在全球气候持续变暖的背景下，减少CO2排放已成为人类面临的最紧迫挑战之一。2024年，全球能源燃烧和大规模工业过程的CO2排放量达到了374亿吨[1]。CO2捕集、利用和储存（CCUS）技术被认为是减少CO2排放的最有效方法，其中CO2捕集是第一步也是最关键的一步[2]。CO2捕集技术主要用于发电、运输、工业过程以及住宅和商业建筑中化石燃料燃烧产生的大规模固定源CO2。
目前，基于胺溶液（如单乙醇胺（MEA）的化学吸收技术是最有前景且应用最广泛的碳捕集技术[3]。然而，它仍然存在高再生能耗、低CO2吸收能力和高运营成本的问题[4]。鉴于当前情况，迫切需要开发新的吸收剂并改进工艺技术，以显著降低再生能耗。为了系统地识别环境热点并提高CO2捕集过程中的资源利用效率，生命周期评估（LCA）非常重要。作为一种全面的环境影响分析工具，LCA可以用来评估整个生命周期的环境影响，并进一步优化工艺[5]。许多研究人员关注了新型吸收剂的捕集性能特征[6],[7],[8],[9]。赵等人[10]表明，2-氨基-2-甲基-1-丙醇/哌嗪（AMP/PZ）混合吸收剂的吸收率高于N-甲基二乙醇胺/哌嗪（MDEA/PZ）混合吸收剂。江等人[11]通过结合试点工厂数据和Aspen Plus建模，比较了PZ、AMP以及AMP/PZ混合物与MEA吸收剂的性能。他们发现新吸收剂的再生负荷低于MEA吸收剂。然而，关于新吸收剂应用的环境影响的研究较少。Badr等人[12]比较了MEA、PZ和MDEA/PZ吸收剂，发现MDEA/PZ混合吸收剂的环境影响最低。因此，这种混合吸收剂作为一个有前景的新研究方向值得进一步探索。Oreggioni等人[13]开发了一个环境尽职调查框架，用于评估MEA和AMP/PZ吸收剂的LCA。结果表明，MEA吸收剂实现了约70%的气候变化潜力减排，而AMP/PZ混合吸收剂实现了略高的71%减排。另一方面，许多工艺优化研究也实现了节能并减少了环境负荷[14],[15],[16],[17],[18]。孟等人[19]研究了几种低能耗捕集系统，包括阶段间冷却（IC）、贫溶剂闪蒸气压缩（LSGC）以及使用蒸汽压缩热泵的脱除器顶部废热回收过程（OHR-HP）、结合热泵的阶段间冷却过程（IC-HP）。与未优化过程相比，优化配置实现了39.04%的节能。Cousins等人[20]提出了针对30% MEA CO2捕集过程的优化策略，包括富溶剂分流（RSS）、热集成和蒸汽再压缩过程。Muhammad等人[21]集成了热泵，以回收脱除器顶部的冷凝热和吸收器之间的显热，从而提高了低温废热的质量。燃烧后捕集过程经过修改，包括吸收器间冷却、富溶剂分流和脱除器间加热过程，以减少能耗。这些优化显著降低了再沸器的负荷，并将能耗降低了约16%[22],[23],[24]。然而，上述研究主要集中在高效吸收剂的开发和节能工艺的改进上。尽管对吸收剂的LCA已经受到了一些关注，但在工艺优化方面仍存在显著的知识空白。在工艺优化方面，虽然对工艺和能源进行了改进，但对环境影响的评估相对不足。因此，仍需进一步探索不同CO2捕集技术的环境影响性能。
为了解决这些现有问题，本研究对使用MEA吸收剂的CO2捕集的化学吸收进行了详细的生命周期环境影响分析和优化。在此基础上，还研究了新开发的吸收剂（PZ和AMP/PZ混合吸收剂）的应用环境影响。此外，系统地评估并比较了七种优化工艺：IC、RSS、LSGC、OHR-HP、结合三级分流方案的阶段间冷却（IC-3S）以及与阶段间冷却集成 的多热泵系统（MHP-IC）与传统工艺配置。成本分析对于CO2捕集技术也很重要。因此，本研究还简单全面地分析了使用三种不同吸收剂的CO2捕集过程中的环境和运营成本。本研究建立了一个涵盖三种胺吸收剂和七种工艺优化方案的全面溶剂-工艺评估框架。通过采用CML2001方法进行环境指标评估，并结合运营成本分析，实现了“环境-能源-成本”的三维协同评估。该研究在确保系统完整性的同时，增强了评估的全面性和工程适用性。
