综述：从试点捕集工厂到封存点的杂质在碳捕集与封存中的作用——综述

这篇综述系统梳理了碳捕集与封存（CCS）技术链中杂质的来源、影响及控制策略，重点分析了胺基溶剂（如MEA）在捕集过程中产生的氨（NH3）、醛类、硫氧化物（SOx）等关键杂质，对比了40个中试工厂数据和20项运输封存标准，指出杂质对设备腐蚀、相行为的影响，并强调北欧之光项目（Northern Lights）的严格规范为行业标杆。

　　

碳捕集与封存技术链中的杂质：从源头到封存的全面审视

引言

碳捕集与封存（CCS）是减少人为CO₂排放的关键技术，但捕获的CO₂流中常含多种杂质，包括烟气原始成分、溶剂降解产物（如NH₃、醛类）以及反应副产物（如热稳定盐）。这些杂质不仅影响设备安全，还涉及相行为变化和法规合规性。欧洲委员会在《工业碳管理战略》中明确要求制定CO₂纯度标准，凸显其重要性。

杂质来源与分类

杂质主要来自烟气（如燃煤电厂的SO_x、NO_x）和胺基溶剂降解。以单乙醇胺（MEA）为例，其降解产物包括HEIA（N-(2-羟乙基)-2-咪唑烷酮）和HEEDA（2-(2-羟乙基氨基)乙醇），而其他溶剂如AMP-PZ（哌嗪）的降解率较低。烟气预处理（如SCR脱硝、WFGD脱硫）可减少杂质输入，但无法完全消除。

中试工厂的实证数据

全球40个中试工厂的数据显示，烟气中CO₂浓度因来源差异显著：燃煤电厂约11-14%，天然气电厂仅3-5%。胺排放量以MEA最高（达1,384.6 ppm），而新型溶剂如CDRMax?的排放可降低95%。水洗和酸洗系统能有效控制NH₃排放，例如Tiller工厂的酸洗使NH₃从5 mg/m³降至0.01 mg/m³。

降解产物的影响

液相降解产物中，甲酸盐和草酸盐是主要热稳定盐（HSS），浓度分别可达7,588 mg/L和3,643 mg/L。金属离子（如Fe²⁺、Cr³⁺）的溶出加速设备腐蚀，而亚硝胺（如NDMA）的毒性需严格监控。气相产物中，甲醛在解吸塔出口浓度（38 g/L）显著高于吸收塔，可能与高温促进其生成有关。

运输与封存规范

比较20项标准发现，杂质限值因项目而异。例如，O₂含量普遍要求<100 ppm，而Northern Lights对总硫的限制（<1 ppm）严于其他项目。杂质会改变CO₂的临界性质，影响管道设计，如H₂S和O₂共存可能引发应力腐蚀开裂。

监测与净化技术

傅里叶红外光谱（FTIR）和质子转移反应质谱（PTR-TOF-MS）是主流监测手段。干燥床（Dry bed）和布朗除雾器（BDU）可减少胺雾排放，而硅胶吸附能将CO₂产品流中的水分从4%降至0.4%。

结论

杂质管理是CCS规模化应用的核心挑战。未来需优化溶剂配方、开发低成本净化工艺，并推动国际标准统一。北欧之光的经验表明，严格规范可兼顾安全性与经济性，为行业提供重要参考。