摘要：在全球应对气候变化的战役中，碳捕集与封存（CCS）技术成为减少大型排放源（如电站和工业设施）CO₂排放的核心手段。胺类洗涤工艺作为目前工业上最主流的CO₂捕集技术，通过胺类溶剂与CO₂的化学反应实现高效捕集。然而，这一过程并非完美无缺：胺类溶剂在高温、氧化等条

在全球应对气候变化的战役中，碳捕集与封存（CCS）技术成为减少大型排放源（如电站和工业设施）CO₂排放的核心手段。胺类洗涤工艺作为目前工业上最主流的CO₂捕集技术，通过胺类溶剂与CO₂的化学反应实现高效捕集。然而，这一过程并非完美无缺：胺类溶剂在高温、氧化等条件下容易降解，生成氨（NH₃）、甲醛（HCHO）等有害物质。这些降解产物不仅威胁环境和人体健康，还可能降低捕集效率和CO₂产品质量。因此，采用高精度、高灵敏度的在线监测技术——特别是离子分子反应质谱（IMR-MS）——实时追踪胺类及其降解产物的排放，确保其浓度维持在最低水平，成为工艺优化、安全运行和环保合规的关键。本文将详细探讨在线监测的重要性，剖析IMR-MS的技术优势，并结合实际数据和经济价值，展示其在胺类洗涤工艺中的不可替代性。

在线监测：胺类洗涤工艺的命脉

胺类洗涤工艺的基本流程是将含CO₂的烟气通入吸收塔，与液态胺类溶剂（如AMP、Pz、MEA、DMAMP、DIPA）发生化学反应，捕集CO₂。随后，富含CO₂的胺液被泵入再生塔，通过加热逆转反应，释放CO₂并再生胺液，循环使用。捕集的CO₂则被压缩、运输并永久封存。然而，这一过程中胺类溶剂的降解带来了多重挑战：

- 环境与健康风险：胺类降解生成的有毒物质，如氨（NH₃）和甲醛（HCHO），若排放超标，可能污染大气并危害人体健康。例如，氨的排放限值通常为10-50 ppm，而甲醛被认为具有致癌性。

- 工艺效率下降：降解导致胺液浓度降低，捕集效率随之减弱，同时增加溶剂补充成本。

- 产品质量问题：降解产物可能混入捕集的CO₂，降低其纯度（工业标准通常要求CO₂纯度>90%），影响后续利用或封存。

在线监测通过实时提供关键气体成分的数据，成为解决这些问题的核心工具。其重要性体现在以下五个方面：

01

工艺优化

实时监测气体成分（如CO₂、O₂、胺类及其降解产物），可动态调整工艺参数。例如，通过监测吸收塔出口的CO₂浓度，计算捕集率并优化胺液流量；通过追踪再生塔温度和O₂含量，减少胺类氧化降解，延长溶剂寿命。

02

产品质量控制

监测再生塔出口CO₂的纯度及杂质含量（如H₂O、NH₃、HCHO），确保其满足储存或工业利用的标准。数据表明，IMR-MS能在ppb级别检测甲醛，确保CO₂纯度不受污染。

03

环境保护

监测胺类及其降解产物的排放浓度，确保其低于法规限值。例如，挪威Technology Centre Mongstad通过在线监测，将胺类挥发损失降低了50%，氨和甲醛排放始终低于安全标准。

04

设备安全

实时检测腐蚀性气体（如SO₂、H₂S），防止其与胺液反应生成热稳定盐，或腐蚀设备。IMR-MS可精确测量SO₂浓度低至1 ppb，助力调整预处理工艺（如脱硫），保护设备和溶剂。

05

能耗管理

通过监测再生塔的CO₂释放速率和胺液负载，优化加热条件，显著降低能耗。实际案例显示，Boundary Dam项目通过IMR-MS监测优化再生塔参数，能耗降低约10%，每年节省数万美元。

需要监测的关键气体及其意义

胺类洗涤工艺涉及多种气体成分的监测，每一种都与工艺优化、产品质量或环保密切相关。以下为主要监测对象及其具体意义：

CO₂浓度

- 监测位置：吸收塔出口（净化烟气）、再生塔出口（捕集CO₂）。

- 意义：

- 捕集效率：吸收塔出口CO₂浓度低于5%时，捕集率可达95%以上。

- 产品质量：再生塔出口CO₂纯度需>90%，IMR-MS可确保杂质（如NH₃）低于10 ppb。

- 参数调整：根据CO₂浓度调整胺液循环量或塔内温度。

胺类溶剂及其降解产物

- 监测对象：AMP、Pz、MEA、DMAMP、DIPA及其降解产物（如NH₃、HCHO、乙醛）。

- 意义：

- 溶剂稳定性：监测胺类浓度，评估降解程度，避免额外补充成本。

- 环保与健康：确保NH₃排放

- 产品质量：防止降解产物污染CO₂，IMR-MS检测限低至1 ppb，确保纯度。

氧气（O₂）

- 监测位置：烟气入口、吸收塔。

- 意义：

- 降解控制：O₂含量若超5%，胺类氧化速率增加50%，监测可减少此类损失。

- 参数调整：控制烟气O₂浓度，延长胺液寿命。

氮气（N₂）

- 监测位置：烟气入口、净化烟气。

- 意义：

- 烟气分析：N₂占比通常为70-80%，辅助计算CO₂捕集效率。

- 稳定性：监测N₂波动，确保系统运行平稳。

水蒸气（H₂O）

- 监测位置：烟气入口、净化烟气、再生塔出口。

- 意义：

- 吸收性能：H₂O含量过高降低胺液粘度，影响吸收效率。

- 产品质量：控制再生塔出口H₂O

硫化物（SO₂、H₂S）

- 意义：

- 溶剂保护：SO₂>50 ppm时，热稳定盐生成速率翻倍，IMR-MS可预警。

- 设备安全：防止腐蚀，节省维护成本。

氨（NH₃）与甲醛（HCHO）

- 监测位置：净化烟气、再生塔排放气。

- 意义：

- 降解评估：NH₃浓度升高表明胺类分解加剧。

- 环保：IMR-MS将NH₃和HCHO控制在ppb级，确保排放安全。

IMR-MS：在线监测的革命性技术

在众多监测技术中，IMR-MS（离子分子反应质谱）以其卓越性能脱颖而出，成为胺类洗涤工艺的理想选择。由V&F Analyse- und Messtechnik GmbH研发的IMR-MS系统，凭借以下优势，彻底改变了在线监测的格局：

技术优势

1. 高灵敏度

- 检测极限低至1 ppb，能够捕捉微量胺类及其降解产物（如HCHO），远超传统方法的ppb级要求。

2. 高选择性

- 采用软电离技术，减少分子碎裂，准确区分AMP、Pz、MEA等胺类及其降解产物，避免干扰。

3. 快速响应

- 响应时间10毫秒/amu，满足实时工艺控制需求。

4. 多组分分析

- 同时监测CO₂、O₂、NH₃、HCHO等多种气体，提升效率。

5. 稳定耐用

- 在高湿度（80%非冷凝）、高温（气流温度50-190°C）环境下仍保持稳定，适合工业应用。

与其他方法的对比

- FTIR（傅里叶变换红外光谱）

- 优点：适用于CO₂、SO₂等简单气体监测。

- 缺点：对低浓度胺类和VOCs灵敏度不足（ppm级），选择性差。

- 适用性：无法满足ppb级监测需求。

- GC（气相色谱）

- 优点：实验室分析精度高。

- 缺点：响应时间长（分钟级），不适合实时监测，维护复杂。

- 适用性：仅限离线分析。

- 电化学传感器

- 优点：成本低，适合O₂、CO₂监测。

- 缺点：对胺类及其降解产物选择性差，检测限高。

- 适用性：无法应对复杂成分。

- 光学传感器（如TDLAS）

- 优点：CO₂、H₂O监测精度高。

- 缺点：对胺类和降解产物无能为力。

- 适用性：范围有限。

IMR-MS的独特之处在于其集高灵敏度、选择性和实时性于一身，尤其在监测低浓度、多组分的胺类及其降解产物方面无可替代。技术数据显示，其质量范围覆盖7-519 amu，分辨率

数据支持：IMR-MS的实际成效

IMR-MS在实际应用中展现了显著效果，以下案例和数据凸显其价值：

Technology Centre Mongstad（挪威）

- 成果：监测AMP和Pz的挥发及降解产物（如NH₃、HCHO），胺损失降低50%。

- 数据：NH₃排放从20 ppm降至5 ppm，HCHO浓度

- 意义：通过实时调整再生塔温度和O₂含量，工艺效率提升10%。

Boundary Dam项目（加拿大）

- 成果：监测MEA及其降解产物，捕集效率从90%提升至95%。

- 数据：CO₂纯度达99.5%，NH₃

- 意义：优化胺液流量和加热条件，能耗降低约10%。

CESAR 1测试

- 成果：IMR-MS与FTIR和实验室样本对比，AMP和Pz浓度测量偏差

- 数据：检测限1 ppb，优于FTIR的50 ppb，响应时间150毫秒对比FTIR的数秒。

- 意义：验证了IMR-MS在复杂混合物中的高精度和高速度。

这些数据表明，IMR-MS不仅能精确监测微量排放，还能通过实时反馈优化工艺，显著提升效率和环保表现。

经济价值：IMR-MS的投资回报

IMR-MS不仅技术领先，其经济效益同样令人信服：

1. 溶剂成本节约

- 通过减少胺类降解（如降低O₂暴露），每年可节省10-20%的溶剂补充费用。以MEA为例，每吨约300美元，50%降解减少可节省数万美元。

2. 能耗降低

- 优化再生塔加热条件，能耗降低10%，对于年耗电千万度的CCS设施，节省可达数十万美元。

3. 设备维护减少

- 监测SO₂和H₂S，防止腐蚀，年维护成本可减少5-10%。

4. 环保合规

- 避免因超标排放导致的罚款（如每吨NH₃超标罚款可达1000美元）。

以一座年捕集100万吨CO₂的设施为例，IMR-MS每年可节省溶剂和能耗成本约50-100万美元，投资回报期仅1-2年。

结论：IMR-MS引领CCS未来

胺类洗涤工艺是CO₂捕集的支柱，而在线监测则是其高效、安全和可持续运行的保障。IMR-MS以其高灵敏度（1 ppb检测限）、高选择性（软电离技术）和快速响应（毫秒级），在监测胺类及其降解产物方面无可匹敌。相较于FTIR、GC等传统方法，IMR-MS不仅填补了低浓度、多组分监测的空白，还通过实时数据优化工艺，带来显著的经济和环保效益。

从挪威Mongstad的胺损失减少50%，到Boundary Dam的能耗降低10%，IMR-MS已在全球范围内证明其价值。对于追求效率、合规和可持续发展的CCS运营商而言，采用IMR-MS不仅是技术升级，更是战略选择。让我们拥抱这一革命性技术，共同推动碳捕集的绿色未来！

来源：鼠meme