工业级旋转填充床碳捕集技术：基于DETA溶剂的过程强化设计与经济环境评估

为解决传统填料塔在碳捕集过程中设备庞大、能耗高等问题，Mohammad Shamsi团队开展旋转填充床(RPB)强化CO2捕集研究。通过建立稳态速率模型优化DETA溶剂系统，实现91.5%捕集效率，CO2捕集成本降至12.3$/tCO2，为工业减排提供紧凑型解决方案。

　　

随着全球气候变化加剧，工业领域碳减排面临严峻挑战。传统胺法碳捕集技术虽成熟，但存在设备庞大、能耗高等瓶颈问题，特别是对于空间受限的现有工厂改造项目。旋转填充床(RPB)技术通过离心力场实现传质强化，理论上可大幅减小设备体积，但其工业放大面临设计规范缺失、经济性不明等难题。Mohammad Shamsi等人在《Results in Engineering》发表的研究，系统解决了RPB从实验室走向工业应用的关键问题。

研究团队采用多尺度研究方法，首先建立包含气液平衡、反应动力学、传质系数的稳态速率模型，通过实验数据验证模型准确性（AARD仅1.5%）。继而开发迭代放大算法，综合考虑液泛限制、径向传质特性等因素，确定工业级RPB的关键尺寸参数。创新性地将碳税机制纳入技术经济分析框架，建立碳-技术-经济评价(CTEA)模型。

【RPB设计与放大】通过L/G比优化确定0.25为最佳值，对应外径1.55m、高度0.35m的紧凑设计。与传统填料塔相比，设备体积减少8.5-23.6倍，验证了RPB的微型化优势。

【过程性能分析】径向分布研究表明：从外径到内径，CO₂摩尔分数(y_CO2)从10.74%降至1.07%，捕集效率达90%；温度曲线呈现典型"驼峰"特征，最高点318K；DETA转化率与HCO₃^-浓度呈正相关，证实快速反应动力学特性。

【经济环境效益】CTEA分析显示：年减排136430吨CO₂，避免碳税277万美元/年；采用2M DETA溶液和100rad/s转速时，CO₂捕集成本最低（12.3$/t_CO2），较传统填料塔降低18.7-49.8%。全生命周期NPV达4324万美元，投资回收期仅1年。

【参数敏感性】溶剂浓度存在经济最优值（2M），超过后因粘度增加导致能耗上升；转速提升可减小设备尺寸但增加电耗，100rad/s实现最佳平衡；温度升高降低溶解度，318K为最佳操作点。

该研究突破性地将理论模型、工程放大和经济评价有机结合，为RPB工业化提供完整方法论。特别建立的CTEA模型，首次量化了碳政策对技术选择的引导作用。提出的微型化方案使碳捕集装置可适配现有工厂空间限制，对推进工业部门快速脱碳具有重要实践意义。研究同时指出，未来需开发专用RPB成本模型，并通过中试验证长期运行可靠性，这些都将成为该技术商业化道路上的关键里程碑。