Neljaetapiline põhiprotsess CO₂ taastamiseks
CO₂ regenereerimise põhiprintsiip on selle valikuline eraldamine segagaasivoost. See saavutatakse standardiseeritud neljaetapilise protsessi kaudu:
1. Eeltöötlus: suitsugaaside lisandi eemaldamine
Toores suitsugaas tuleb esmalt puhastada, et vältida korrosiooni, ummistusi ja jõudluse halvenemist allavoolu kogumisseadmetes.
Tolmu eemaldamine: tahkete osakeste (tolmu) eemaldamiseks kasutatakse elektrostaatilisi filtriid või kottfiltreid, mis võivad ummistada adsorbente või lahusteid ja vähendada eraldamise tõhusust.
Väävlitustamine ja denitrifikatsioon: Vääveldioksiidi (SOₓ) ja lämmastikoksiidide (NOₓ) eemaldamiseks kasutatakse märg suitsugaaside väävlitustamist (nt lubjakivi-kipsi meetod) ja selektiivset katalüütilist redutseerimist (SCR). Need lisandid põhjustavad seadmete korrosiooni, reageerivad siduvate lahustitega soovimatute kõrvalsaaduste tekkeks ja vähendavad lõplikku CO₂ puhtust.
Dehüdratsioon: jahutid ja adsorptsioonikuivatid eemaldavad veeauru, et vältida jää teket ja torujuhtmete ummistusi madalatemperatuuriliste püüdmisprotsesside ajal ning vältida söövitava süsihappe teket.
2. Püüdmine ja eraldamine: selektiivne CO₂ isoleerimine
See on taaskasutamisprotsessi tuum ning tehnoloogiliselt kõige intensiivsem ja kulukam etapp, mis moodustab 60–70% koguinvesteeringust. Eeltöödeldud gaas siseneb püüdmisseadmesse, kus CO₂ eraldatakse selektiivselt N2-st ja O2-st, kasutades füüsikalisi või keemilisi meetodeid.
3. Puhastamine ja rafineerimine: CO₂ puhtuse suurendamine
Püütud 'toores' CO₂ (tavaliselt 85–95% puhtus) vajab sageli täiendavat puhastamist, et eemaldada jääklisandid, nagu N2, O2 ja H2S. Nõutav puhtusaste määrab kasutatava tehnoloogia.
Toidukvaliteediga (≥99,9% puhtus): selliste rakenduste jaoks nagu jookide karboniseerimine või toidu lisaainena on vaja adsorptsioonitornide (kasutades molekulaarsõelu N₂/O₂ eemaldamiseks) ja destilleerimiskolonnide (kergekomponentsete lisandite eraldamiseks) kombinatsiooni.
Tööstuslik (puhtusaste 95–98%): selliste kasutusviiside puhul nagu tõhustatud õli taaskasutamine (EOR) või keemiline süntees on puhtusnõuded leebemad, võimaldades lihtsustatud ja kulutõhusamat puhastusprotsessi.
4. Kokkusurumine ja säilitamine: üleviimine vedelasse või ülekriitilisse olekusse
Puhastatud CO₂ gaas survestatakse ja jahutatakse tõhusaks ladustamiseks ja transportimiseks.
Gaas juhitakse kompressoritesse ja survestatakse (tavaliselt 2,0-7,38 MPa), jahutades samal ajal temperatuurini -20 °C kuni -30 °C.
See protsess muudab CO₂ vedelaks või ülekriitiliseks olekuks (CO₂ kriitiline punkt: 7,38 MPa ja 31,1 °C), mida seejärel hoitakse spetsiaalsetes isoleeritud mahutites, mis ootavad kasutamist või sekvestreerimist.
Juhtivate püüdmistehnoloogiate võrdlus
Püüdmistehnoloogia valik sõltub suuresti suitsugaaside omadustest, kulukaalutlustest ja töönõuetest.
| Tehnoloogia Marsruut |
Põhiprintsiip |
Eelised |
Puudused |
Ideaalsed rakendused |
| Keemiline imendumine |
Kasutab leeliselist lahustit (nt MEA, DEA), mis reageerib keemiliselt CO₂-ga, moodustades stabiilse karbamaadi. Seejärel kuumutatakse lahustit (120-150 °C), et katkestada side, vabastada CO₂ ja regenereerida lahusti. |
1. Kõrge selektiivsus: suurepärane püüdmistõhusus (≥90%) isegi madala CO₂ kontsentratsiooni korral.
2. Küps tehnoloogia: laialdaselt tõestatud paljude tööstuslike rakendustega. |
1. Kõrge regeneratsioonienergia: Solventküte moodustab üle 70% kogu energiatarbimisest, mis põhjustab kõrgeid tegevuskulusid.
2. Lahusti lagunemine: lahustid lagunevad ja lenduvad, nõudes täiendamist ja potentsiaalselt sekundaarset reostust.
3. Söövitav: seadmete jaoks on vaja kalleid korrosioonikindlaid materjale. |
Madala CO₂ kontsentratsiooniga (10–15%) ja stabiilse gaasivooluga stsenaariumid, nagu kivisöel töötavad elektrijaamad ja jäätmepõletusahjud. |
| Füüsiline adsorptsioon |
Kasutatakse tahkeid adsorbente (nt molekulaarsõelad, aktiivsüsi, MOF-id), mis püüavad madalatel temperatuuridel/kõrgetel rõhkudel pinnale CO₂. CO₂ vabaneb (desorbeeritakse) temperatuuri tõstmise või rõhu langetamise teel (TSA/PSA). |
1. Madal regenereerimisenergia: energiatarbimine on 30-50% madalam kui keemiline neeldumine.
2. Mittesöövitavad: Adsorbendid on inertsed, mis pikendab seadme kasutusiga.
3. Keskkonnasõbralik: puudub lahusti kadu ega sellega seotud reostus. |
1. Madalam efektiivsus madalatel kontsentratsioonidel: sobib kõige paremini suitsugaasidele, mille CO₂ kontsentratsioon on ≥15%.
2. Piiratud võimsus: Adsorbentide võimsus on piiratud, mistõttu on vaja sagedasi regenereerimistsükleid ja suuremat seadmete mahtu.
3. Tundlik lisanditele: veeaur ja muud lisandid võivad adsorbeeriva materjali deaktiveerida. |
Stsenaariumid kõrgema CO₂ kontsentratsiooniga (15–25%) ja madala lisandite tasemega, näiteks tsemendiahjud ja terasetehase koksiahjud. |
| Membraani eraldamine |
Kasutab polümeermembraane (nt polüimiid), mis on selektiivselt CO₂ läbilaskvad. CO₂ molekulid läbivad membraani 5–10 korda kiiremini kui N2, luues ühelt poolt CO₂-rikka voolu ja teiselt poolt CO₂-vaese voolu. |
1. Kompaktne jalajälg: suuri torne ega laevu pole vaja.
2. Madal hooldus: puuduvad liikuvad osad, mis tagab lihtsa kasutamise.
3. Paindlik ja skaleeritav: moodulkonstruktsioon võimaldab hõlpsasti reguleerida gaasi voolukiirusi, lisades või eemaldades membraaniühikuid. |
1. Madal eraldamise efektiivsus: üheastmeline eraldamine annab ainult 80-85% puhtuse, sageli on vaja mitut järjestikust etappi, mis suurendab kulusid.
2. Tundlik tingimuste suhtes: Membraanid on vastuvõtlikud kõrgete temperatuuride ja lisandite kahjustustele, mis nõuavad ranget eeltöötlust ja membraani tüüpilist eluiga 3-5 aastat.
3. Kõrge energiatarbimine madalate kontsentratsioonide korral: energiatarbimine suureneb oluliselt lahjendatud gaasivoogude puhul. |
Väikesed kuni keskmise suurusega rajatised, kus gaasivood on kõikuvad (nt väikesed keemiatehased, hajutatud elektrijaamad) või hübriidprotsessi eelkontsentreerimisetapina. |
