEA燃烧后碳捕集流程（Bechtel）

关于在简易热回收流程中实现清洁溶剂与杂质之间接近彻底分离的问题，单乙醇胺（MEA）的应用已经获得了公共领域的验证，例如挪威蒙斯塔德测试中心所开展的研究工作即为明证。可以设计一种简易的溶剂回收装置，该装置通过将气体导入解吸塔，能够实现能量的全面回收利用；在此过程中，仅有高温能量会对发电厂的运营效率产生轻微的负面影响，这一点已在上述流程图中清晰展示。因此，该回收装置能够以一种高效的方式运作，其速度可达到每数周即对整体溶剂库存进行一次完全的排放与补给（即“bleed and feed”过程），这一速度很可能远超实际排放和补给过程中所能达到的水平。

无论采取何种溶剂管理策略，都必须确保所有相关工艺被纳入试点测试的考虑范畴，并需严格验证两大关键点：其一，是在常规操作条件下，能否维持溶剂成分组成的稳定；其二，是能否通过加强溶剂管理活动来应对可能发生的异常情况（例如，烟气净化设备故障、长时间离线等）。此外，极为重要的一点是，不应将溶剂成分的缓慢变化误认为是稳定性。根据一些行业经验，溶剂降解似乎往往随时间推移呈现出近似指数的增长趋势，即经历一个漫长且近乎线性的“潜伏期”后，紧随其后的便是迅速的“失控”分解阶段。倘若这种指数级增长在后期显现，那么即便在常规短期测试中展现出“稳定”降解态势的溶剂，也无法避免不良后果；届时，若缺乏恰当的溶剂管理措施，将引发大量的降解反应。因此，对于“稳定”溶剂的测试工作可能更为棘手，它要求更为敏锐的分析手段以及更为持久的测试周期。

Jon Gibbins教授欢迎各位读者留言提问，或就相关技术问题展开深入交流与探讨。

(此内容摘自在GHGT16大会上分享的一份学术海报——https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=4282112 )