Войти
A Скруббер диоксида углерода - это часть оборудования, поглощающая диоксид углерода (CO 2). Он используется для очистки выхлопных газов с промышленных предприятий или выдыхаемого воздуха в системах жизнеобеспечения, таких как ребризеры или в космический корабль, подводный корабль или герметичные камеры. Скрубберы диоксида углерода также используются в хранилище с контролируемой атмосферой (CA). Они также были исследованы на предмет улавливания и хранения углерода как средства борьбы с глобальным потеплением.
Основное применение очистки CO 2 - удаление CO. 2 от выхлопных газов угольных и газовых электростанций. Практически единственная серьезно оцениваемая технология включает использование различных аминов, например моноэтаноламин. Холодные растворы этих органических соединений связывают CO 2, но связывание меняется на противоположное при более высоких температурах:
По состоянию на В 2009 году эта технология была внедрена лишь незначительно из-за капитальных затрат на установку оборудования и эксплуатационных затрат на его использование.
Некоторые минералы и минеральные вещества обратимо связывают CO 2. Чаще всего эти минералы представляют собой оксиды или гидроксиды, и часто CO 2 связан в виде карбоната. Диоксид углерода реагирует с негашеной известью (оксид кальция) с образованием известняка (карбонат кальция ) в процессе, называемом карбонатным замкнутым циклом. Другие минералы включают серпентинит, силикат магния гидроксид и оливин. Молекулярные сита Также функционируют в этом качестве.
Для удаления CO 2 из воздуха или дымовых газов были предложены различные способы очистки. Обычно они включают использование варианта процесса Крафт. Процессы очистки могут быть основаны на гидроксиде натрия. CO 2 абсорбируется раствором, превращается в известь посредством процесса, называемого каустикой, и выпускается в обжиговой печи. После некоторых модификаций существующих процессов, в основном печи, работающей на кислороде, конечным результатом является концентрированный поток CO 2, готовый для хранения или использования в качестве топлива. Альтернативой этому термохимическому процессу является электрический процесс, в котором номинальное напряжение прикладывается к раствору карбоната для высвобождения CO 2. Хотя этот электрический процесс проще, он потребляет больше энергии, так как одновременно расщепляет воду. Поскольку это зависит от электричества, электроэнергия должна быть возобновляемой, например, фотоэлектрической. В противном случае следует учитывать CO 2, образующийся при производстве электроэнергии. Ранние воплощения воздушного захвата использовали электричество в качестве источника энергии; следовательно, зависели от безуглеродного источника. В системах теплового улавливания воздуха используется тепло, вырабатываемое на месте, что снижает неэффективность, связанную с производством электроэнергии за пределами площадки, но, конечно же, для них по-прежнему необходим источник (безуглеродного) тепла. Концентрированная солнечная энергия является примером такого источника.
Земан и Лакнер описали особый метод улавливания воздуха.
Во-первых, CO 2 абсорбируется щелочным раствором NaOH с образованием растворенного карбоната натрия. Реакция абсорбции представляет собой газожидкостную реакцию, сильно экзотермическую, здесь:
Каустикация проводится повсеместно в целлюлозно-бумажной промышленности и легко передает 94% карбонат-ионов от натрия к катиону кальция. Затем осадок карбоната кальция отфильтровывают из раствора и термически разлагают с образованием газообразного CO 2. Реакция прокаливания является единственной эндотермической реакцией в процессе и показана здесь:
Термическое разложение кальцита проводят в печи для обжига извести, обжигаемой кислородом, чтобы избежать дополнительной стадии отделения газа. Гидратация извести (CaO) завершает цикл. Гидратация извести - это экзотермическая реакция, которую можно проводить с водой или паром. При использовании воды это реакция жидкость / твердое вещество, как показано здесь:
Другие сильные основания, такие как натронная известь, гидроксид натрия, гидроксид калия и гидроксид лития способны удалять диоксид углерода путем химического взаимодействия с ним. В частности, гидроксид лития использовался на борту космического корабля , например, в программе Apollo, для удаления диоксида углерода из атмосферы. Он реагирует с диоксидом углерода с образованием карбоната лития. Недавно технология абсорбента гидроксида лития была адаптирована для использования в наркозных аппаратах. Аппараты для анестезии, которые обеспечивают жизнеобеспечение и вдыхают агенты во время операции, обычно используют замкнутый контур, требующий удаления углекислого газа, выдыхаемого пациентом. Гидроксид лития может предложить некоторые преимущества безопасности и удобства по сравнению с более старыми продуктами на основе кальция.
Итоговая реакция :
пероксид лития банка также может использоваться, поскольку он поглощает больше CO 2 на единицу веса с дополнительным преимуществом выделения кислорода.
В последние годы ортосиликат лития привлек большое внимание к улавливанию CO2, а также накопитель энергии. Этот материал предлагает значительные преимущества в эксплуатационных характеристиках, хотя для образования карбоната требуются высокие температуры.
Регенеративная система (RCRS) на орбитальном корабле космического челнока использовала двухуровневую систему, которая обеспечивала непрерывное удаление диоксида углерода без расходных материалов. Регенерируемые системы позволили миссии шаттла дольше оставаться в космосе без необходимости пополнять его канистры с сорбентом. Более старые системы на основе гидроксида лития 29 (LiOH), которые не подлежат регенерации, были заменены системами на основе регенерируемых металлов - оксидов. Система на основе оксида металла в основном состояла из баллона с сорбентом оксида металла и регенератора. Он работал, удаляя диоксид углерода с помощью сорбирующего материала, а затем регенерируя сорбирующий материал. Контейнер с сорбентом на основе оксидов металлов регенерировали путем прокачки через него воздуха при температуре приблизительно 400 ° F (204 ° C) со стандартной скоростью потока 7,5 куб. Футов / мин (0,0035 м / с) в течение 10 часов.
Активированный уголь может использоваться в качестве скруббера для диоксида углерода. Воздух с высоким содержанием углекислого газа, такой как воздух из мест хранения фруктов, можно продуть через слои активированного угля, и углекислый газ будет поглощаться активированным углем. Когда слой насыщен, он должен быть «регенерирован» путем продувки воздуха с низким содержанием двуокиси углерода, такого как окружающий воздух, через слой. Это высвободит диоксид углерода из слоя, и его можно будет снова использовать для очистки, в результате чего чистое количество диоксида углерода в воздухе останется таким же, как и при запуске процесса.
Металлоорганические каркасы - одна из самых многообещающих новых технологий улавливания и связывания углекислого газа посредством адсорбции. Хотя в настоящее время не существует крупномасштабной коммерческой технологии, несколько исследований показали большой потенциал, которым обладают MOF в качестве адсорбента CO 2. Его характеристики, такие как структура пор и функции поверхности, можно легко настроить для повышения селективности CO 2 по сравнению с другими газами.
MOF может быть специально разработан для работы как CO 2 удаляющий агент на электростанциях дожигания. В этом сценарии дымовой газ будет проходить через слой, заполненный материалом MOF, из которого удаляется CO 2. После достижения насыщения CO 2 может быть десорбирован посредством изменения давления или температуры. Затем диоксид углерода может быть сжат до сверхкритических условий для хранения под землей или использования в процессах повышения нефтеотдачи. Однако пока это невозможно в больших масштабах из-за нескольких трудностей, одна из которых заключается в производстве MOF в больших количествах.
Другая проблема - доступность металлов, необходимых для синтеза MOF. В гипотетическом сценарии, когда эти материалы используются для улавливания всего CO 2, необходимого для предотвращения проблем глобального потепления, таких как поддержание повышения глобальной температуры менее чем на 2 ° C по сравнению с доиндустриальной средней температурой, нам потребуется металлов больше, чем доступно на Земле. Например, для синтеза всех MOF, в которых используется ванадий, нам потребуется 1620% мировых запасов 2010 года. Даже при использовании MOF на основе магния, которые продемонстрировали высокую способность адсорбировать CO 2, нам потребуется 14% мировых запасов 2010 года, что является значительной суммой. Кроме того, потребуется обширная добыча полезных ископаемых, что приведет к еще большему количеству потенциальных экологических проблем.
В проекте, спонсируемом Министерством энергетики и осуществляемом UOP LLC в сотрудничестве с преподавателями из четырех разных университетов, Министерства финансов были протестированы как возможные средства удаления диоксида углерода из дымовых газов дожигания. Им удалось отделить 90% CO 2 из потока дымовых газов с использованием процесса изменения давления в вакууме. Путем обширных исследований исследователи обнаружили, что наилучшим MOF для использования был Mg / DOBDC, который имеет загрузочную способность 21,7 мас.% CO 2. Оценки показали, что если аналогичная система будет применена на крупномасштабной электростанции, стоимость энергии увеличится на 65%, в то время как система NETL на основе базового амина вызовет увеличение на 81% ( цель Министерства энергетики - 35%). Кроме того, каждая тонна предотвращенного CO 2 будет стоить 57 долларов, в то время как для аминовой системы эта стоимость оценивается в 72 доллара. Проект завершился в 2010 году, и общий капитал, необходимый для реализации такого проекта на электростанции мощностью 580 МВт, составил 354 миллиона долларов.
Extend Air Cartridge (EAC) представляет собой марку или тип предварительно загруженной одноразовой абсорбирующей канистры, которая может быть помещена в реципиентную полость в ребризере соответствующей конструкции.
Было применено множество других методов и материалов. обсуждается для очистки от двуокиси углерода.
