膜法碳捕集技术再审视：从Polaris?膜开发到商业化应用的新机遇

本综述由MTR公司团队撰写，系统回顾了Polaris? CO2捕集膜十五年研发历程，创新性提出选择性回流膜设计（Selective Recycle Membrane Design），通过模块化平板膜组件实现从0.1吨/日到150吨/日的工程放大。研究证实膜技术在高CO2浓度工业烟气（如水泥厂）捕集成本可比胺法（Amine Process）降低30%，且具备环境友好（无二次排放）、耐SOx/NOx、适应非稳态工况等优势，为碳中和目标下碳捕集利用与封存（CCUS）提供了关键技术路径。

　　

背景：膜工艺考量要点

碳捕集的技术经济挑战已被充分记录。烟气通常具有大流量、低压力和低浓度CO₂的特点。无论采用何种分离技术，从这些气流中脱除CO₂、提纯并压缩至约150巴进行封存都是成本高昂的。对于膜技术而言，低的CO₂分压驱动力是一个特别严峻的问题。几乎所有商业化...

背景：膜考量要点

在我们先前的工作中，我们描述了MTR Polaris?膜的初步开发和性能。这种薄膜复合膜采用基于极性聚合物的选择性层，该层对CO₂和其他极性物质具有极高的渗透性，涂层沉积在提供极低传输阻力的高孔隙率载体上。最初的（第一代）Polaris膜成为了评估候选燃烧后捕集膜性能的基准。其平均CO₂渗透率为1,000 GPU，并且...

Polaris CO₂捕集开发概述

或许将膜应用于CO₂捕集的关键挑战在于放大规模。膜法碳捕集工厂将非常庞大，规模堪比世界级的反渗透膜系统，需要数百甚至数千个膜组件。在我们的开发计划开始时，我们拥有Polaris这一良好的候选膜材料，但它需要以低成本可靠地大规模生产，制造成适用于低压操作的专用模块，并经过验证。

膜性能和设计选择对捕集成本的影响

评估碳捕集系统的一个关键经济指标是平准化捕集成本（美元/吨CO₂）。该值结合了捕集工厂生命周期内的资本和运营支出，并将这些成本按每吨捕集的CO₂进行标准化。与前面描述的FEED研究保持一致，我们在以下分析中应用了DOE的方法论和相同的经济假设来计算捕集成本。作为理解变化影响的指南...

经验教训与未来展望

在本文中，我们描述了我们膜碳捕集技术在大约15年时间里的发展历程，从早期的可行性研究到大型现场示范系统的运行以及全规模成本分析。在展望膜碳捕集未来之前，回顾一下迄今为止获得的一些关键经验教训或许会有所帮助。以下是我们认为最重要的经验教训列表：

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  • 工艺能量限制决定了碳捕集与...