碳捕集核心技术之湿法脱碳技术

随着减碳任务逐渐加重，国家对碳排放和碳捕集两方面都在进行考虑，前者限制或者纳入国家碳排放指标，后者主要是在已有或者新建项目中增加碳捕集和利用单元，其中我们最常规使用的碳捕集技术即：湿法MDEA脱碳技术。

MDEA湿法脱碳：选择一种溶液（MDEA溶液）对原料气中的二氧化碳进行吸收，吸收二氧化碳的溶液再经过加热沸腾，释放出溶解的二氧化碳，这时候，可以收集二氧化碳（纯度＞98%）；

MDEA：MDEA（N-甲基二乙醇胺）是一种重要的有机化合物，化学式为 C?H??NO?，分子量 119.16。

一、工艺原理

1.反应机理

· （1）基础反应：纯MDEA溶液与CO?反应极慢，需添加1%-5%活化剂（如哌嗪或DEA）加速反应。

· （2）活化剂作用：快反应瞬时反应总反应：可逆

· （3）再生优势：生成碳酸氢盐而非氨基甲酸盐，再生能耗比伯/仲胺低30%-40%。

· 2.物化特性

· MDEA为无色粘稠液体，沸点246–249℃，弱碱性，对碳钢腐蚀性低，稳定性高。

· 溶液浓度：35%-50%（重量比），兼顾吸收效率与粘度。

· 国际上，不同企业会有不同的配方（主要是浓度和添加剂），但是主要成本基本上还是MDEA。

二、工艺流程

(来自专业的湿法脱碳计算工具：ProMax)

1.吸收阶段

（1）原料气处理：加压至1.8–2.8 MPa的富二氧化碳气（CO? ＞1.5%），冷却至40℃后进入吸收塔底部，压力高对溶液吸收有一定的好处，但是也会增加泵的能耗。

（2）逆流吸收：

· 贫液（40–50℃）从顶部进入，深度吸收二氧化碳，脱除二氧化碳的气体称为净化气，净化气中的二氧化碳含量受胺液循环量和吸收塔设备的结构影响，一般最低可以脱碳至CO? ＜10ppm。

· 净化气输出：冷却、分离水分后送下游工序，如净化后的天然做LNG，或者各类烃类制氢系统中脱除吸收反应气中的二氧化碳，以达到碳捕集的作用。

2.富液再生阶段

1. 闪蒸：富液减压至0.2–0.3 MPa，释放溶解的H?、N?等气体（不凝气，也可能会有甲烷、一氧化碳等，根据原料气的组分定）。

2. 常压再生：

· 富液加热至100–110℃进入再生塔；

· 塔底蒸汽加热至沸点，CO?解析率≥98.5%。

3. 贫液循环：再生贫液经换热降温、加压后返回吸收塔。

3.辅助系统

· 溶液过滤：三级过滤（机械+活性炭+精密）去除降解产物。

· 冷凝水回收：再生气冷凝水返回再生塔维持水平衡。

· 消泡与缓蚀：添加消泡剂防液泛，缓蚀剂保护碳钢设备（胺液本身对碳钢设备的腐蚀有限，即不需要全部设备都选用不锈钢材质，可以最大化节省成本）。

三、国际知名工艺

在MDEA湿法脱碳领域，国际上，分为两大类，前者是以销售胺液及添加剂配方和技术服务（专利许可）等，如世界知名企业BASF（巴斯夫）、DOW（陶氏化学）等；后者如日本三菱重工业股份有限公司Mitsubishi Heavy Industries (MHI) 等工程公司，能提供详细的解决方案也能同时提供相应的胺液溶剂，当然国内也有相应的供应商和工程公司。

国际上主流胺液技术对照表：

工艺名称	核心技术特点	典型应用案例
???? BASF的aMDEA?	添加哌嗪类活化剂，吸收速率提升5倍，再生能耗降20%	沙特阿拉伯合成氨项目
???? DOW的Gas/Spec?	针对高CO?分压（>0.5 MPa）优化，集成水力透平回收压力能	澳大利亚Gorgon天然气项目
???? UOP的ADIP-X?	协同脱H?S/CO?，H?S脱除率>99.9%，CO?选择性可控	挪威Sleipner碳捕集项目

（来自三菱重工的烟气碳捕捉技术）

1.工艺特点总结

优势 ?	挑战 ??
能耗低（再生温度70–110℃）	高烃类含量易致溶液发泡
溶剂稳定性高（降解率<1%/年）	需严格过滤热稳定性盐
选择性好（H?/N?损失<0.5%）	氧气侵入易引降解，需考虑氧气的影响
腐蚀性低（可用碳钢设备）	活化剂补充增加成本

结论

碳捕集技术主要分为干法和湿法类，湿法有多种技术，如MDEA溶液吸收再生、DEA溶液吸收再生、碳酸钾/碳酸钠吸收再生等等，但是目前日趋主流的技术即MDEA（含添加剂）溶液吸收再生技术，具有能耗最低、稳定性最高、选择性最好、腐蚀性最低等特点，是目前碳捕集技术的主流工艺。

碳捕集对原料气中的二氧化碳浓度有要求，即不低于1.5%（体积分数），不适合从大气中直接进行碳捕集（大气中的二氧化碳含量0.04%或400ppm），后续会单独介绍大气碳捕集技术。

目前常规的碳捕集技术大规模使用主要会集中在各类钢铁冶金燃烧尾气。由于尾气中含有氮氧化物、氧气、粉尘等，对碳捕集技术有一定的考验。

1. 

碳捕集几个概念，CCS（Carbon Capture and Storage）/CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage）。前者主要是捕集和封存；后者主要是捕集和利用、封存；归根结底，碳捕集这个概念会越来越频繁的出现在大家的工作中来。