Servomex 气体分析为安全、高质量的碳捕集提供支持

碳捕集播客文字稿

MH：
欢迎大家再次收听 Servomex 播客。今天我们讨论的主题是 CCUS，即碳捕集、利用和/或储存。这是当前全球范围内一个非常热门的话题。今天我再次邀请到我们的 EMEA 区域应用开发工程师 Maria Mokosh。你好，Maria。

MM：
你好，Matt，早上好。

MH：
正如我所说，CCUS 目前在全球范围内都是一个非常热门的话题，它与排放、脱碳以及气候变化密切相关。2015 年，《巴黎协定》由众多国家签署，目标是将全球气温升幅控制在不超过 1.5 摄氏度。这一协定引入了“碳预算”的概念，即在未来若干年内可排放的 CO₂ 总量。各国承诺在 2050 年实现净零排放。

但根据当前科学界的共识，如果按原定 2050 年的目标推进，我们实际上会提前大约 10 年耗尽碳预算。2020 年初，全球碳预算约剩余 4400 亿吨 CO₂，而我们已经又消耗了近两年的额度。即便在 2040 年耗尽碳预算，根据数据，仍只有 50% 的概率避免气温上升。因此，2030 年正逐渐成为实现碳中和的目标时间点。

此后，许多国家在《巴黎协定》之外提出了各自的承诺，例如英国。Servomex 作为一家公司，连同我们的姊妹公司和母公司 Spectris 集团，也制定了路线图，目标是在 2030 年实现自身碳中和，并与供应商和客户合作，在 2040 年实现整个价值链的碳中和。

这与我们的“清洁空气”倡议和“清洁空气解决方案”高度契合。我们此前已在网站上发布了两期相关播客。Servomex 希望通过清洁空气解决方案，与客户携手采取集体行动，实现气体净化和排放阶段的解决方案。大家可能还记得，我们曾提到三阶段方法：燃烧控制、气体净化和排放控制，而碳捕集正好涵盖后两个阶段。

顾名思义，碳捕集、利用与储存的核心目标，是在 CO₂ 离开工艺流程时将其捕获，防止其排放到大气中，从而避免对全球变暖产生影响。截至 2020 年底，全球约有 20 个项目正在运行，另有约 40 个项目处于开发阶段。目前全球碳捕集能力约为每年 4000 万吨。如果所有项目顺利推进，预计这一能力将提升至每年约 1.3 亿吨。

这些项目主要集中在美国和欧洲。这两个地区在碳捕集领域处于领先地位。其中有一些示范项目，主要用于验证不同碳捕集技术的可行性，因为正如我们稍后将讨论的那样，碳捕集的方法有多种。

首先要提到的是日本的苫小牧（Tomakomai）项目。该项目已运行多年，年捕集量约为 10 万吨，最后一年达到了 30 万吨。项目目前已停止运行，所捕集的 CO₂ 被储存在地下，并正在进行长期监测，以确保储存的稳定性和安全性。

英国还有一个名为 Drax 的 BECCS 项目，其设计能力高达每天 1 吨 CO₂。这在 CCS 领域是一个非常大的规模。该项目目标是支持亨伯地区的零碳 CCUS 枢纽，计划每年在北海储存约 1700 万吨 CO₂。

此外，还有欧洲首个跨境项目“北极光（Northern Lights）”，位于挪威，面向整个欧洲市场。该项目由 Equinor、Shell 和 Total 合作开发，计划到 2024 年实现每年 80 万吨 CO₂ 的捕集，并储存在挪威西海岸外海。

今天我们将重点讨论四种主要的碳捕集技术。第一种是燃烧前捕集，第二种是燃烧后捕集，第三种是富氧燃烧，第四种是直接从空气中捕集 CO₂。Servomex 传统服务的行业主要涉及前三种技术，但我们也会简要介绍第四种。Maria，能否先为我们介绍一下这四种技术，从燃烧前捕集开始？

MM：
当然。目前主要有三种工业化的 CO₂ 捕集方式：燃烧前捕集、富氧燃烧和燃烧后捕集。此外，还有一种相对独立的方式，即直接从空气中捕集 CO₂。

我们先来看燃烧前捕集。顾名思义，这种方法是在燃料燃烧前去除 CO₂。煤、石油或天然气在纯氧条件下加热，生成一氧化碳和氢气的混合气体。该合成气在水煤气变换反应中与水蒸气反应，将大部分一氧化碳转化为 CO₂ 和氢气。这一过程，也称为蒸汽重整，几十年来一直用于从煤和天然气中制氢。

随后，将 CO₂ 捕集与氢气纯化步骤加入到该成熟工艺中。气体从反应器底部进入，溶剂（通常为胺液）从顶部注入。胺液吸收 CO₂ 并下沉至反应器底部，而氢气继续上升并被收集。随后通过加热胺液释放 CO₂，CO₂ 被收集、压缩并输送至储存区域，胺液则循环使用。

与燃烧后捕集类似，在 CO₂ 吸收器前增加脱硫步骤可提升效率并减少溶剂降解。对 CO₂ 和氢气产品流中的纯度，以及 CO、H₂S 和水蒸气等杂质的监测都十分必要。氢气可作为燃气轮机或燃料电池的燃料，排放气体主要为氧气、氮气和水蒸气，CO₂ 和 NOx 浓度显著降低，可采用红外、紫外和顺磁技术进行监测。出于安全考虑，在 CO₂ 储存区域应监测环境中的氧气和 CO₂ 泄漏。

燃烧前捕集的优势在于部分工艺已广泛应用，例如 SMR 和煤气化。其缺点是无法作为老旧电厂的改造方案。与燃烧后捕集类似，它可防止 80%–90% 的排放进入大气。

MH：
谢谢 Maria。那么燃烧后捕集呢？

MM：
燃烧后捕集是从燃烧产生的烟气中去除 CO₂。CO₂ 含量取决于所使用的燃料。目前最成熟的方法是使用胺液进行化学吸收，但膜分离等技术也正在规模化推广。

在典型反应中，CO₂ 在低温下被吸收剂吸收，在高温下释放，生成纯度可达 90% 的 CO₂ 流。该 CO₂ 被压缩并送往储存，剩余烟气排放至大气。若在吸收器前配置脱硝和脱硫装置，排放气体主要为氮气、氩气和氧气。红外、紫外和顺磁技术同样适用于捕集后排放的监测。

某些烟气成分对胺液不利，例如 SO₂ 和 NO₂ 会不可逆吸收，降低溶剂效率；H₂S 和水分会影响 CO₂ 纯度并引起腐蚀。因此需在捕集前去除这些成分。该工艺的缺点是能耗较高，但优势在于可加装到现有电厂和工业装置上。

MH：
接下来是富氧燃烧。简单来说，就是用纯氧或近纯氧而非空气进行燃烧。通过空分装置去除空气中的氮气后再进行燃烧。这样可以减少 NOx 生成，产生 CO₂ 富集气流，便于捕集。

富氧燃烧带来更高的安全要求和更高的火焰温度，目前多用于气体燃料。测量方面，由于氧浓度可能超过 21%，传统氧化锆技术存在限制。Servomex 通过特殊软件使 FluegasExact 2700 可测量高达 50% 的氧气。Laser 3 Plus 在氧气不超过 21% 时同样适用。

此外，还需要监测分离得到的氧气质量、传统排放参数以及 CO₂ 纯度。下游还涉及 CO₂ 输送和储存中的杂质与安全监测。

MH：
Maria，最后我们再谈谈直接空气捕集。

MM：
直接从空气中捕集 CO₂ 是一种雄心勃勃的技术。目前全球最大的项目位于冰岛，名为 Orca。该项目将捕集的 CO₂ 与水混合并注入地下约 1000 米深的玄武岩中，长期来看可形成石灰岩。

还有一个名为 DAC1 的项目计划于 2024 年启动。尽管支持者认为这类技术将在应对气候变化中发挥重要作用，但也有人指出成本高、规模化尚需时间。因此，减少 CO₂ 产生仍是首要策略。

CO₂ 捕集后需要运输和储存。常见方式包括管道和船运。CO₂ 管道多以气态输送，必须干燥且无 H₂S 以防腐蚀。由于 CO₂ 无色无味，建议配备泄漏监测。液态 CO₂ 通常通过船舶或槽车运输，需要低温和加压条件。

储存方式主要包括地下和水下。地下储存已在油气行业应用，水下储存因生态风险尚未实际采用。监测 CO₂ 泄漏对于安全至关重要。

尽管 CO₂ 可用于化肥、饮料、燃料和材料生产，但目前产生量远高于利用量，储存仍不可避免。

MH：
感谢大家收听本期关于 CCS 和 CCU 的播客。也感谢 Maria 今天的精彩分享。欢迎访问 servomex.com，在资源板块了解更多播客、视频、应用说明和产品资料。我们下次再见。