微晶材料在二氧化碳吸附分离中的应用

随着全球经济的发展和人口的激增，人类生产、生活所排放的大量CO2已引起全球气候变暖，其中绝大部分的的CO2是由化石燃料燃烧所产生的。据IEA（国际能源署）预测，到2030年，世界能源消费中以煤、石油、天然气为主的化石燃料将仍占据主导地位，化石燃料利用量的持续上升将导致温室气体排放的不断增加。在各种温室气体中，CO2以其较长的寿命年限（50-200年）及超高的排放量（约60亿吨/年）而对“温室效应”贡献最大，占60%以上。如不加以控制，CO2的过量排放将会造成环境的继续恶化，给社会和经济带来较严重的负面影响。

因此，研究开发安全有效的CO2分离技术是一种迅速大量削减其排放量的有效手段，已引起世界各国的广泛重视，成为目前及未来人类的重要工作。

1、CO2分离脱除技术

CO2的分离，其基本思路就是利用吸附法、吸收法、低温法以及膜分离法等现已比较成熟的工艺技术将废气中的CO2捕集下来，从而将其脱除。

目前，按照操作时间分类，CO2分离碳捕集技术主要包括：燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧技术。三种流程都包含从气流中（烟道气、合成气、空气或原料天然气）分离出CO2、H2和O2这个步骤。

燃烧前捕集是将烃类燃料转化为CO2和H2，从可燃气中分离出CO2集中应用，CO2可用于氨和化肥的生产，以及石油提料等；燃烧后捕集多指燃料燃烧后从烟气中捕集CO2，由于烟气中80%的成分是CO2，所以该系统也是目前捕集CO2最具前景的；富氧燃烧是用氧代替空气作为燃料进行一次性燃烧，产生以水汽和CO2为主的烟道气体。这种方法产生的烟道气体含CO2的浓度很高（占体积的80%以上），但此法需要首先从空气中分离出氧气，这就致使总能耗大大增加。富氧燃烧作为在锅炉中捕集CO2的方法，目前还处于研究阶段。

工业上主要脱除CO2的方法

2、CO2分离应用市场

可供工业回收的富CO2气源主要有两大类，即天然CO2气源和工业副产CO2气源。

天然CO2气产于某些天然气田。在世界石油和天然气开采过程中，发现过不少的CO2或者富CO2气田，其CO2含量为15～99％。在中国广东、山东和江苏等地，亦存在具有开发利用价值的高浓度CO2气田。某些天然CO2气本身纯度高（含CO299.2％），利用井口压力经除尘干燥，脱除重烃和硫化物后就可以分装使用。

从各种工业过程的副产气源中回收CO2，即可综合利用碳资源，又可治理因工业废气排放带来的环境污染。副产气源主要来自下列工业生产装置或生产过程。

（1）合成氨装置

在所有工业副产气源中，量最大也是最重要的一种气源是合成氨或制氢生产过程的副产气。

在用煤、石脑油、天然气或重油生产合成氨原料气的过程中，会产生富含CO2的混合气。因所用原料和制气方法的不同，混合气体中的CO2含量也不同，一般为15～30％。为了制取合成氨工业所需的氢氮气产品气，在CO变换工段后必须将气体中的CO2脱除并加以回收。

合成氨工艺流程简图

（2）制氢装置

中国“富煤缺油少气”的能源禀赋致使煤制氢路线产氢量在国内占比最高，2019年达到63.54%。在“3060双碳”的政策导向下，中国氢能联盟预测，到2030年，约15%左右的氢由可再生能源制取，23%由工业副产氢制取，60%由化石能源制取，2%由生物制氢等其他技术供给。

在以天然气、煤制氢的过程中，会产生富含CO2的混合气，为了获得制氢所需的纯产品气，在CO变换工段后必须将气体中的CO2脱除并加以回收。

3、微晶材料在CO2吸附分离上的应用

在杂质的分离中，吸附方法是目前应用最广、最成熟的技术，在国内外均得到了长足的发展。尤其针对于原料气中脱除杂质，空气中少量有机气体吸附，应用疏水微晶材料吸附方法有明显优势。随着新型吸附剂的开发及吸附分离工艺条件等方面的研究，吸附分离过程显示出节能、产品纯度高、可除去痕量物质、操作温度低等突出特点，在化工、医药、食品、轻工、环保等行业得到了广泛的应用。

2016年，申昙新材料科技集团有限公司子公司湖北申昙环保新材料有限公司研发出全自动CO2吸附设备，该设备全自动控制吸附和脱附过程，物理吸附和化学吸附相互配合，相互补充，可以深度降低密闭房间的二氧化碳浓度。同时可实时在线检测，具有远程控制功能，能在室外长期自动运行。