山藍環境：船舶柴油機尾氣脫硝技術解析
2025-07-12
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發布時間：2024-07-27 閱讀次數：747
隨著“雙碳”目標的不斷推進，碳減排、碳捕集和二氧化碳利用封存技術也在不斷地發展迭代，目前我國得到持續推廣的有節能減排降耗的新工藝應用，原料脫碳、煤電廠、水泥生產、天然氣聯合循環電廠、整合氣化聯合循環電廠、生物質能源碳捕集等技術，但空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術還存在缺失。
DAC技術的基本工藝流程
空氣二氧化碳直接捕集的優勢在于成本合理、規模可以無限放大、可消除任何時間點排放的二氧化碳；可永久脫除空氣中的二氧化碳等。空氣二氧化碳直接捕集可以分為以下三個步驟：
第一步：空氣被通過位于收集器內部的風扇吸入。空氣被吸入后通過位于收集器內部的過濾器，將二氧化碳顆粒捕獲。
第二步：當二氧化碳完全充滿過濾器時，收集器關閉，通過加熱使溫度上升到100°C左右；
第三步：捕集后的二氧化碳混合一部分水被引入地表以下，通過礦化作用封存于地下，也可進行再利用，如輸送至啤酒、飲料廠使用，或轉化成合成柴油或低碳燃油用來發電。
加拿大Carbon Engineering（CE）公司的二氧化碳捕集利用及封存路線
根據工藝中吸收劑的使用類型，直接空氣二氧化碳捕集（DAC）技術可分為液體和固體兩種。
液體DAC技術：
1、堿性氫氧化物溶液
堿性氫氧化物溶液DAC技術包括兩個循環反應，一是大氣中的二氧化碳與堿性氫氧化物（氫氧化鈉NaOH或氫氧化鉀KOH）溶液反應生成可溶于水的碳酸鹽，二是通過苛化反應實現堿性氫氧化物的再生，并將苛化反應生成的碳酸鈣（CaCO3）加熱至900℃以上釋放出二氧化碳。
2、胺溶液
胺溶液吸收在二氧化碳燃燒后捕集中的應用比較廣泛，先在環境溫度下利用胺溶液從煙道氣體中吸收二氧化碳，然后在120℃左右溫度下通過汽提使胺溶液再生。研究發現烷醇胺對二氧化碳具有很高的親和力，滿足從空氣中直接捕獲二氧化碳的條件。
3、氨基酸鹽溶液
將氨基酸鹽溶液作為吸收溶劑，通過胍氫鍵將大氣中的二氧化碳轉化為碳酸鹽結晶，這種結晶的溶解度非常低進而可從溶液中過濾分離。
氨基酸鹽溶液DAC技術流程主要分為三個環節，一是空氣中的二氧化碳與氨基酸鹽溶液反應生成相應的碳酸氫鹽；二是碳酸氫鹽與BIGs（Bis-iminoguanidines）作用使氨基酸鹽再生并同時得到碳酸鹽結晶，三是碳酸鹽晶體在較低溫度（80~120℃）分解實現BIGs的再生并得到高純度的二氧化碳。
氨基酸鹽溶液DAC技術流程示意圖
4、堿度濃度變化
堿度濃度變化法采用稀堿性水溶液吸收空氣中的二氧化碳，溶液與空氣達到平衡時堿度由初始堿度增至平衡堿度，隨后將溶液濃縮使溶液中溶解的無機碳增多、堿度增加至最高堿度，二氧化碳在溶液中的分壓也隨之增加，將系統壓力降至低于二氧化碳分壓后溶液中吸收的二氧化碳得以脫除排放，繼續將濃縮溶液稀釋使其恢復初始堿度，再重新吸收空氣中的二氧化碳并不斷循環對上述過程。
堿度濃度變化DAC流程示意圖
固體DAC技術：
1、固體堿（土）金屬
有純堿（土）金屬、負載型堿（土）金屬、固態胺吸附劑三種，以純堿金屬氧化鈣（CaCO3）為例，其二氧化碳捕集過程主要包括兩步：第一步是氧化鈣與二氧化碳接觸后發生碳酸化反應轉化為碳酸鈣（CaCO3）；第二步是碳酸鈣煅燒釋放出二氧化碳，然后連續循環進行上述兩步。堿（土）金屬的氧化物或氫氧化物同樣可應用于空氣中二氧化碳的捕集，只是由于空氣中二氧化碳的濃度遠低于煙氣中二氧化碳的濃度，導致空氣中直接捕集二氧化碳所需能量大幅增加。
堿（土）金屬DAC實驗流程示意圖
2、MOFs材料
近年來MOFs已成為DAC領域的研究熱點，可通過在MOFs上負載胺基，或調整孔徑及活性點位分布來獲得較強的二氧化碳吸附能力。
3、變濕吸附
變濕吸附DAC主要分為三個步驟：第一步是在干燥環境下，吸附劑表面的堿性基團吸附空氣中的二氧化碳；第二步是在濕度較高或水合度較高條件下，吸附劑所吸附的二氧化碳逐漸解吸；第三步是解吸后得到的二氧化碳，將其壓縮后封存或利用。
實現DAC產業化的公司
目前，瑞士Climeworks、加拿大CarbonEngineering及美國GlobalThermostat等公司多年來致力于DAC技術的研究，并已有多個運營成功的DAC項目。
全球現行DAC工廠
目前國內規劃和運行碳捕集利用與封存示范項目總數有百余個，涵蓋電力、油氣、化工、水泥、鋼鐵等多個行業。其中超過半數的項目建成投產，具備二氧化碳捕集能力超過每年400萬噸。我國DAC技術研究起步較晚，尚無DAC工業示范裝置。華能集團提出在2024年建成我國第一套DAC工業示范裝置，以填補我國在DAC工程示范領域的空白。浙江大學采用變濕再生工藝開發了小型DAC樣機，所捕集的二氧化碳可用于供給農業溫室大棚。
空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術的未來
可見，DAC技術產能增量潛力巨大，為應對全球氣候變暖，國際上大力發展空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術。美國能源部斥資12億美元補貼DAC項目，建成后預計從大氣中每年可清除超200萬噸二氧化碳，相當于減少約44.5萬輛燃油車的年排放量，同時還創造多達5000個工作崗位。據了解，美國計劃在未來10年內建立4個DAC中心，政府還將提供35億美元的補貼支持。美國能源部稱，DAC在大規模部署后，可以幫助美國實現到2050年溫室氣體排放中和的目標。
我國在2022年發布的《第四次氣候變化國家評估報告》中明確提出了二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）技術包含生物質能碳捕集與封存（BECCS）和直接空氣捕集（DAC）等負排放技術。同年，國家發改委、國家能源局在《關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見》中明確表示中國鼓勵低碳技術發展，二氧化碳捕集技術是實現氣候目標的重要支柱，DAC技術對于我國實現碳中和目標具有重要的戰略意義。
空氣二氧化碳直接（DAC）捕集技術在碳中和技術的組合方案中不可或缺，其應用價值有很大的想象空間，如應用于石油行業驅油場景、制造生產合成材料、塑料、甲醇、混凝土、飲料、酒類等各種產品中。
空氣二氧化碳直接捕集（DAC）技術在我國已進入起步階段，山藍環境也參與其中進行技術研發，歡迎更多的合作伙伴加入我們，共同促進該領域的快速發展。
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