在全球气候变暖和“双碳”目标的背景下，二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）技术已成为应对气候变化的关键路径。作为工业减排的“最后一道防线”，CCUS通过创新技术手段将二氧化碳从排放源中高效分离并资源化利用，既缓解了温室效应，又推动了能源结构的低碳转型。当前，以有机胺法、变压吸附脱碳、高压水洗及物理溶剂吸收提纯为代表的碳捕集技术，正通过材料革新与工艺优化突破能耗瓶颈，构建起多场景适配的技术矩阵。本文将深入解析这四大核心技术的原理、最新进展与产业化挑战，为大家呈现CCUS技术体系的全景图景。
一、有机胺法碳捕集
有机胺法脱碳技术起源于天然气脱硫、脱碳，现已成为二氧化碳脱除和捕集的主要工艺。
胺法脱碳工艺是一种基于化学+物理吸收原理的高效脱碳净化技术，采用MDEA复合脱硫液可精准、高效脱除CO₂，胺液CO₂吸收容量远超水的物理溶解能力，通常为水的 30-100倍。
该脱碳工艺以醇胺类化合物（如MEA、DEA、MDEA等）有机胺复合溶液作为吸收脱碳剂，通过可逆化学反应选择性脱除天然气中的二氧化碳（CO₂），低温下吸收酸气生成胺盐，高温下分解胺盐实现溶液再生。
最早应用于天然气、油田气、炼厂气脱硫脱碳，随着环保及碳减排的推进，逐步应用于各个行业，涵盖工艺设计、设备制造、安装运维一体全流程服务。
胺法脱碳技术基于酸碱中和反应，利用弱碱性有机胺溶液（如MDEA、MEA等）吸收天然气中的酸性气体（CO₂）。
吸收阶段，在低温条件下吸收酸气，反应过程如下：
R₂NH + CO₂ + H₂O → R₂NH₂⁺ + HCO₃⁻
再生阶段：富胺液通过加热（100-125℃）或减压释放酸性气体，实现胺液循环利用。
二、变压吸附脱碳
变压吸附脱碳工艺（PSA）是一种基于吸附剂对不同气体的吸附性能的差异实现选择性吸收，从而实现气体分离的一种技术。通常在压力状态下实现CO2的吸收，在减压或抽真空实现吸附剂的再生。
变压吸附吸附剂（如硅胶、分子筛等）优先捕获混合气中的CO₂，而甲烷、氧气、氢气、氮气等有效组分则穿透吸附床进入后续工序；随后通过降压或抽真空使吸附剂再生，释放高纯度CO₂并回收利用，可将气体中CO2脱碳精度控制在0.2%以下CO₂脱除率≥99%。
三、高压水洗碳捕集
高压水洗脱碳是一种基于物理溶解吸收原理的绿色脱碳技术，通过利用二氧化碳（CO₂，25℃时达25L/L水）与甲烷（CH₄）、氧气在水中溶解度的显著差异实现气体分离。在标准条件下，CO₂的溶解度约为CH₄的30倍，在标准大气压和20°C的条件下，二氧化碳在水中的溶解度约为氧气的28倍。通过将原料气加压至0.8-2M Pa，可大幅提升CO₂的溶解效率。配合低温（15-25℃）工况，CO₂脱除率可达97%以上。
再生阶段：富液通过减压和气提释放CO₂，实现水的循环利用。
四、物理溶剂吸收提纯脱碳
碳酸丙烯酯（PC）脱碳属于物理吸收过程，其核心原理基于不同气体在溶剂中的溶解度差异，实现选择性吸收。碳酸丙烯酯对CO₂、H₂S等酸性气体的溶解度显著高于H₂、N₂、O₂等非酸性气体。在相同条件下，CO₂在PC中的溶解度约为水的4—8倍。 CO₂溶解度：在35℃、2.5MPa条件下，CO₂溶解度达8.34Nm³/m³PC。
再生阶段：富液通过减压和气提释放CO₂，实现脱碳液的循环利用。
对比维度 | 高压水洗脱碳 | 碳酸丙烯酯脱碳 | 变压吸附脱碳（PSA） | 有机胺法脱碳 |
分离机制 | 利用CO₂在水中溶解度远高于CH₄的特性，通过加压水洗实现物理吸收分离 | 利用碳酸丙烯酯溶剂对CO₂的高物理溶解度（是水中的8倍），通过吸收-再生过程分离杂质 | 基于吸附剂（如活性炭、沸石）对CO₂的选择性吸附，通过压力变化实现吸附-解吸循环 | 利用有机胺溶剂对CO₂的高物理溶解度，通过吸收-再生过程分离杂质 |
处理效果 | CO₂净化效率≥97% | CO₂净化效率≥98% | CO₂净化效率≥99% | CO₂净化效率≥99.9% |
适用范围 | ≤5万Nm3/d | ≤20万Nm3/d | ≤20万Nm3/d | ≤100万Nm3/d |
投资成本 | 较低 | 中等 | 较高 | 高 |
运行成本 | 较高 | 中等 | 较低 | 较高（有余热时成本低） |
五、应用范围及性能
胺法脱硫设备专业应用于油气开采、天然气、炼厂气、煤层气、克劳斯酸气提浓、液化气6大行业含硫气源净化，适用于如下工况：
✅ 电力行业：
Ø 燃煤/燃气发电厂：捕集烟气中低浓度CO₂（12-15%），捕集率可达90%以上，减少碳排放；
✅ 钢铁/水泥制造/焦化：
Ø 钢铁高炉和水泥煅烧过程排放大量CO₂，捕集废气中的CO₂，并通过地质封存或化工利用减少排放。捕集CO₂用于生产尿素、甲醇、烯烃等化工产品；
✅ 石油与天然气行业：
Ø 提高原油采收率（CO₂-EOR）：将CO₂注入油田驱油，既封存CO₂又增产原油。驱油收益可覆盖捕集成本；
✅ 农业与食品行业:
Ø 捕集的CO₂经精制后用于碳酸饮料、食品保鲜（如肉类冷藏）及气调包装；
Ø 农业气肥：将CO₂注入温室促进植物光合作用，提高作物产量，CO₂浓度提升可使蔬菜生长周期缩短20%；
✅ 城市垃圾与废弃物处理：
Ø 捕集垃圾焚烧产生的CO₂，减少城市碳排放；
✅ 新能源与生物质能：
Ø 捕集生物质燃烧产生的CO₂，实现“负排放”。通过BECCS技术捕集CO₂，并封存于咸水地质层。
在"双碳"目标驱动下，二氧化碳捕捉技术正从实验室走向工业规模化应用。当前主流技术中，化学吸收法凭借90%以上的捕集效率占据燃煤电厂改造主导地位，随着《中国CCUS技术路线图》的推进，站在全球气候治理的转折点，唯有持续优化捕集工艺与技术、开发高附加值碳利用路径、构建跨区域封存管网，方能使这项"气候工程"真正担起中和人类碳足迹的重任。我公司将持续以技术创新驱动减排，为实现全球温控目标提供中国方案，践行企业气候责任。
