العملية الأساسية المكونة من أربع مراحل لاسترداد ثاني أكسيد الكربون
المبدأ الأساسي لاسترداد ثاني أكسيد الكربون هو فصله بشكل انتقائي عن تيار الغاز المختلط. ويتم تحقيق ذلك من خلال عملية موحدة من أربع خطوات:
1. المعالجة المسبقة: إزالة شوائب غاز المداخن
يجب أولاً تنظيف غاز المداخن الخام لمنع التآكل والانسداد وتدهور الأداء في معدات الالتقاط النهائية.
إزالة الغبار: يتم استخدام المرسبات الكهروستاتيكية أو مرشحات الأكياس لإزالة المواد الجسيمية (الغبار)، والتي يمكن أن تسد المواد الماصة أو المذيبات وتقلل من كفاءة الفصل.
إزالة الكبريت ونزع النتروجين: يتم استخدام إزالة الكبريت من غاز المداخن الرطب (على سبيل المثال، طريقة الحجر الجيري والجبس) والتخفيض التحفيزي الانتقائي (SCR) لإزالة ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) وأكاسيد النيتروجين (NOₓ). تتسبب هذه الشوائب في تآكل المعدات، وتتفاعل لتكوين منتجات ثانوية غير مرغوب فيها باستخدام مذيبات الالتقاط، وتقلل من نقاء ثاني أكسيد الكربون النهائي.
الجفاف: تعمل المبردات ومجففات الامتزاز على إزالة بخار الماء لمنع تكوين الجليد وانسداد خطوط الأنابيب أثناء عمليات احتجاز درجات الحرارة المنخفضة ولتجنب تكوين حمض الكربونيك المسبب للتآكل.
2. الالتقاط والفصل: العزل الانتقائي لثاني أكسيد الكربون
وهذا هو جوهر عملية التعافي والمرحلة الأكثر كثافة من الناحية التكنولوجية والأكثر تكلفة، حيث يمثل 60-70% من إجمالي الاستثمار. يدخل الغاز المعالج مسبقًا إلى وحدة الالتقاط حيث يتم فصل ثاني أكسيد الكربون بشكل انتقائي عن N₂ وO₂ باستخدام الطرق الفيزيائية أو الكيميائية.
3. التنقية والتكرير: زيادة نقاء ثاني أكسيد الكربون
غالبًا ما يتطلب ثاني أكسيد الكربون 'الخام' الملتقط (نقيًا بنسبة 85-95%) مزيدًا من التنقية لإزالة الشوائب المتبقية مثل N₂ وO₂ وH₂S. مستوى النقاء المطلوب يحدد التكنولوجيا المستخدمة.
درجة الغذاء (نقاوة ≥99.9%): لتطبيقات مثل كربنة المشروبات أو كمضافات غذائية، يلزم وجود مجموعة من أبراج الامتزاز (باستخدام المناخل الجزيئية لإزالة N₂/O₂) وأعمدة التقطير (لفصل شوائب المكونات الخفيفة).
درجة صناعية (نقاوة 95-98%): بالنسبة لاستخدامات مثل الاستخلاص المعزز للنفط (EOR) أو التخليق الكيميائي، تكون متطلبات النقاء أقل صرامة، مما يسمح بعملية تنقية مبسطة وأكثر فعالية من حيث التكلفة.
4. الضغط والتخزين: التحويل إلى الحالة السائلة أو فوق الحرجة
يتم ضغط غاز ثاني أكسيد الكربون المنقى وتبريده من أجل تخزينه ونقله بكفاءة.
يتم تغذية الغاز إلى الضواغط وضغطه (عادةً إلى 2.0-7.38 ميجا باسكال) أثناء تبريده إلى -20 درجة مئوية إلى -30 درجة مئوية.
تقوم هذه العملية بتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حالة سائلة أو فوق حرجة (النقطة الحرجة لثاني أكسيد الكربون: 7.38 ميجا باسكال و31.1 درجة مئوية)، والتي يتم بعد ذلك تخزينها في خزانات متخصصة معزولة في انتظار الاستخدام أو العزل.
مقارنة بين تقنيات الالتقاط الرائدة
ويعتمد اختيار تكنولوجيا الالتقاط بشكل كبير على خصائص غاز المداخن، واعتبارات التكلفة، والمتطلبات التشغيلية.
| طريق التكنولوجيا |
المبدأ الأساسي |
المزايا |
والعيوب |
التطبيقات المثالية |
| الامتصاص الكيميائي |
يستخدم مذيبًا قلويًا (على سبيل المثال، MEA، DEA) الذي يتفاعل كيميائيًا مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين كربامات مستقر. يتم بعد ذلك تسخين المذيب (120-150 درجة مئوية) لكسر الرابطة، وإطلاق ثاني أكسيد الكربون، وتجديد المذيب. |
1. انتقائية عالية: كفاءة التقاط ممتازة (≥90%) حتى عند التركيزات المنخفضة لثاني أكسيد الكربون.
2. التكنولوجيا الناضجة: مثبتة على نطاق واسع في العديد من التطبيقات الصناعية. |
1. طاقة تجديد عالية: يمثل التسخين بالمذيبات أكثر من 70% من إجمالي استهلاك الطاقة، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل.
2. تحلل المذيبات: تتحلل المذيبات وتتطاير، مما يتطلب تجديدها ومن المحتمل أن تسبب تلوثًا ثانويًا.
3. التآكل: يتطلب استخدام مواد باهظة الثمن ومقاومة للتآكل للمعدات. |
السيناريوهات ذات التركيز المنخفض لثاني أكسيد الكربون (10-15%) وتدفق الغاز المستقر، مثل محطات الطاقة التي تعمل بالفحم ومحارق تحويل النفايات إلى طاقة. |
| الامتزاز الجسدي |
يستخدم مواد ماصة صلبة (على سبيل المثال، المناخل الجزيئية، والكربون المنشط، والأطر العضوية المعدنية) التي تلتقط ثاني أكسيد الكربون على سطحها عند درجات حرارة منخفضة/ضغوط عالية. يتم إطلاق (إمتصاص) ثاني أكسيد الكربون عن طريق رفع درجة الحرارة أو خفض الضغط (TSA/PSA). |
1. طاقة تجديد منخفضة: استهلاك الطاقة أقل بنسبة 30-50% من امتصاص المواد الكيميائية.
2. غير قابلة للتآكل: المواد الماصة خاملة، مما يؤدي إلى عمر أطول للمعدات.
3. صديقة للبيئة: لا يوجد فقدان للمذيبات أو التلوث المرتبط بها. |
1. كفاءة أقل عند التركيزات المنخفضة: الأنسب لغاز المداخن بتركيزات ثاني أكسيد الكربون ≥15%.
2. قدرة محدودة: تتمتع المواد الماصة بقدرة محدودة، وتتطلب دورات تجديد متكررة وأحجام معدات أكبر.
3. عرضة للشوائب: بخار الماء والشوائب الأخرى يمكن أن تعطل المادة الممتزة. |
السيناريوهات ذات التركيز العالي لثاني أكسيد الكربون (15-25%) ومستويات الشوائب المنخفضة، مثل قمائن الأسمنت وغاز أفران فحم الكوك في مصانع الفولاذ. |
| فصل الغشاء |
يستخدم أغشية بوليمر (على سبيل المثال، بوليميد) ذات نفاذية انتقائية لثاني أكسيد الكربون. تمر جزيئات ثاني أكسيد الكربون عبر الغشاء أسرع بـ 5-10 مرات من N₂، مما يؤدي إلى إنشاء تيار غني بثاني أكسيد الكربون على جانب واحد وتيار مستنفد لثاني أكسيد الكربون على الجانب الآخر. |
1. البصمة المدمجة: لا يلزم وجود أبراج أو سفن كبيرة.
2. صيانة منخفضة: لا يوجد أجزاء متحركة، مما يؤدي إلى عملية بسيطة.
3. مرن وقابل للتطوير: يسمح التصميم المعياري بالتعديل السهل لمعدلات تدفق الغاز المختلفة عن طريق إضافة أو إزالة وحدات الغشاء. |
1. كفاءة فصل منخفضة: ينتج عن الفصل أحادي المرحلة نقاء بنسبة 80-85% فقط، وغالبًا ما يتطلب مراحل متعددة متسلسلة، مما يزيد من التكلفة.
2. حساسة للظروف: الأغشية عرضة للتلف الناتج عن درجات الحرارة المرتفعة والشوائب، مما يتطلب معالجة مسبقة صارمة وعمر افتراضي للغشاء يتراوح بين 3-5 سنوات.
3. الاستخدام العالي للطاقة للتركيزات المنخفضة: يزداد استهلاك الطاقة بشكل كبير بالنسبة لتيارات الغاز المخفف. |
مرافق صغيرة إلى متوسطة الحجم ذات تدفقات غاز متقلبة (مثل مصانع الكيماويات الصغيرة ومحطات الطاقة الموزعة)، أو كخطوة ما قبل التركيز في عملية هجينة. |
