فرآیند چهار مرحله ای اصلی برای بازیابی CO2
اصل اساسی بازیابی CO2 جداسازی انتخابی آن از یک جریان گاز مخلوط است. این امر از طریق یک فرآیند استاندارد چهار مرحله ای به دست می آید:
1. پیش تصفیه: حذف ناخالصی گاز دودکش
گاز خام دودکش ابتدا باید تمیز شود تا از خوردگی، انسداد و کاهش عملکرد در تجهیزات جذب پایین دست جلوگیری شود.
حذف گرد و غبار: رسوب دهنده های الکترواستاتیک یا فیلترهای کیسه ای برای حذف ذرات معلق (گرد و غبار) استفاده می شود که می تواند جاذب ها یا حلال ها را مسدود کند و راندمان جداسازی را کاهش دهد.
گوگرد زدایی و نیترات زدایی: گوگرد زدایی مرطوب با گاز دودکش (به عنوان مثال، روش سنگ آهک-گچ) و کاهش کاتالیزوری انتخابی (SCR) برای حذف دی اکسید گوگرد (SO2) و اکسیدهای نیتروژن (NO2) استفاده می شود. این ناخالصی ها باعث خوردگی تجهیزات می شوند، برای ایجاد محصولات جانبی ناخواسته با حلال های جذب واکنش نشان می دهند و خلوص CO2 نهایی را کاهش می دهند.
آبگیری: خنککنندهها و خشککنهای جذبی بخار آب را حذف میکنند تا از تشکیل یخ و انسداد خط لوله در طی فرآیندهای جذب در دمای پایین و جلوگیری از تشکیل اسید کربنیک خورنده جلوگیری کنند.
2. جذب و جداسازی: جداسازی انتخابی CO2
این هسته فرآیند بازیابی و پرهزینه ترین مرحله از نظر فناوری است که 60 تا 70 درصد از کل سرمایه گذاری را تشکیل می دهد. گاز از پیش تصفیه شده وارد یک واحد جذب می شود که در آن CO2 به طور انتخابی با استفاده از روش های فیزیکی یا شیمیایی از N2 و O2 جدا می شود.
3. تصفیه و پالایش: افزایش خلوص CO2
CO2 'خام' جذب شده (معمولاً 85-95٪ خالص) اغلب به تصفیه بیشتر برای حذف ناخالصی های باقیمانده مانند N2، O2 و H2S نیاز دارد. سطح خلوص مورد نیاز تکنولوژی مورد استفاده را دیکته می کند.
درجه غذا (99.9% خلوص): برای کاربردهایی مانند کربناته کردن نوشیدنی یا به عنوان یک افزودنی غذایی، ترکیبی از برج های جذب (با استفاده از غربال های مولکولی برای حذف N2/O2) و ستون های تقطیر (برای جداسازی ناخالصی های اجزای نور) مورد نیاز است.
درجه صنعتی (۹۵-۹۸٪ خلوص): برای استفاده هایی مانند بازیابی روغن افزایش یافته (EOR) یا سنتز شیمیایی، الزامات خلوص کمتر سختگیرانه است و امکان یک فرآیند تصفیه ساده و مقرون به صرفه را فراهم می کند.
4. فشرده سازی و ذخیره سازی: تبدیل به حالت مایع یا فوق بحرانی
گاز CO2 خالص تحت فشار و خنک برای ذخیره سازی و حمل و نقل کارآمد است.
گاز به کمپرسورها وارد شده و تحت فشار قرار می گیرد (معمولا 2.0-7.38 مگاپاسکال) در حالی که تا 20- تا 30- درجه سانتی گراد خنک می شود.
این فرآیند CO2 را به حالت مایع یا فوق بحرانی تبدیل می کند (نقطه بحرانی CO2: 7.38 مگاپاسکال و 31.1 درجه سانتی گراد)، که سپس در مخازن تخصصی و عایق بندی شده در انتظار استفاده یا جداسازی ذخیره می شود.
مقایسه فن آوری های پیشرو ضبط
انتخاب تکنولوژی جذب به شدت به ویژگی های گاز دودکش، ملاحظات هزینه و الزامات عملیاتی بستگی دارد.
| مسیر فناوری |
اصل اصلی |
مزایا |
معایب |
برنامه های کاربردی ایده آل |
| جذب شیمیایی |
از یک حلال قلیایی (به عنوان مثال، MEA، DEA) استفاده می کند که از نظر شیمیایی با CO2 واکنش می دهد تا یک کاربامات پایدار را تشکیل دهد. سپس حلال حرارت داده می شود (120-150 درجه سانتیگراد) تا پیوند شکسته شود، CO2 آزاد شود و حلال دوباره تولید شود. |
1. گزینش پذیری بالا: راندمان جذب عالی (≥90%) حتی در غلظت های کم CO2.
2. فناوری بالغ: به طور گسترده با کاربردهای صنعتی متعدد اثبات شده است. |
1. انرژی بازسازی بالا: گرمایش با حلال بیش از 70 درصد از کل مصرف انرژی را تشکیل می دهد که منجر به هزینه های عملیاتی بالا می شود.
2. تجزیه حلال: حلال ها تجزیه و تبخیر می شوند، نیاز به پر کردن دارند و به طور بالقوه باعث آلودگی ثانویه می شوند.
3. خورنده: برای تجهیزات به مواد گران قیمت و مقاوم در برابر خوردگی نیاز دارد. |
سناریوهایی با غلظت کم CO2 (10-15٪) و جریان گاز پایدار، مانند نیروگاه های زغال سنگ و زباله سوزها. |
| جذب فیزیکی |
از جاذب های جامد (به عنوان مثال، غربال های مولکولی، کربن فعال، MOFs) استفاده می کند که CO2 را در دماهای پایین/فشار بالا روی سطح خود جذب می کند. CO2 با افزایش دما یا کاهش فشار (TSA/PSA) آزاد می شود (واجذب می شود). |
1. انرژی بازسازی کم: مصرف انرژی 30-50٪ کمتر از جذب شیمیایی است.
2. غیر خورنده: جاذب ها بی اثر هستند که منجر به عمر طولانی تر تجهیزات می شود.
3. سازگار با محیط زیست: بدون از دست دادن حلال یا آلودگی مرتبط. |
1. راندمان پایین تر در غلظت های پایین: بهترین گزینه برای گازهای دودکش با غلظت CO2 ≥15٪ مناسب است.
2. ظرفیت محدود: جاذب ها ظرفیت محدودی دارند و به چرخه های بازسازی مکرر و حجم تجهیزات بزرگتر نیاز دارند.
3. حساس به ناخالصی ها: بخار آب و سایر ناخالصی ها می توانند مواد جاذب را غیرفعال کنند. |
سناریوهایی با غلظت CO2 بالاتر (15-25٪) و سطوح ناخالصی کم، مانند کوره های سیمان و گاز کوره کک کارخانه فولاد. |
| جداسازی غشایی |
از غشاهای پلیمری (مثلاً پلی آمید) استفاده می کند که به طور انتخابی در برابر CO2 نفوذپذیر هستند. مولکول های CO2 5-10 برابر سریعتر از N2 از غشاء عبور می کنند و یک جریان غنی از CO2 در یک طرف و یک جریان خالی از CO2 از طرف دیگر ایجاد می کنند. |
1. رد پای فشرده: هیچ برج یا کشتی بزرگ مورد نیاز نیست.
2. تعمیر و نگهداری کم: بدون قطعات متحرک، منجر به عملیات ساده.
3. انعطاف پذیر و مقیاس پذیر: طراحی مدولار اجازه می دهد تا با افزودن یا حذف واحدهای غشایی، به راحتی در نرخ های جریان گاز مختلف تنظیم شود. |
1. راندمان جداسازی پایین: جداسازی تک مرحله ای تنها 80-85 درصد خلوص را به همراه دارد، که اغلب به چندین مرحله به صورت سری نیاز دارد که هزینه را افزایش می دهد.
2. حساس به شرایط: غشاها مستعد آسیب ناشی از دماهای بالا و ناخالصی ها هستند و نیاز به پیش تصفیه دقیق و عمر غشایی معمولی 3-5 سال دارند.
3. مصرف انرژی بالا برای غلظت های کم: مصرف انرژی برای جریان های گاز رقیق به طور قابل توجهی افزایش می یابد. |
تاسیسات کوچک تا متوسط با جریان گاز در نوسان (به عنوان مثال، کارخانه های شیمیایی کوچک، نیروگاه های توزیع شده)، یا به عنوان یک مرحله پیش تمرکز در یک فرآیند ترکیبی. |
