近日，美国国家能源技术实验室（NETL）发布《2018年碳捕集技术汇编》报告，总结了美国能源部（DOE）“洁净煤及碳管理研究计划”（CCCMRP）框架下“碳捕集研发计划”资助的项目进展。“碳捕集研发计划”以燃烧前和燃烧后捕集为核心研究领域，开发基于溶剂、吸附剂和膜的碳捕集新技术，其技术成熟度（TRL）范围从概念工程和材料设计阶段（TRL为2级）到25兆瓦级中试阶段（TRL为5-7级）。报告总结的碳捕集技术十项研发重点如下：

       1、NETL研究与创新中心进行的碳捕集技术开发

       NETL研究与创新中心进行的研发工作主要包括：开发先进的燃烧前和燃烧后捕集新型溶剂，减少能量损失和二氧化碳分离成本；开发化学稳定、成本低、合成简单且具有高二氧化碳容量的新型吸附剂；开发用于燃烧后碳捕集的新型膜；开发高通量筛选工具用于设计先进材料和工艺；利用碳捕集模拟计划开发的计算工具和模型与行业合作，推进创新的碳捕集技术研发。

       2、基于溶剂的燃烧后碳捕集技术

       （1）溶剂再生，包括胺溶剂的新型电化学再生，以及浓缩哌嗪溶剂的高温闪蒸再生。

       （2）新型溶剂，包括双液相溶剂，离子液体和相变离子液体混合溶剂，非水溶剂，非水可转换有机溶剂，新型相变氨基硅氧烷溶剂，基于氨和碳酸钾的混合盐溶剂，封装碳酸酐酶生物催化剂，结合酶催化剂和真空再生开发碳捕集低能耗溶剂，浓缩哌嗪溶剂，混合胺基、钾基、氨基溶剂的新型溶剂系统，自浓缩胺吸收剂，可逆离子液体。

       （3）先进技术，包括稀薄二氧化碳的直接空气捕集技术和相变溶剂吸收技术。

       （4）工艺优化，包括：热集成法改进现有碳捕集系统，以提高能效；集成溶剂吸收器和汽提塔，使用高表面积陶瓷泡沫气液接触器增强传质过程；加压汽提工艺优化溶剂碳捕集技术；结晶高压汽提优化热碳酸盐吸收过程；新型集成真空碳酸盐吸收工艺。

       （5）测试评估，包括：Abbott火电厂林德/巴斯夫溶剂碳捕集的大规模中试；先进离子溶剂碳捕集的0.6兆瓦级实验室测试和12兆瓦级中试；新型氨基硅氧烷溶剂碳捕集的10兆瓦级中试；在Barry电厂25兆瓦碳捕集系统中增加一体化汽提塔/再沸器、颗粒物管理和新溶剂的可行性评估；巴斯夫新型胺基溶剂碳捕集的1兆瓦级中试；利用膜技术改进GE冷冻氨工艺的大规模中试；新型0.5兆瓦NeuStream®吸收器在现有碳捕集系统的试运行；氨基酸水溶液碳捕集技术的550兆瓦级示范。

       3、基于吸附剂的燃烧后碳捕集技术

       （1）先进吸附剂，包括：嵌入金属有机框架吸附剂的聚合物纤维，用于快速循环变压吸附工艺；结合胺的多孔聚合物吸附剂；第三代流化固体吸附剂；用于流化床的低成本分子篮吸附剂；结合胺接枝多孔二氧化硅的金属箔吸附剂；多孔金属有机框架吸附剂；干燥钠吸附剂。

       （2）先进技术，包括：使用旋转床吸附器的结构化吸附剂进行快速循环变温吸附；使用结构化吸附剂进行快速变压吸附；基于聚合物/支撑胺中空纤维材料的快速变温吸附；基于新型微孔材料和工艺循环的吸附碳捕集技术；基于固体吸附剂的混合吸附技术。

       （3）工艺优化，包括热集成法降低固体吸附剂碳捕集成本，以及碳捕集吸附剂的优化。

       （4）测试评估，包括：基于先进碳微球吸附剂的0.5兆瓦级中试；②碱性氧化铝吸附剂的0.5兆瓦级中试；③气凝胶吸附剂。

       4、基于膜的燃烧后碳捕集技术

       （1）新型膜，包括：新型二氧化碳选择性透过膜，用于在二氧化碳浓度低于1%的环境中进行碳捕集；下一代中空纤维膜；新型无机/聚合物复合膜；薄膜复合中空纤维膜；中空纤维聚合物膜；新型双功能氧化硅膜；酶基仿生封闭液膜；新型低压膜接触器。

       （2）验证测试及评估：基于新型Polaris™膜的1兆瓦级中试。

       5、燃烧后捕集新概念

       （1）先进技术，包括：低温碳捕集；新型节能氧化石墨烯-聚醚醚酮混合膜；膜/溶剂混合碳捕集系统；集成变温和变压吸附的碳捕集系统；基于超声技术的先进二氧化碳压缩；基于超声速膨胀和惯性分离的燃烧后二氧化碳萃取系统；基于半等温压缩的新型二氧化碳压缩技术。

       （2）工艺优化：采用先进制造技术增强碳捕集工艺和使用新溶剂。

       （3）测试评估：发电厂新型电化学膜碳捕集系统的3兆瓦级中试。

       6、基于溶剂的燃烧前碳捕集技术

       将碳酸铵-碳酸氢铵工艺用于整体煤气化联合循环（IGCC）电厂的碳捕集系统，进行概念验证和中试试验。

       7、基于吸附剂的燃烧前碳捕集技术

       主要包括用于IGCC电厂基于新型吸附剂的燃烧前碳捕集技术中试研究，以及开发干式吸附剂。

       8、基于膜的燃烧前碳捕集技术

       （1）新型膜，包括：将交联聚合物和钯基纳米材料相结合，开发用于氢气净化和二氧化碳捕获的吸附增强型混合基质膜；高温聚苯并咪唑中空纤维膜；氢气选择性沸石膜；纳米多孔超疏水膜接触器；用于IGCC电厂的新型聚合物膜；用于IGCC电厂的双相陶瓷-碳酸盐膜反应器。

       （2）先进技术，包括：沸石膜反应器；用于IGCC电厂碳捕集的新型双级膜工艺；基于三元钯合金的氢气/二氧化碳膜分离系统；氢气选择性沸石膜；用于IGCC电厂的变压膜吸附装置。

       9、燃烧前捕集新概念研究

       主要包括：基于氧化镁吸附剂/水煤气变换反应器的碳捕集技术，并结合先进集成热管理技术，用于IGCC电厂的碳捕集；基于碳分子筛膜和吸附增强水煤气变换的新工艺，用于IGCC电厂的碳捕集。

       10、开展研发合作

       主要包括成立国家碳捕集中心；建立碳捕集合作伙伴关系；开展CCS在电厂应用的影响因素分析。

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