摘要：基于Aspen Plus模拟分析了综合胺法碳捕集与电化学转化利用一体化（ICCU）工艺，对比了传统碳捕集与利用（CCU）工艺。结果表明，ICCU工艺在CO₂转化率、CO产量及能源效率方面均优于CCU工艺，且成本更低，为实现燃煤电厂CO₂减排提供了新思路。
综合胺法碳捕集与电化学转化利用一体化模拟分析
■ 作者
仇东亚，赵传文，金冬玲，郭亚飞■ 单位
南京师范大学 能源与机械工程学院■ 引用格式
仇东亚，赵传文，金冬玲，等.综合胺法碳捕集与电化学转化利用一体化模拟分析[J].洁净煤技术，2025，31（6）：249−255.QIU Dongya，ZHAO Chuanwen，JIN Dongling，et al. Simulation analysis of integrated amine-based carbon capture and electrochemical conversion utilization[J].Clean Coal Technology，2025，31（6）：249−255.将胺法碳捕集与电化学转化利用相结合，通过Aspen Plus建模分析，量化了ICCU工艺相较于传统CCU工艺在技术经济性方面的优势。研究不仅揭示了ICCU工艺在CO₂转化率、CO产量和能源效率方面的提升，还通过灵敏度分析探讨了电解温度对工艺成本和能效的影响，为优化碳捕集与利用过程提供了新视角。
研究背景
当前，过量的CO₂排放已引发严重的气候危机，燃煤电厂作为主要排放源之一，其CO₂减排问题尤为突出。化学吸收法因其成熟的技术被广泛应用于碳捕集领域，但高能耗和投资成本限制了其进一步发展。传统CCU工艺中，捕集与利用步骤分离，单独优化各过程带来的能源效率回报逐渐递减。因此，研究综合碳捕集和利用技术的经济和能源效益，探索一体化工艺以提高整体效率，成为当前研究的重要方向。研究内容
基于传统MEA湿法捕集工艺，利用Aspen Plus对基于有机胺的电解质实现CO₂捕集与转化利用一体化（ICCU）建模分析。通过模拟330 MW燃煤电厂的烟气处理过程，设定CO₂捕集率为90%，对比了ICCU与传统CCU工艺的技术经济性。研究方法包括：建立CCU和ICCU工艺模型，考虑吸收塔、解析塔、电解槽等关键设备；进行质量平衡和能量平衡分析，计算CO₂转化率、CO产量和能源效率；对电解温度进行灵敏度分析，评估其对工艺成本和能效的影响。结果表明，ICCU工艺在多个关键指标上优于CCU工艺，且成本更低。
研究结论
（1）ICCU工艺的CO₂转化率和CO产量分别比CCU工艺提高了6%和33%，能源效率提升了1.14%。
（2）电解温度升高不利于电化学反应，温度每升高10°C，ICCU工艺生产CO的成本上升约2%。常温下进行电化学反应更具经济和能效优势。
（3）ICCU工艺的资本成本、运营维护成本及CO生产成本均低于CCU工艺，其中能源消耗费用占总成本的60%以上，降低能耗是降低成本的关键。
（4）ICCU工艺在技术经济性方面均优于CCU工艺，具有更好的应用前景。降低电解槽设备成本和能耗是未来进一步降低成本的关键。
重要图表
图1 Aspen Plus中CCU工艺模型
图2 Aspen Plus中ICCU工艺模型
图3 电解温度对两种工艺能源效率的影响
图4 电解温度对ICCU工艺成本的影响
通讯作者简介
赵传文，工学博士，三级教授/博士生导师。长期从事CO2捕集利用方面的教学与科研。在该方向主持国家自然科学基金等纵向项目15项、碳捕集与利用产学研横向项目10项，总经费1000余万。在Progress in Energy and Combustion Science等SCI期刊发表学术论文100余篇，被引用3500余次。获授权国家发明及实用新型专利20件，获教育部自然科学二等奖等科技获奖10项，入选江苏省第十三批“六大人才高峰”高层次人才、江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人、南京师范大学中青年杰出人才和百名青年领军人才。担任各类学术兼职10余项，在能源领域国内外学术会议做特邀报告20余次。
课题组简介
低碳能源与绿色储能研究团队长期围绕CO2减排、新能源利用、绿色储能等方向，开展系统研究工作。近5年主持国家省部委以上科研项目10余项，发表SCI论文百余篇，获专利授权10余项，获省部级以上奖励1项。团队在碳捕集及转化材料研发、固废协同CO2矿化技术等方面取得了一系列创新成果，与中石化、宝武集团等企业建立了密切合作关系，科研总经费达1000余万元。指导学生学科竞赛获奖30余项，大创省级以上、江苏省研究生科创计划立项近20项，省级及以上优秀本科毕业论文和团队奖近10项，获南京师范大学第十三届“弘爱精英教师奖”等教学奖励10余项。
低碳能源与绿色储能研究团队
来源：豆豆说科学
