脱碳过滤机（Decarbonizing Filter）是一种专门设计用于从气体混合物（特别是工艺气体或天然气）中去除二氧化碳的工业设备。它在许多化工、能源和环保领域扮演着至关重要的角色。

核心目的：降低气体流中的二氧化碳浓度，以满足后续工艺要求、产品质量标准、管道输送规范或环保排放要求。

一、主要应用场景：

1.合成氨与制氢工业： 在合成氨和氢气生产中，原料气（如天然气、煤制气）转化后含有大量的 CO₂。必须将其高效脱除以获得纯净的氢氮气（合成氨）或氢气。

2.天然气净化： 从地下开采的天然气（尤其是含 CO₂ 较高的酸性天然气）在进入输送管网或液化之前，需要脱除 CO₂（以及 H₂S 等酸性气体），防止管道腐蚀、提高热值并满足下游使用要求。

3.炼厂气处理： 石油炼制过程中产生的各种气体可能含有 CO₂，需要脱除以回收有价值的组分（如氢气）或满足燃料气标准。

4.烟道气/生物气/填埋气处理： 在碳捕集与封存项目中，用于从燃烧烟气、厌氧消化产生的沼气或垃圾填埋气中捕获 CO₂。

5.食品级二氧化碳生产： 从发酵气或烟道气中提纯食品级或工业级二氧化碳。

6.电子特气生产： 在制备高纯度特种气体时，需要深度脱除痕量 CO₂。

二、工作原理与技术路线：

脱碳过滤机通常不是一个单一的“过滤器”，而是一个包含物理/化学过程的系统。常见的脱碳技术包括：

1.化学吸收法： 这是最主流的方法。

原理： 利用碱性溶液（如胺液：MEA、DEA、MDEA；或热钾碱法：Benfield, Catacarb 等）与 CO₂ 发生可逆化学反应。流程：吸收塔： 含 CO₂ 的原料气自下而上通过吸收塔，与从上向下喷淋的贫胺液（已再生的吸收液）逆流接触。CO₂ 被胺液化学吸收。富胺液处理： 吸收了 CO₂ 的富胺液被泵送至再生塔。再生塔： 通过加热（通常在 100-130°C），使反应逆向进行，释放出高纯度的 CO₂ 气体（可回收利用或排放）。再生后的贫胺液冷却后循环回吸收塔。

设备核心： 吸收塔、再生塔（解吸塔）、换热器、溶液泵、冷却器、溶液过滤器、分离器等。

2.物理吸收法：

原理： 利用 CO₂ 在某些有机溶剂（如 Selexol, Rectisol, Purisol）中溶解度随压力变化的特性。

流程： 在高压低温下吸收 CO₂，然后在低压或高温下释放 CO₂。常用于高压天然气处理。

设备核心： 吸收塔、闪蒸罐、换热器、压缩机等。

3.变压吸附法：

原理： 利用固体吸附剂（如分子筛、活性炭、硅胶、活性氧化铝）对 CO₂ 的选择性吸附能力。通过周期性改变操作压力来实现吸附和再生。流程： 原料气在高压下通过吸附床层，CO₂ 被吸附，净化气输出。然后通过降压（或抽真空）和冲洗步骤将 CO₂ 解吸排出。

设备核心： 多个吸附塔、阀门组、控制系统、真空泵/压缩机。

4.膜分离法：

原理： 利用特殊高分子膜对不同气体组分渗透速率的差异。CO₂ 通常比 CH₄、N₂、H₂ 等渗透得快。流程： 原料气在压力驱动下流过膜组件。CO₂ 优先透过膜成为渗透气，净化气（非渗透气）从另一端流出。

设备核心： 膜组件（中空纤维膜或卷式膜）、压缩机、预处理系统（去除液滴、颗粒物）。

三、关键特点：

1.高效性： 能够将气体中的 CO₂ 浓度从百分之几十降至 ppm 甚至 ppb 级别（取决于工艺要求）。

2..选择性： 针对 CO₂ 有较高的选择性，尽量减少有价值气体组分（如 H₂、CH₄）的损失。

连续性/周期性： 化学吸收和物理吸收通常是连续操作；PSA 和膜分离可能是半连续或周期性操作。

3.能耗： 化学吸收法的再生能耗通常较高；PSA 和膜分离的能耗模式不同（电力驱动压缩机、真空泵）。

4.系统复杂性： 化学吸收法系统相对复杂，涉及溶液循环、热再生；PSA 涉及阀门切换；膜法相对简单但预处理要求高。

5.成本和维护： 投资成本和运行维护成本因技术、规模和具体应用而异。

四、总结

脱碳过滤机（系统）是实现气体深度净化的关键设备，尤其在需要大规模、高效脱除二氧化碳的工业场景中。其核心是通过化学或物理手段，选择性地将 CO₂ 从混合气中分离出来。化学吸收法（胺法）是目前应用最广泛的技术，而 PSA 和膜分离法在特定领域也展现出优势。选择哪种技术取决于原料气组成、处理量、目标 CO₂ 脱除率、产品气规格、能耗要求、投资预算和运行成本等多种因素。