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为解决水泥生产高碳排放难题，研究人员开展基于 MEA 的燃烧后 CO?捕集与高温热泵（HTHP）集成的技术经济评估。发现 HTHP 结合机械蒸汽再压缩（MVR）和贫汽压缩（LVC）可降低成本，CO?避免成本达 125.9 �/tCO2，为水泥行业脱碳提供路径。
水泥生产作为高耗能、高碳排放的典型工业过程，其产生的 CO?占全球总排放量的 6-8%，如何实现该行业的低碳转型成为全球关注的焦点。传统的基于单乙醇胺（MEA）的燃烧后 CO?捕集技术虽已具备一定成熟度，但面临能耗高、成本高的问题，尤其是溶剂再生过程依赖天然气（NG）锅炉供热，不仅增加碳排放，还推高了生产成本。在此背景下，探索高效、低碳的热能替代方案对水泥行业的可持续发展至关重要。
为突破这一技术瓶颈，国外研究机构的研究人员开展了一项针对水泥工厂燃烧后 CO?捕集系统集成高温热泵（HTHP）的技术经济评估研究。该研究成果发表在《Carbon Capture Science》上，旨在通过引入创新的热能供应方案，降低捕集过程的能源消耗和成本，提升水泥行业的碳减排效益。研究得出，将高温热泵与机械蒸汽再压缩（MVR）及贫汽压缩（LVC）技术结合，可显著优化捕集系统的性能，为水泥行业的深度脱碳提供了极具潜力的技术路径。
研究主要采用了以下关键技术方法：首先，利用 Aspen Plus 软件构建基于速率模型的 MEA 吸收过程模拟，对不同捕集系统配置进行流程模拟和尺寸计算；其次，采用自下而上的经济分析方法，评估各方案的资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX），涉及成本指标包括 CO?避免成本（CCA）、熟料成本增量（?CC）和 CO?捕集成本（COC）；此外，还对多种 HTHP 配置（如逆朗肯循环热泵、MVR 系统及其与 LVC 的组合）进行了热力学和经济性能分析，探讨了不同废热回收场景下的系统表现。
5.1 基于 NG 锅炉的基准案例分析
研究对比了三种基准案例（尾端配置、集成配置及独立吸收器配置）及 LVC 集成方案。结果表明，集成配置（Case #2）因处理烟气量少、CO?浓度高，在经济性能上表现更优，其 CO?避免成本为 159.7 �/tCO2，熟料成本增量为 69.9 �/tclk。引入 LVC 技术后，在 0.8 bar 闪蒸压力下，CO?避免成本降低至 149.6 �/tCO2，NG 消耗减少 23%，显示出 LVC 对降低能耗的显著作用。
5.2 高温热泵集成效果
HTHP 集成方案通过回收水泥工厂和捕集单元的废热替代 NG 锅炉，显著降低了碳排放和成本。标准逆朗肯循环热泵和 MVR 耦合方案的性能对比显示，HTHP+MVR+LVC 组合为最优配置，其 CO?避免成本低至 125.9 �/tCO2，熟料成本增量减少 32%。尽管因电力消耗增加导致 CO?避免率略有下降至 89%，但在低碳电力场景下，该方案的环境效益将进一步提升。
5.3 敏感性分析
敏感性分析揭示了关键参数对系统性能的影响：NG 价格对传统 NG 锅炉方案影响显著，而电力价格和电网碳强度对 HTHP 方案更为关键。当电力价格达 200 �/MWh 时，HTHP 方案仍与 NG 锅炉方案成本相当；在高可再生能源渗透率下，HTHP 方案的 CO?避免率可提升至 94%。此外，碳税的提高可显著降低熟料成本增量，当碳税高于 CO?避免成本时，捕集系统的经济负担可被完全抵消。
5.4 讨论与对比
与其他研究相比，该研究提出的 HTHP+MVR+LVC 方案在成本和能效上具有竞争力，其 CO?避免成本与文献中基于锅炉的方案相当，但无需处理锅炉烟气，简化了流程。尽管 HTHP 的资本成本较高，但其长期运行成本优势明显，尤其在 NG 价格波动和低碳政策推动下，市场潜力巨大。研究同时指出，HTHP 技术的规模化应用仍需解决设备投资高、系统集成复杂等挑战，但已为水泥行业脱碳提供了明确的技术方向。
研究结论表明，集成高温热泵的 CO?捕集系统在水泥行业具有显著的技术经济优势，尤其是 HTHP+MVR+LVC 配置，可有效降低捕集成本和碳排放。该研究为水泥行业实现净零目标提供了可行的技术路径，强调了废热回收和电气化供热在工业脱碳中的重要性。未来随着可再生能源电力的普及和 HTHP 技术的成熟，此类集成方案有望成为水泥行业碳减排的核心技术之一，推动全球工业领域的低碳转型。
