吸收法分离二氧化碳（二氧化碳捕集术之吸附法）

吸附法是指通过弱范德华力（物理吸附）或强共价键合力（化学吸附）将CO2分子选择性地吸收到另一种材料的表面上，从而实现富集CO2的方法。这种能选择性地吸附某种气体分子的材料被称为吸附剂。吸附了CO2的吸附剂可根据其吸附机理不同通过不同的手段再生，同时释放出被吸附的CO2，实现循环使用。请注意吸附法和我们之前讨论过的吸收法极为相似。吸附法利用的是吸附剂对CO2分子的特异性吸附作用分离CO2，而吸收法则是利用CO2在特定溶剂中较高的溶解度。

吸收法和吸附法的对比

吸附过程可以通过多种方式实施。最常见的两种是填充床和流化床。在填充床中，吸附剂被装入塔中，烟气流过被固定的吸附剂颗粒之间的空隙。而在流化床中，烟道气以更高的速度流动，使得吸附剂颗粒悬浮在气流中。相同的是，相对于通过色谱柱的其他成分吸附剂都选择性地吸附更多的CO2。

填充床和流化床示意图

在操作过程中，堆积在填充床中的颗粒逐渐被CO2饱和，继而无法吸附更多CO2，此后 CO2将“突破”填充床到达出口。而在实际操作中，进料气流在第一个填充床完全饱和之前就会切换到第二个填充床。在加载第二个床时，第一个床通过加热吸附剂或降低压力以释放吸附的 CO2进行再生，实现循环使用。按照不同的再生方法，吸附法常被分为变压吸附（pressure swing adsorption，PSA），变真空吸附（vacuum swing adsorption，VSA）和变温吸附（temperature swing adsorption，TSA）。变压吸附和变真空吸附系统通常与物理吸附剂相关联（因为依赖于范德华力的物理吸附对被吸附分子的分压敏感）。而对于变温吸附系统，化学吸附剂的设计使得CO2能在低温（40°C至60°C）下被吸收在大的固体表面积上，而在较高温度下（常为80℃至150℃）被脱附。变温吸附系统通常采用旋转床或循环床。炼油厂的氢气回收是吸附剂在大型气体分离操作中最常见的应用。氢气从蒸汽甲烷重整装置合成气的气体混合物中分离出来。使用商用吸附剂的吸附系统，例如分子筛（沸石）、活性炭、活性氧化铝或硅胶，用于从炼油过程中使用的合成气中提纯纯度较高的氢气。在德克萨斯州亚瑟港的Valero Energy炼油厂，变真空工艺中的吸附剂将CO2从蒸汽甲烷重整合成气中分离出来，然后注入West Hastings油田以提高石油采收率。CO2分离发生在现有的用于捕集H2的变压吸附工艺的上游。为了将吸附法推进为可行的大规模CO2捕获解决方案，人们进行了大量研究和开发。

许多科研人员相信相比于吸收法，吸附法具有低成本、热和化学稳定性、耐磨性、低热容量、高CO2负载能力和高CO2选择性等特性。由于CO2捕获吸附剂使用物理或化学吸附，与使用溶剂的吸收捕获相比，可能需要更少的能量输入，同时在操作温度范围内提供更大的灵活性并减少对环境的影响。

参考文献

1. 《Meeting the Dual Challenge: A Roadmap to At-Scale Deployment of Carbon Capture, Use, and Storage》 https://dualchallenge.npc.org/

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