耦合气体辅助汽提与余热回收的节能型CO2捕集工艺创新研究

为解决碳捕集过程中再生能耗高的难题，研究人员创新性地将N2辅助汽提与TMC（Transport Membrane Condenser）余热回收技术耦合，构建了CO2再生测试系统。实验表明，N2-鼓泡模式可降低再沸器负荷（RD）达26.8%，显著提升能源效率，为CCUS（碳捕集、利用与封存）技术工业化提供了新思路。

　　

在全球推进碳中和目标的背景下，碳捕集、利用与封存（CCUS）技术成为减少工业碳排放的关键手段。然而，传统CO₂化学吸收法面临再生能耗高的瓶颈，其中再沸器负荷（Reboiler Duty, RD）的60%以上消耗于水蒸气化潜热。如何降低RD成为制约该技术规模化应用的核心难题。

针对这一挑战，华中科技大学的研究团队在《Green Carbon》发表了一项创新研究，提出将气体辅助汽提与余热回收系统耦合的策略。研究通过构建CO₂再生实验平台，首次系统评估了N₂作为模型汽提气体在两种注入模式（鼓泡式与扫掠式）下的节能效果，并采用陶瓷膜冷凝器（TMC）回收汽提气中的余热。结果表明，该耦合工艺可使RD最大降低26.8%，远超传统工艺20%的节能极限。

关键技术方法包括：1）搭建集成TMC的CO₂再生测试系统，监测不同N₂注入模式下的RD变化；2）采用30wt.% MEA（单乙醇胺）溶剂，控制CO₂负载为0.50±0.01 mol/mol；3）通过调节再生压力优化汽提气中H₂O(g)含量；4）对比TMC与不锈钢换热器（SSHE）的余热回收效率。

研究结果部分：
N₂-辅助汽提再生过程：N₂-鼓泡模式通过增强CO₂传质驱动力，使RD降低7.9%，但会因携带更多H₂O(g)增加潜热消耗。

余热回收性能：TMC在H₂O(g)占比52-68%时，比热回收量稳定在600-700 kJ/kg-CO₂，显著优于SSHE。耦合N₂-鼓泡模式后，TMC的余热回收使RD进一步降低至1.12 kWh/kg-CO₂。

操作参数优化：在总富溶剂流量19.7 kg/h、N₂流量3 L/min条件下，系统实现最大RD节省26.8%，且贫溶剂CO₂负载保持在0.22-0.27 mol/mol的工业可接受范围。

该研究的意义在于：1）揭示了气体辅助汽提与余热回收的协同节能机制；2）为开发低沸点替代汽提气体（如烷烃类）提供了实验基础；3）提出的TMC集成工艺可直接应用于现有CCUS装置改造。未来研究需重点解决CO₂/N₂分离问题，并探索更高效的汽提气体选择。