文献综述
世界上约75%的CO2排放来自化石燃料燃烧。其中,煤炭是一种高CO2排放燃料,单位热量燃煤引起的CO2排放较石油和天然气分别高出36%和61%。据经济合作发展组织(OECD)和国际能源署(IEA)数据显示,现有电厂CO2年排放量约106亿吨,占全世界排放总量的16%,其中燃煤电厂76亿吨,占发电行业排放量的72%。到2020年,全球每年将有65亿吨CO2来自于2005年已投运的电厂。为解决燃煤带来的严重污染问题，发展清洁煤燃烧和发电技术无疑是一项重要的战略举措。目前低污染发电新技术主要是流化床燃烧(FBC)和整体煤气化联合循环(IGCC)技术。流化床燃烧包括常压循环流化床(CFBC)和增压流化床(PFBC)，第二代PFBC在燃气轮机入口温度提高到1200℃以上时，效率可达45％～48％，IGCC系统在燃气轮机入口温度1250℃以上时，效率可达43％～45％，随着高温燃气轮机和燃气高温干法净化技术的开发，IGCC系统效率可超过50％。但是，与天然气联合循环发电相比，PFBC和IGCC在效率上并不占据优势，而且以目前的技术水平，为提高IGCC系统效率需要大幅度增加投资。另外，通常说的IGCC环保性能好是指其SOx、NOx和固体颗粒排放量比PFBC和常规脱硫煤粉燃烧低，但是其CO2排放量与超临界和超超临界的煤粉电厂比改善不大(如EPRI的数据为IGCC 719 g CO2／kWh，超临界煤粉电厂774 gCO2／kWh，超超临界煤粉电厂733 gCO2／kWh）。
现有电厂烟气中CO2燃烧捕集技术主要有吸收法、膜CO2分离法等。考虑到电厂烟气中CO2的分压低和技术工艺的成熟性,比较而言,化学吸收法是目前较好的选择。化学吸收法脱除合成气中CO2的技术在合成氨、尿素等化工产品生产中早已得到广泛应用,但在电厂烟气CO2捕集方面鲜有工业应用,主要原因是电厂烟气流量大、压力接近常压、CO2体积分数低、使用常规工艺经济性较差。尽管如此,由于其在化工行业运行历史久、脱除效率高、技术稳定、价格相对低廉,研究者仍致力于将此类化工技术转化成电厂烟气CO2捕集技术的研究,现已有商业示范项目。其原理是利用碱性吸收溶液与烟气中的CO2接触并发生化学反应,形成不稳定盐类,其中,吸收剂吸收能力受化学反应平衡的限制,在一定的条件下可逆向分解释放出CO2,从而将CO2从烟气中分离并富集,进行再利用或后处理,同时使吸收剂CO2担载能力得到再生。常用的吸收剂有醇胺溶液、强碱溶液、热苛性钾溶液等。
本文将阐述水-气变换反应，然后介绍近年来几种主要的CO2捕集技术原理，并对其中的吸收法做重点介绍。最后对不同CO2捕集技术的对比进行介绍。
- 水-气变换反应
水-气变换反应将CO转化成CO2，使CO携带的化学能转移至H2中，该反应是可逆反应，水煤气变换反应是放热反应，较低的反应温度有利于化学平衡，但反应温度过低则会影响反应速率，从纯化学的角度来看，水-气变换反应的正向反应是产生CO2和H2的反应，逆向反应是一个产生CO和H2O的反应。如果能把正反应产物CO2分离出来，那么化学反应平衡就会被打破，反应将会向着正反应方向进行，这样就会得到更多的H2，同时便于在后续步骤中进行CO2捕集。变换反应在系统中有两种方式，一种是清洁变换，即变换反应在脱硫之后，另一种是粗变换，即变换反应在脱硫之前。目前耐硫催化剂已经发展得比较成熟，研究表明，采用粗变换在投资和系统效率方面比清洁变换更具有优势，并且脱硫和脱碳可联合进行。
水-气变换反应常常借助于催化剂而进行。人们早期工作的着眼点，是铁系氧化物催化剂，然而由于这一催化体系活性较底，必须在高温下进行操作，造成变换率降低，这样就限制之中催化剂的应用，随后人们研制出以铜系氧化物为主体的变换催化剂，但这一催化剂仍存在缺陷。进年来整体式（构件型）蜂窝状WGSR催化剂与负载型催化剂引起了人们极大兴趣，尤其是负载金超微粒子催化剂。
- 主要的CO2捕集技术
1.膜分离技术
一般认为，与其它传统分离技术相比，膜分离的主要优点是分离能耗低，操作简单。用气体分离膜分离C02，理论上可以降低C02回收能耗。通常用于CO2分离的气体分离膜是聚合物膜和无机膜。聚合物膜一般用于从CO2／N2混合气体中分离CO2，从CO2／H2混合气体中分离H2常采用金属钯(Pd)无机膜。其它分离CO2的无机膜有沸石、氧化铝、碳、硅等。
从尾气中分离CO2可以采用聚合物膜，Hendriks对此进行了相关研究，指出聚合物膜分离CO2时CO2/N2的选择性应大于200，渗透速率大于Pasec。Andrews建议使用多层碳微管膜作为解决CO2和N2选择性差的一种方法，微管膜材料需要进一步研究。在分离高温燃料气体中的H2和CO2时，钯膜显示了比聚合物膜耐高温的良好性能。钯膜在高温下容易发生相变，气体渗透通量低，使用钯复合膜可以得到改善。Govind和Atnoor等制备了钯-银复合膜，在高温下(643．680K)选择性分离H2，该膜有很好的机械强度和选择性。Way等人用钯一铜复合膜从高温燃料气中分离H2，钯-铜复合膜提高了H2渗透力和抗H2S中毒的能力，为使其用于燃料气体分离，需要进一步提高材料性能。Rothenberger研究了在873K和1173K下，用致密的金属陶瓷膜从模拟合成气(66％H2、33％CO、l％CO2)中分离H2。
