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ISO/TR 27912:2016 二氧化碳捕集——捕集技术与系统概述
涵盖燃烧后、燃烧前、富氧燃烧及新兴方法的 CO₂ 捕集技术综合技术回顾
ISO/TR 27912 概述：二氧化碳捕集技术全面回顾
ISO/TR 27912:2016 提供了二氧化碳捕集技术与系统的全面技术概述，是从事碳捕集与封存（CCS）的工程师、项目开发商和政策制定者的基础性参考文件。本技术报告系统性地分类和评估了从商业成熟系统到新兴概念的全技术水平范围的捕集方法。它建立了统一的术语和分类框架，支撑了整个 ISO 279xx 系列关于 CO₂ 捕集、运输和地质封存的标准。
ISO/TR 27912 强调，没有任何一种 CO₂ 捕集技术是普遍最优的——选择关键取决于排放源特性（浓度、压力、规模）、可用的公用设施基础设施以及与现有工业过程的整合要求。
标准将捕集技术分为三大路线：燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧。燃烧后捕集通常使用胺溶剂的化学吸收法，是最成熟的方法，可对现有电厂和工业设施进行改造。燃烧前捕集应用于整体煤气化联合循环（IGCC）电厂，在燃烧前去除 CO₂，产生富氢燃料。富氧燃烧使用近乎纯氧代替空气，产生高浓度 CO₂ 的烟气，只需最少的净化处理。
技术对比与性能指标
ISO/TR 27912 为每条技术路线提供了详细的性能数据，包括能量损失、捕集效率、溶剂消耗和资本成本指标。能量损失——由于捕集导致的净功率输出减少——从先进燃烧前系统的 8-12% 到第一代燃烧后胺洗系统的 25-40% 不等，这是 CCS 部署面临的最重要的技术挑战。
| 技术路线 | 捕集效率 | 能量损失 (%) | 成熟度 (TRL) | 主要应用 |
|---|---|---|---|---|
| 燃烧后（胺洗） | 85-95% | 25-40 | TRL 8-9 | 电厂、水泥、钢铁 |
| 燃烧后（膜分离） | 70-85% | 15-25 | TRL 5-7 | 天然气处理 |
| 燃烧前（Selexol） | 85-95% | 8-15 | TRL 7-8 | IGCC、制氢 |
| 燃烧前（PSA） | 75-90% | 10-18 | TRL 6-8 | 工业制氢 |
| 富氧燃烧 | 90-98% | 18-28 | TRL 6-7 | 新建电厂 |
| 化学链燃烧 | 90-99% | 10-20 | TRL 4-6 | 发电、制氢 |
CO₂ 捕集的能量损失并非固定值——它强烈取决于源气体中的 CO₂ 浓度。对于燃气轮机排气（3-4% CO₂）等低浓度气流，能量损失可能超过 40%；而对于乙醇发酵（近 100% CO₂）等高浓度气流，捕集能量几乎可以忽略不计。
标准还讨论了溶剂降解和环境影响，这是胺基系统面临的关键运营问题。通过热降解和氧化降解造成的溶剂损失以及挥发性排放（胺、氨、亚硝胺）需要通过溶剂选择、连续净化和排放控制系统进行谨慎管理。先进溶剂如位阻胺、哌嗪和混合胺配方已经开发出来应对这些挑战，可降低 20-40% 的能耗并显著减少降解率。
捕集系统集成的工程设计见解
ISO/TR 27912 提供了将捕集系统与现有工业过程集成的关键工程指导。最重要的设计考虑因素是热集成策略——捕集过程，特别是胺洗中的溶剂再生，需要大量特定温度水平的热能。与蒸汽循环的适当集成相比独立捕集可将净效率损失减少 5-10 个百分点。
第二个关键见解是在捕集前管理烟气杂质。SOx、NOx、颗粒物和痕量金属会严重影响溶剂性能和寿命。标准建议在上游进行精制，将 SO₂ 降至 10 ppmv 以下，颗粒物负荷降至 5 mg/Nm³ 以下，以保持可接受的溶剂性能并减少废物产生。
基于 ISO/TR 27912 原则的现代捕集厂设计已证明，天然气处理的捕集成本低于每吨 CO₂ 50 美元，大规模电厂应用低于每吨 70 美元，接近在没有强政策支持下广泛商业部署所需的成本水平。
常见问题解答
问：根据 ISO/TR 27912，最具成本效益的 CO₂ 捕集技术是什么？
答：该标准没有指定单一的”最佳”技术。对于现有电厂的改造，燃烧后胺洗是最成熟的方案。对于新建设施，燃烧前捕集（IGCC）或富氧燃烧可能提供更低的长期成本。最佳选择取决于现场特定因素，包括燃料类型、工厂规模、CO₂ 运输距离和监管环境。
答：该标准没有指定单一的”最佳”技术。对于现有电厂的改造，燃烧后胺洗是最成熟的方案。对于新建设施，燃烧前捕集（IGCC）或富氧燃烧可能提供更低的长期成本。最佳选择取决于现场特定因素，包括燃料类型、工厂规模、CO₂ 运输距离和监管环境。
问：ISO/TR 27912 如何处理新兴捕集技术？
答：标准提供了一个分类框架，涵盖化学链燃烧、钙链燃烧、低温捕集和直接空气捕集等新兴技术，并概述了每种技术的操作原理、当前开发状态和商业化的主要技术障碍。
答：标准提供了一个分类框架，涵盖化学链燃烧、钙链燃烧、低温捕集和直接空气捕集等新兴技术，并概述了每种技术的操作原理、当前开发状态和商业化的主要技术障碍。
问：胺基 CO₂ 捕集的主要环境问题有哪些？
答：主要问题包括溶剂降解产物（包括氨和亚硝胺）、溶剂向大气排放以及用水量增加。标准建议采用溶剂排放监测、水洗系统和净化装置来解决这些问题。
答：主要问题包括溶剂降解产物（包括氨和亚硝胺）、溶剂向大气排放以及用水量增加。标准建议采用溶剂排放监测、水洗系统和净化装置来解决这些问题。
