英文原题：Coupling gas-assisted stripping and waste heat recovery for energy-efficient carbon capture process

作者：Te Tu, Tiezhou Wu, Xi Zhang, Feihong Liang, Long Ji, Shuiping Yan*

01 论文信息

论文信息

Te Tu, Tiezhou Wu, Xi Zhang, Feihong Liang, Long Ji and Shuiping Yan. Coupling gas-assisted stripping and waste heat recovery for energy-efficient carbon capture process[J].Green Carbon, 2025.

论文网址

https://doi.org/10.1016/j.greenca.2025.05.002

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Coupling gas-assisted stripping and waste heat recovery for energy-efficient carbon capture process

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Green Carbon文章 | 华中农业大学晏水平教授：气体抽提耦合膜余热回收实现碳捕集系统双重降耗

02 背景简介

碳捕集、利用和封存技术（CCUS）作为重要的碳减排技术，在应对全球气候变化和实现碳中和目标方面发挥着关键作用。CO₂化学吸收法具有技术成熟、CO₂分离效率高等优势，是目前从烟气、沼气等气体中分离CO₂的商业化技术之一，但其存在富CO₂吸收剂溶液热解吸能耗高的关键瓶颈问题亟待解决。

华中农业大学晏水平教授和湖北工业大学涂特博士于Green Carbon发表题为“Coupling gas-assisted stripping and waste heat recovery for energy-efficient carbon capture process”研究论文。文章创新性地提出将气体抽提再生工艺与跨膜冷凝器（TMC）再生气余热回收技术相结合，通过引入外部抽提气强化CO₂再生驱动力，同时采用TMC对高温高湿再生气进行余热回收，进而实现双重降耗，获得更高的再沸器降耗潜力。结果表明，以N₂为模拟抽提气时，抽提再生工艺可将CO₂再生能耗降低约7.9%；TMC余热回收再生工艺可将CO₂再生能耗降低约20%；耦合N₂抽提再生和TMC余热回收后的联合降耗工艺则可将再生能耗降幅提升至26.8%。本研究提出的联合降耗工艺具备良好降耗前景，为大规模低能耗碳捕集过程提供了一种新思路、新途径。

03 文章简介

乙醇合成途径的强化

本工作构建了3 Nm³/h烟气CO₂捕集试验台，分别对常规CO₂热再生工艺（Mode-A）、气体抽提再生工艺（Mode-B）、气体抽提耦合余热回收联合降耗再生工艺（Mode-C）进行了真实CO₂再生塔氛围下的降耗性能测试，如图1所示。根据抽提气进口位置，Mode-B分为吹扫再生（Mode-B-1，抽提气从再生塔侧面进入）和鼓泡再生（Mode-B-2，抽提气从再生塔底部进入）。余热回收工艺中采用不锈钢换热器（SSHE）与跨膜冷凝器（TMC）进行对比，为此，将Mode-C分为Mode-C-1（吹扫再生与TMC耦合）、Mode-C-2（鼓泡再生与TMC耦合）、Mode-C-3（吹扫再生与SSHE耦合）、Mode-C-4（鼓泡再生与SSHE耦合）四种再生工艺进行研究。

图1. 不同再生工艺下烟气CO₂捕集能耗测试示意图

如图2所示，N₂辅助抽提再生可通过增强CO₂再生驱动力来降低再沸器负荷，与传统热再生工艺相比，气体抽提再生最大可降低再沸器负荷为7.9%。相较于吹扫再生，鼓泡再生具有更强再生驱动力，可强化CO₂/H₂O(g)从再生塔顶逸出，通过合理设计、调控再生塔内压力，有望进一步降低再生能耗。相同尺寸下，TMC的降耗潜力明显高于SSHE。

图2. N₂流量对各再生工艺再沸器负荷的影响

在气体抽提耦合余热回收联合降耗再生工艺中（Mode-C），TMC的余热回收性能始终保持在600-700 kJ/kg-CO₂（图3），表明气体抽提工艺可维持较高的余热回收性能（≥ 600 kJ/kg-CO₂），有利于双重降耗工艺集成。如图4所示，通过对操作参数进行优化，联合降耗再生工艺最高降耗潜力可达26.8%。

图3. 再生气中H₂O(g)含量和滞留时间对TMC余热回收性能的影响

图4. 各再生工艺下富液温度（a）和富液流量（b）对再生能耗的影响

总结与展望

本研究通过耦合气体抽提再生工艺与跨膜冷凝器再生气余热回收技术，将CO₂再生降耗潜力大幅提升至26.8%，具备良好的降耗前景，有望进一步推广应用至大规模烟气CO₂化学吸收系统中。但考虑到塔顶再生气中CO₂/N₂的分离，本研究中N₂仅作为模拟抽提气，并不适用于实际应用中，后续将考虑采用沸点较低抽提气以便于冷凝和分离。

04 作者简介

晏水平 教授

晏水平，男，1980年生，工学博士，博士生导师，中国农业工程学会第七届青年科技奖获得者、华中农业大学青年拔尖人才、华中农业大学第十一届“十大青年岗位能手”，Green Carbon青年编委，《农业工程学报》《华中农业大学学报》《中国沼气》等期刊编委。2009年6月毕业于浙江大学，获得动力工程及工程热物理博士学位，2009年7月起任职于华中农业大学。2014年4月至2015年4月在澳大利亚CSIRO Energy进行学术访问交流。主要从事碳捕集、利用和储存（CCUS）相关研究，共主持国家重点研发子课题、国家自然科学基金、湖北省自然科学基金杰出青年人才项目、华中农业大学自主创新基金、华中农业大学创新团队项目、华中农业大学优秀人才培育专项等项目20余项。以第一作者和通讯作者等身份在Environmental Science & Technology、Chemical Engineering Journal、Applied Energy、Journal of Membrane Science、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Energy、农业工程学报、农业机械学报等国内外期刊上发表SCI/EI收录论文100余篇，出版著作2部。

涂特 博士

涂特，湖北工业大学讲师，硕士生导师。2022年12月博士毕业于华中农业大学，导师晏水平教授；2019年在英国剑桥大学丘吉尔学院访学；2021年至2023年在比利时鲁汶大学（KU Leuven）化工学院联合培养。主要从事膜基材料的CO₂捕集与利用相关研究，包括低能耗CO₂分离技术开发，资源回收用膜材料制备和过程强化等。已在Applied Energy、Chemical Engineering Journal、Separation and Purification Technology、Energy等国内外期刊发表论文20余篇，主持湖北省自然科学基金、湖北省重点实验室开放基金等课题4项。兼任Water专刊编辑、国际碳捕集学会（IACC）高级会员、中国工程热物理学会会员，是Journal of Cleaner Production、Journal of Environmental Management等多个期刊同行评审专家。

05 Green Carbon

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