弱碱性吸收剂碳捕集及CO2富液生物再生性能

为评价碳捕集耦合生物甲烷化工艺的可行性，在填料塔中考察弱碱性吸收剂在流通模式和循环模式下模拟烟气CO₂的吸收性能；对CO₂吸收富液开展生物甲烷化试验，结合微生物群落分析，考察弱碱性吸收剂的生物再生性能。由碳酸盐、碳酸氢盐、微生物营养液配制的弱碱性吸收剂（pH=10）在流通模式和循环模式下均有良好的CO₂去除效果，同时产生的CO₂富液在甲烷化微生物作用下实现再生。

弱碱性吸收剂碳捕集及CO₂富液生物再生性能

赵敏楠1，张佳音1，张新妙2，徐恒1，栾金义2，赵鹏宇1，陈湘泽1，武振康1

1.中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100089

2.中石化（北京）化工研究院有限公司，北京 100013

创新点

提出了一种新的碳捕集转化一体化工艺，即碳捕集耦合生物甲烷化工艺，并通过吸收-再生循环试验初步证实了其可行性。

研究背景

新型CCUS 工艺开发是解决吸收剂再生能耗高的重要途径之一。碳捕集转化一体化工艺可直接对CO₂富液进行转化，同时实现吸收剂再生，省去分子态CO₂分离环节，有望大幅降低捕集转化整体成本。碳捕集转化一体化工艺中的转化过程可通过矿化、电化学还原、生物转化等方法实现。

研究内容

为评价生物甲烷化与碳捕集耦合的可行性，首先，在填料塔中考察了以4.2 g/L NaHCO₃、6 g/L Na₂CO₃、微生物营养液配制的弱碱性吸收剂（pH=10）对模拟烟气中CO₂的吸收性能；其次，在厌氧瓶内利用生物甲烷化过程对CO₂富液开展5个周期的循环再生试验。

研究结论

1）由碳酸盐、碳酸氢盐、微生物营养液配制的弱碱性吸收剂（pH=10）在流通模式下对模拟烟气CO₂吸收效果良好，适宜的气体和液体流量应分别不高于1.0和0.9 L/min，此时CO₂去除率可保持在80%以上，最高达96.6%。

2）循环模式能充分利用弱碱性吸收剂中的活性组分CO₃^2-，气体流量0.6 L/min、液体流量0.7 L/min、CO₂去除率目标为80%时，吸收剂可实现6次循环利用，CO₃^2-利用率达89.5%。

3）5个周期的循环CO2吸收-富液生物再生性能具有良好的可重复性，每个周期的CO₂吸收量和CH₄产量分别在69.6~78.6 mmol/L和67.2~71.6 mmol/L，生物甲烷化生物膜可通过自身菌群结构的调整适应弱碱性富液环境，初步证实了碳捕集耦合生物甲烷化工艺的可行性。

重要图表

图1 弱碱性吸收剂吸收CO₂试验系统示意

图2 不同试验工况下CO₂去除率和CO₂吸收量

图6 每个吸-再生周期的CO₂吸收量和CH₄产量

图7 试验前后生物甲烷化生物膜的细菌门水平和古菌属水平群落相对丰度

引用格式：

赵敏楠,张佳音,张新妙,等.弱碱性吸收剂碳捕集及CO₂富液生物再生性能[J].洁净煤技术,2024,30(1):180-188.

ZHAO Minnan,ZHANG Jiayin,ZHANG Xinmiao,et al. Performance of carbon capture by a weakly alkaline absorbent andbio-regeneration of the CO₂-rich solution[J].Clean Coal Technology,2024,30(1):180-188.

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