2026重点行业碳捕集技术应用现状、挑战与对策.pdf

重点行业碳捕集技术应用现状、挑战与对策 王乐萌1，郝玉婷1,2，刘铮2，张敬巧2，赵若楠2，李旭华2，朱瑶2，曹婷2，吕海洋2，王博瑞2,3，王涵2*1.华北电力大学（保定）环境科学与工程系 2.生态环境部生态工业重点实验室，中国环境科学研究院 3.北京科技大学能源与环境工程学院 摘要摘要 碳捕集是目前实现大规模温室气体减排的重要技术手段，是电力、钢铁、水泥、化工等重点行业深度脱碳的可行技术方案。碳捕集的主流技术包括化学吸收法、固体吸附法、膜分离法以及全氧燃烧技术，已在多个领域展开应用。目前，化学吸收法应用最广泛，适用于电力、石化、钢铁等多个行业。此外，针对行业中不同 CO2浓度捕集问题，压缩液化-低温精馏及化学吸收-固体吸附耦合方法分别用于石化和钢铁行业。总体来看，当前重点行业碳捕集技术面临的主要问题有投资运行成本高，吸收剂性能有待提升，不同行业中碳捕集技术的应用场景有所差异等。针对这些关键问题，应加快研发新型高效吸收剂与智能配胺技术，以大幅降低再生能耗并提升对烟气波动的适应性；同时，需开发高通量、低能耗的核心设备内构件，以缩小设备体积、降低运行成本，从而驱动百万吨级项目的规模化应用。关键词关键词 重点行业；二氧化碳；碳捕集；运行成本；提升路径 中图分类号：X51 doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20250538 Current status,challenges,and countermeasures of carbon capture technology application in key industries WANG Lemeng1,HAO Yuting1,2,LIU Zheng2,ZHANG Jingqiao2,ZHAO Ruonan2,LI Xuhua2,ZHU Yao2,CAO Ting2,L Haiyang2,WANG Borui2,3,WANG Han2*1.Department of Environmental Science and Engineering,North China Electric Power University(Baoding)2.Key Laboratory of Ecological Industry,Ministry of Ecology and Environment,Chinese Research Academy of Environmental Sciences 3.School of Energy and Environmental Engineering,University of Science and Technology Beijing Abstract Carbon capture serves as a critical technology for achieving large-scale greenhouse gas emission reduction,providing a feasible technical solution for deep decarbonization in key industries such as power,steel,cement,and chemicals.The mainstream technologies of carbon capture include chemical absorption,solid adsorption,membrane separation,and oxy-fuel combustion,which have been applied in many fields.At present,chemical absorption is the most widely used method and is applicable to power,petrochemical,steel and other industries.In addition,to capture CO2 at different concentrations,the compression liquefaction-low temperature distillation and chemical absorption-solid adsorption coupling methods are used in the petrochemical and steel industries,respectively.In general,the main problems faced by carbon capture technology in key industries are high investment and operation costs,the need for improved absorbents performance,and varying application scenarios across different industries.To address these issues,efforts should focus on developing new high-efficiency absorbents and intelligent amine-blending technology that can significantly reduce regeneration energy 收稿日期：2025-09-19 基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(52206011)作者简介：王乐萌(1990)，男，副教授，博士，主要从事碳捕集研究，wanglm*通信作者：王涵（1989），女，副研究员，博士，主要从事大气污染控制及碳捕集相关研究，wanghan966 网络首发时间：2026-02-12 11:08:15 网络首发地址：consumption and enhance adaptability to flue gas fluctuations.At the same time,it is necessary to develop high-throughput,low-energy core components within the equipment to reduce its size and operating costs,thereby driving the large-scale application of million-ton projects.Key words key industries;carbon dioxide(CO2);carbon capture;operating cost;improvement pathway 自前工业化时代起，人为排放的二氧化碳（CO2）量开始持续上升。CO2的过度排放加剧了温室效应1，因此，减少 CO2排放已成为全球各国的紧迫任务。2020 年我国向世界郑重承诺，CO2排放在 2030 年前实现碳达峰，努力争取 2060 年前实现碳中和2根据相关报告，2020 年全国 CO2总排放量约为 113.5 亿t，其中电力、工业、建筑、交通四部门排放 CO2占比分别为 40.5%、37.6%、10.0%、9.9%3。从更加细分的行业来看，水泥、钢铁、化工是全球工业领域中排放量最高的 3 个行业，占比约为 17.2%、16.7%、12.1%。而在我国，钢铁、水泥、化工对应的 CO2排放占排放总量的 16.2%、15.7%、7%4。由此，电力、钢铁、水泥、化工等重点工业领域的 CO2排放控制对于我国碳达峰碳中和目标的实现至关重要。碳捕集、利用与封存（CCUS）作为实现大规模温室气体减排的关键技术路径，在电力、钢铁、水泥及化工等高排放行业的深度脱碳过程中具有重要应用价值，也是推动实现“双碳”目标的技术体系中不可或缺的组成部分。碳捕集、运输、利用和封存是 CCUS 的 4 个关键环节，CCUS 技术通过这些环节能够将发电和工业过程等排放源中的 CO2分离并集中利用，转化为燃料、化学品和其他产品，从而减少对化石燃料的需求5。碳捕集作为 CCUS 的关键技术，其技术发展对碳减排具有深远意义。全球碳捕集与封存研究院（GCCSI）于 2023 年发布的全球碳捕集与封存现状 2023报告指出，截至 2023 年 7 月，全球各阶段的碳捕集封存（CCS）/CCUS 商业项目已达 392 个，年总捕集封存规模达到 3.61 亿 t，同比增长 60%左右6。但当前 CCUS 技术在效率和成本方面尚未达到广泛商业化应用的标准。碳捕集是 CCUS 中至关重要的一环。在工业领域，不同工况条件给碳捕集带来了巨大挑战。因此，对于碳捕集的研究一直备受关注，然而技术能耗较高，分离与纯化环节的效率提升仍是亟待突破的难点，这直接制约了整体工艺的经济可行性，进而阻碍了该技术的大范围商业化应用7。这一关键难题制约了 CCUS 技术的规模化推广与实际应用，成为碳排放控制的关键技术瓶颈之一。因此，本文首先通过文献计量的手段，分析当前国际上 CCUS 相关研究现状与热点，再总结分析电力、钢铁、石油化工等重点行业的碳捕集技术应用现状及重点行业碳捕集主流技术（图 1），针对分析各个行业碳捕集技术需求及特点，提出重点行业技术应用过程中的挑战及相应对策。图 1 重点行业碳捕集主流技术 Fig.1 Mainstream carbon capture technologies in key industries 1 CCUS 文献热点分析文献热点分析 以(CO2 OR carbon dioxide)AND(capture*OR transport*OR storage*OR utilize*)OR CCUS OR CCS为检索式，在 2004-01-012023-12-31 共检索出 SCI 核心论文集论文 142 219 篇。其中高被引及热点论文2 506 篇，对这 2 506 篇论文进行文献计量分析，发文量结果如图 2 所示。CCUS 相关的热点及高被引论文逐年上涨，发文量上涨率在 2021 年达到最大值。结合发文国家及发文国家文章引用情况来看，中国是相关发文量最大的国家。2020 年 9 月中国明确提出 2030 年碳达峰与 2060 年碳中和目标，由此推测 2021 年发文率的上涨是由于中国的“双碳”承诺大幅推动了 CCUS 领域的研究。此外，由图 3 可知，发文量前 5 名的国家分别为中国、美国、英国、澳大利亚和德国，因此，中国和欧美等国家更加注重碳捕集及利用相关领域的研究。发文量前 20 名的国家中也出现了沙特阿拉伯和伊朗这样的能源输出型国家，说明这些国家对能源的低碳利用也较为关注。对 2 506 篇论文的关键词进行分析，结果表明在 CCUS 的相关研究中碳捕集占核心位置（图 4）。此外，碳捕集（CO2 capture）在应对气候变化（climate change）和推进碳中和（carbon neutrality）目标中占据关键位置。词云结果还表明，碳捕集不仅直接关联到 CO减排（CO2 reduction）和气候缓解（climate change mitigation），还通过多种技术路径与多个前沿领域紧密交叉。电力、钢铁、石油化工等重点行业是 CCUS 技术应用的重要场景，关键词分析结果表明，碳捕集技术又是 CCUS 研究领域的核心，因此了解重点行业碳捕集现状，掌握当前重点行业碳捕集技术应用存在的挑战及应对对策具有重要意义。图 2 CCUS 相关发文量统计 Fig.2 Statistics of CCUS related publications 图 3 国家发文量及引用情况 Fig.3 The number of national publications and citations 图 4 SCI 检索论文关键词词云 Fig.4 SCI retrieval paper keyword word cloud 2 重点行业碳捕集技术及应用现状重点行业碳捕集技术及应用现状 2.1 燃煤电厂行业 在我国，燃煤发电是 CO2排放的首要贡献者，所产生的 CO2排放量超过了全国总量的 40%8。燃烧后捕集是燃煤电厂所采用的主要碳捕集技术。化学吸收法是最常见的燃烧后捕集技术。化学吸收法的原理是利用吸收剂对 CO2进行选择性吸收，从而将 CO2从烟气中脱除，再通过高温加热对 CO2进行解吸，实现吸收剂的再生利用。作为最早开发的碳捕集技术，化学吸收法凭借其捕集效率高、反应速度快以及系统集成度高等优势，已成为燃煤电厂烟气低浓度碳捕集的主流技术。但该技术在实际应用过程中面临着能耗偏高和运行成本较高等挑战9。对于已经完成的万吨级示范项目，即使以燃煤电厂生产成本计算电力和蒸汽消耗成本，碳捕集装置的运行成本仍高达 300 元/t 左右10。首先，加快推进复配吸收剂、相变吸收剂、离子液体、纳米流体等新型吸收剂的中试放大与工程验证，能够重点突破吸收剂长期运行稳定性和系统适配性难题，实现捕集效能的提升。Wang 等11使用新型 N,N-二甲基环己胺/N-甲基环己胺（DMCA/MCA）复配溶剂，提高了吸收速率、CO2吸收量以及碳捕集再生能力。Shen12则聚焦于相变吸收剂，采用乙醇胺/二甘醇二甲醚（MEA/DEGDME），与水性 MEA 相比，可降低 50%59%的能耗。随着研究人员的深入，离子液体也走进研究人员的视野。Bian13将离子液体氨基钾酸盐（ProK）作为吸收剂，显著增加了 CO2反应速率；Sun 等14基于 CO2解吸速率、CO2释放量和热负荷等标准，采用咪唑系列离子液体，有效降低解吸能耗；最后，基于计算机模拟，进行分子设计及性能预测，加速高性能吸收剂的筛选与产业化进程，从而整体推动化学吸收法向高效率、高容量、强适应性、低能耗及低成本的方向发展。Alotaibi 等15利用计算流体动力学对二氧化硅（SiO2）纳米流体与乙醇胺基准溶液（30MEA）在气液膜接触器（MC）中用于碳捕集的效率进行比较。结果发现，SiO2纳米流体在膜接触器中的碳捕集效率与 30MEA 溶液相当，是环保高效的替代吸收剂。在工程应用领域，燃煤电厂碳捕集技术获得了显著的突破，单个燃煤电厂项目年碳捕集量已提升至百万 t（表 1最先投入运行的碳捕集分离装置主要包括水洗（预处理）、吸收、解吸（再生）3 个装置，其中水洗塔和吸收塔内部都安装有液体分布器、规整填料等塔内件16。吸收塔通常设置在脱硫塔后端，塔内装有填料，吸收液与烟气逆流接触吸收，使吸收更彻底，通过有机胺的化学吸收固定，可将烟气中 80%的 CO2进行吸收捕集，吸收完 CO2的富液送入解吸塔内，使用热蒸气换热进行解吸，得到高浓度的 CO217-19，并完成吸收剂的再生（图 5）。表 1 国内外发电厂碳捕集项目规模 Table 1 Carbon capture project scales in power plants:domestic and international 单位 能耗/（GJ/t）溶剂 产品纯度/%捕集效率/%规模/（104 t/a）数据来源 陕西国华锦界 2.4 改良后的代复合胺 99.0 88 15.0 文献20 Boudary Dam 3.00 Shell 康索夫复合胺 99.0 100 Petro Nova 2.60（设计值）三菱 KS-1 复合胺 92.4 140 国电泰州发电有限公司 2.40 复合胺 50 华能上海石洞口发电有限责任公司 3.50 华能 HNC 99.5 85 12 文献 21 中国石化集团胜利石油管理局有限公司胜利发电厂 2.31（测试值）改良后的代复合胺 4 华润电力（海丰）有限公司碳捕集测试平台项目 3.00 Shell 康索夫复合胺 2 文献22 江苏华电句容发电有限公司 3.20 改良后的代复合胺 99.5 90 1 文献23 中电投重庆双槐电厂 代复合胺 99.5 95 1 文献24 图 5 碳捕集分离工艺流程示意25 Fig.5 Process flow diagram of CO capture and separation 2.2 石油化工行业 石油和石油化工（简称石化）行业在生产过程中排放的 CO2约占全国碳排放总量的 13%26。石化行业CO2排放量波动范围较大，其原因在于该行业产生的 CO2主要源于化石燃料的燃烧以及炼油化工过程中的催化裂化和连续重整等工艺。当 CO2的体积分数高于 80%时称为高浓度碳源，如煤制氢尾气；当体积分数在 20%80%时称为中浓度碳源；当体积分数低于 20%时称为低浓度碳源，如烟道气等27。中低浓度 CO2的捕集适用于燃烧后捕集技术，例如化学吸收法、固体吸附法及膜分离法，与燃煤电厂碳捕集方法类似。而高浓度碳源所采用的碳捕集方法则为压缩液化-低温精馏技术，即通过加压降温的手段使 CO2达到临界值，完成 CO2的液化，从而将 CO2分离出来28。压缩液化-低温精馏法主要包括预处理、高压压缩和低温液化 3 个过程。通过预处理对原料气中的原油和固体杂质进行脱除。高压压缩、低温液化 2 个阶段的操作压力较高，且每级压缩后均需要冷却，不可避免地需要消耗大量的电量，导致操作费用较高29。如何降低高压压缩、低温液化 2 个阶段的能耗是压缩液化-低温精馏技术未来的发展方向。郭闯等30针对丙烷、氨以及氟利昂等制冷剂的制冷性能开展了系统的比较与研究，发现相较于传统采用分子筛脱水再进行制冷液化的工艺，该工艺方案在多个方面展现出显著优势，包括设备占地面积较小、单位能耗较低，同时可制得纯度更高的液态二氧化碳产品。还可通过 HYSYS 软件进行系统模拟，对循环工质及工艺运行参数进行优化，验证所提出工艺流程的合理性，明确其在实际应用中的优势。目前，石化领域能实现工业应用的碳捕集方法主要有压缩液化-低温精馏和化学吸收法（表 2）。表 2 石油化工厂碳捕集项目规模 Table 2 Carbon capture project scale in petrochemical plants 名称 捕集源 捕集技术 捕集规模/（104 t/a）运营情况 塔河炼化 制氢装置 PSA 尾气 化学吸收法 5 2020 年投运 胜利油田 第三阶段第 5 发电组 化学吸收法 4 2010 年投运 东北油气分公司 松南气田高含 CO2天然气 化学吸收法 50 2005 年投运 华东油气分公司 南化合成氨尾气 压缩液化-低温精馏法 10 2021 年投运 中原油田 炼油厂烟道气 化学吸收法 10 2015 年投运 2.3 钢铁行业 相比于 CCUS 技术应用相对成熟的石化和电力行业，钢铁行业碳排放具有鲜明的多点源特征，即碳排放源分布在钢铁生产流程的各个环节31。因此钢铁行业的碳捕集工作需遵循其独特的多点源、高浓度、多杂质排放特征，采取差异化且有针对性的技术路线。钢铁企业不同含碳气源中 CO2含量范围跨度较大，且高于典型燃煤电厂烟气的 CO2含量。其中，高炉煤气作为钢铁行业最主要的碳排放源，其 CO2排放量占比超过企业总排放量的 70%，是碳捕集与减排的重点对象32。钢铁行业 CCUS 战略的制定都应以其为中心展开。对于 CO2含量较低的含碳气源多采用化学吸收剂法进行碳捕集，但对于 CO2含量较高的含碳气源建议采用固体吸附法。目前能实现工业应用的主要有化学吸收法和固体吸附法。钢铁领域的 CCUS 项目目前仍处于起步阶段，仅有少数几家企业开展实验项目。截至 2024 年，Emirates钢铁公司项目是目前唯一实现全流程商业化运行的钢铁行业 CCUS 项目33-34。该项目将气基竖炉炉顶煤气作为捕集对象，采用化学吸收法对 CO2进行捕集，吸收剂为 MEA 溶液35（图 6）。对捕集得到的 CO2进行加压、脱水处理后，其纯度（体积分数，下同）可达到 98%以上36。高纯度的 CO2通过管道运输至距离钢铁厂 43 km 外的油田进行驱油，这种商业化应用模式不仅显著提高了油田采收率，同时实现了 CCUS 项目的盈利。该项目于 2016 年投运，碳捕集规模为 80104 t/a35。图 6 Emirates 钢铁公司 CCUS 项目工艺流程35 Fig.6 Process flow of the CCUS project at Emirates Steel Company 钢铁行业碳捕集技术试验及应用主要针对高炉煤气和竖炉煤气，热风炉烟气和石灰窑烟气等其他气源的碳捕集研究相对较少。在捕集方法的选择方面，化学吸收法和固体吸附法均有涉及（表 3）。未来应加速推进研究其他气源的碳捕集技术。钢铁行业碳捕集的研究可根据钢铁行业碳排放特征，开发研制专门适用于钢铁行业的化学吸收剂，以加速推进化学吸收法在钢铁行业的工业化应用。表 3 钢铁行业碳捕集项目规模 Table 3 Carbon capture project scale in the steel industry 案例 应用对象 捕集技术 吸收剂/吸附剂 捕集规模/（104 t/a）解吸能耗/（GJ/t）CO2纯度/%数据来源 日本新日铁住金公司 高炉煤气 化学吸收法 新型吸收剂 RN 0.2 2.3 文献36 日本 COURSE 50 项目 高炉煤气 化学吸收法 MEA、MDEA、DEEA、IPAE 1 2.3 90 文献36 日本 JFE 公司 高炉烟气 固体吸附法 沸石ZEOLUMF-9HA 0.2 99 文献37 韩国浦项公司 高炉烟气 化学吸收法 氨水 1.5-2.5 98 文献38 欧洲 DMXTM 项目 高炉烟气 化学吸收法 相变型吸收剂 0.44 文献39 塔塔钢铁 高炉烟气 化学吸收法 胺液 0.18 文献40 阿联酋钢铁公司 CCUS全流程项目 竖炉煤气 化学吸收法 MEA 80 4-5 98 文献41 八一钢铁欧冶炉煤气碳捕集项目 欧冶炉煤气 2.5 95 文献42 河钢集团张宣科技竖炉煤气碳捕集项目 竖炉煤气 化学吸收法 MDEA 文献42 包钢集团 CCUS 示范项目 化学吸收法 20 2.4 90 文献42 旭阳集团焦炉烟气碳捕集示范项目 焦炉烟气 0.75 文献42 2.4 水泥行业 水泥行业中由于原料中碳酸盐的分解而产生的碳排放量占行业总排放量的 60%。国际能源署（IEA）发布的全球水泥低碳技术路线图预测，至 2050 年水泥工业要实现深度脱碳目标，其中约 48%的减排任务将通过碳捕集技术来实现43。水泥行业碳捕集技术主要有燃烧后捕集和全氧燃烧法44，其项目规模如表 4 所示。表 4 水泥行业碳捕集项目规模 Table 4 Carbon capture project scale in the cement industry 应用案例 捕集技术 捕集后 CO2纯度/%捕集规模/（104 t/a）数据来源 青州中联水泥有限公司 全氧燃烧+变温变压吸附+低温精馏 99.5 20 文献45 北京金隅北水环保科技有限公司 化学吸收法 99.9 10 文献46 华润水泥（封开）有限公司 富氧燃烧+变温变压吸附 90 10 文献47 海南华润水泥（昌江）有限公司 化学吸收法 99.9 6 文献44 安徽海螺集团有限责任公司 化学吸收法 99.9 5 文献48 燃烧后捕集技术主要分为化学吸收法和钙循环法。目前水泥行业中化学吸收剂多使用氨水溶液、钙基吸收液、碳酸钾溶液、强碱溶液、有机醇胺溶液44,49。CO2冷却氨吸收捕集技术（CPA）最早应用于燃煤电厂碳捕集领域，后通过水泥生产过程中的碳捕集（CEMCAP）项目首次将 CAP 应用于水泥行业的碳捕集中50（图 7）。CAP 技术应用于水泥厂的碳捕集率可达 90%，具备工业化应用潜力50。钙循环技术（CaL）主要利用氧化钙的碳化反应与碳酸钙的分解反应，实现 CO的捕集51。钙循环中 CaO 吸附性能衰减后还可作为水泥生料进行回收利用，且该循环便于在工艺下游实施技术集成，已在水泥厂碳捕集中得到广泛应用51-52。图 7 CO2冷却氨吸收捕集技术试验装置53 Fig.7 CO2 cooling ammonia absorption capture technology test facility 根据水泥熟料的生产流程特性，全氧燃烧工艺主要分为覆盖整条生产线的全氧燃烧方案和局部应用于分解炉的全氧燃烧方法 2 种。覆盖整条生产线的全氧燃烧方案需要对生产线进行专门改造，成本较高。局部应用于分解炉的全氧燃烧方法，该工艺是在窑系统主体之外增设一套 CO2自富集装置，并在该独立单元内实施全氧燃烧。由于只需针对分解炉及预热器进行重新设计，就能在此富集系统中完成 CO2的直接排放与全额捕集44，分解炉全氧燃烧技术的成本较全系统全氧燃烧技术显著降低。未来，建议大力推广分解炉全氧燃烧技术。将全氧燃烧技术产生的高浓度 CO烟气与化学吸收法或钙循环法相结合，能够显著降低后续捕集单元的能耗和成本。未来，应加快推动全氧燃烧技术与化学吸收法或钙循环法的深度融合，加速技术融合与系统集成的发展进程。2024 年 1 月，国内水泥行业首个碳捕集利用项目“年产 20 万吨 CO2全氧燃烧富集提纯示范项目”在青州中联水泥有限公司正式投入运行，该项目也是全氧燃烧耦合碳捕集技术在全球水泥行业的首次大规模应用54（表 4）。该项目取得了全氧燃烧技术的重大突破，项目单位碳捕集能耗和运行成本降低了 25%以上55。3 重点行业碳捕集面临的挑战与对策重点行业碳捕集面临的挑战与对策 重点行业推行碳捕集是实现碳中和目标的战略支柱，其必要性根植于现实挑战。对于钢铁、水泥等重工业，其大量碳排放源自生产工艺本身，无法通过可再生能源替代直接消除，碳捕集因而成为其深度脱碳的唯一现实选择。同时，基于我国以煤为主的能源结构，该技术为保障能源安全提供了关键过渡，支持煤电作为电网稳定调峰电源的低碳化转型。此外，它还是应对国际“碳关税”壁垒、维护基础工业国际竞争力的关键路径，并有望将 CO2转化为资源，驱动绿色循环经济。因此，尽管面临成本与技术挑战，发展碳捕集仍是迈向碳中和的刚性需求。重点行业碳捕集面临的关键问题与挑战以及解决路径各不相同，各行业的解决路径如图 8 所示。图 8 重点行业碳捕集面临的挑战及解决路径 Fig.8 Challenges and solutions of carbon capture in key industries 3.1 碳捕集投资运行成本高 当前碳捕集项目投资和运行成本较高，尤其是低 CO2浓度燃煤烟气中的碳捕集56。针对这一难题，可从改进捕集设备、开发新型化学吸收剂、开发预处理系统等方面进行研究。为满足工业设备的需求，可以对大型捕集设备实施增通量、减压降、提升能力、控制体积等一系列优化措施，以减少工艺占地问题和提高碳捕集效率。此外，还可以根据设备内构件和填料的流体力学行为研究，进一步优化捕集设备的性能。针对水泥行业烟气中高粉尘、硫氧化物和氮氧化物含量的问题，应配备预处理系统，并开发具备抗毒化和强稳定性的新型吸收剂，将烟气污染物脱除装置与碳捕集装置联用，以此来降低能耗。针对尾气成分复杂影响吸收性能等问题，可将 2 种或多种碳捕集技术进行联用，如水泥行业尾气 CO2浓度相对较低，可利用膜分离法，将烟气中低浓度 CO2压缩至更高浓度后，再进入吸收单元。3.2 吸收剂性能有待提升 化学吸收法仍是目前主流的碳捕集方法。采用化学吸收法时，吸收剂存在的主要问题有吸收性能差、吸收剂再生能耗高、降解和逃逸损耗大57。近年来，吸收剂性能提升技术迅速发展。Saidi 等58的研究聚焦于传质过程的强化，通过在 MDEA 溶液中添加哌嗪（PZ）作为活化剂，在 0.1 的 CO2负荷下，将体系的体积总传质系数从 0.05 kmol/(mhrkPa)显著提升至 0.39 kmol/(mhrkPa)，有效加速了吸收速率。与之形成对比的是，Apaiyaku 等59选择通过提升 CO2吸收容量来提高醇胺性能，开发 2-氨基-2-甲基-丙醇/哌嗪/乙醇胺（AMP/PZ/MEA）新型吸收剂将CO2吸收能力相较于 5 mol/L MEA 提高了 64%71%。而 Conway 等60聚焦于开发低腐蚀性胺，发现 2-氨基-2-甲基-丙醇/二乙烯三胺（AMP/DETA）吸收体系的腐蚀速率为 0.07 mm/a，仅为相同条件下 MEA 的7.9%，凸显了其在设备兼容性与长期运行稳定性方面的显著优势。在提升吸收容量方面，开发多功能复配胺吸收剂是关键手段，可采用主胺+功能添加剂的复合架构。针对抗腐蚀性需求，研究并开发低腐蚀性胺类的同时，也要注重开展腐蚀机理研究，开发抗腐蚀抑制剂。在降低解吸能耗方面，应重点开发具有高吸收能力、低蒸气压和优良循环稳定性的相变吸收剂，这类吸收剂能够大幅减少解吸过程的能量消耗，是实现节能降耗的关键61。石化行业所排放的烟气中的 CO2浓度较高，现有的化学吸收法并不适用，未来的研究建议聚焦于适用于高浓度 CO2的化学吸收剂的研发。钢铁行业制备工艺流程复杂，包括烧结、炼铁、炼钢、轧钢等多个阶段，每个阶段都会产生 CO2，并且每个阶段 CO2排放源中的 CO2浓度差异较大，为此亟待开发适用于多种烟气浓度的 CO2吸收剂62。3.3 满足多元化捕集技术需求 针对钢铁行业的特殊工况，建议研发新型碳捕集耦合余热回收利用工艺模型，对富液预加热、吸收塔极间冷却和蒸气压缩热泵 3 个工艺流程进行整合，工艺整合后，通过模拟计算得到碳捕集耦合余热回收利用工艺模型每吨 CO2的再生能耗为 2.415 GJ，比基础碳捕集工艺模型的再生能耗减少了 43.0%，CO2吸收率为 99.2%，比基础碳捕集工艺模型提高了 11.2%63。此外利用人工智能、大数据等电子信息化手段，开发智能配胺技术，实现根据在线 CO2浓度仪数据动态调整胺液配方也是解决钢铁行业各流程 CO2浓度差异显著捕集难度大的有效手段。对于石化行业，研发与石化工艺相匹配的碳捕集工艺是未来的研究方向，如针对催化裂化尾气的精馏-液化联合工艺，首先将烟气预冷从而实现液化分离，从而脱除大部分的 CO2，剩余气体进入化学吸收塔，从而有效减少吸收剂的用量64。4 结论与建议 4.1 结论（1）行业碳捕集技术呈现差异化发展路径。燃煤电厂作为最大排放源，以化学吸收法为主导技术；石化行业针对高浓度气源采用压缩液化-低温精馏法，但高电耗制约经济性；钢铁行业则聚焦高炉煤气，依托化学吸收法，探索余热驱动再生。（2）碳捕集技术的高成本制约规模化应用。水泥等行业需额外投入预处理系统应对高粉尘/SO毒化问题，一些重点行业碳捕集应用需增加其他污染物预处理配套设施。（3）变工况条件对吸收剂性能提出了更高要求。吸收剂的烟气含碳浓度波动适应性是当前碳捕集技术研究的重点，尤其钢铁多流程排放对智能配胺技术有较多技术需求。（4）碳捕集设备空间优化需求显著。百万吨级项目存在塔器压降大、填料传质效率低等问题。4.2 建议 碳捕集技术是美丽中国建设实施及“双碳”目标实现的重要技术手段，在产业高质量发展的需求下，未来碳捕集技术的创新发展将围绕“顶层设计-技术创新-数字赋能-跨行业产业集群”这几个方面开展。（1）碳捕集技术的发展需更加依托顶层设计的系统性布局。其核心是从补充性政策转向构建全面的战略体系，通过将 CCUS 深度融入国家能源安全与产业转型的顶层蓝图，完善碳定价、减排量核证等市场机制，并建立跨区域运输、长期封存监管及全链条标准规范，为技术的大规模商业化提供稳定、清晰的政策预期与制度保障。（2）在技术创新层面从单一碳捕集环节的效能突破转向 CCUS 全链条的协同降本增效，着力于开发低能耗、高性能的新型捕集材料与工艺（如相变吸收剂、直接空气捕集），同时拓展 CO2资源化利用的高附加值路径，并提升地质封存的精准选址与安全监测技术水平，以系统性攻克成本与能耗核心瓶颈。（3）在产业高质量发展背景下利用数字赋能为碳捕集技术注入新的活力，推动其从经验驱动迈向智能化优化。通过构建“数字孪生”系统，利用大数据、人工智能和物联网技术，可以实现对捕集过程的实时监控、工艺优化、预测性维护和安全预警，提升碳捕集系统的运行效率、安全性与透明度。（4）推动形成碳捕集跨行业产业集群模式，打破行业壁垒，从孤立示范项目转向区域协同网络。通过在工业园区或沿海工业带建设共享的碳捕集中心和运输管网，为区域内电厂、钢厂、化工厂等高排放源提供集约化碳管理服务并将捕集的 CO2作为区域循环经济的关键原料，实现“碳源”的本地化资源化利用，形成规模效应，显著降低单位减排成本，构建区域级绿色低碳循环体系。参考文献参考文献 1 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