תהליך ארבעת השלבים המרכזי להתאוששות CO₂
העיקרון הבסיסי של שחזור CO₂ הוא להפריד אותו באופן סלקטיבי מזרם גז מעורב. זה מושג באמצעות תהליך סטנדרטי בן ארבעה שלבים:
1. טיפול מקדים: סילוק טומאות גז הפליטה
יש לנקות תחילה את גז הפליטה הגולמי כדי למנוע קורוזיה, חסימות ופגיעה בביצועים בציוד הלכידה במורד הזרם.
הסרת אבק: משקעים אלקטרוסטטיים או מסנני שקיות משמשים להסרת חלקיקים (אבק), שעלולים לסתום סופחים או ממסים ולהפחית את יעילות ההפרדה.
הסרת גופרית ודניטריזציה: הסרת גזי פליטה רטובים (למשל, שיטת אבן גיר-גבס) והפחתה קטליטית סלקטיבית (SCR) משמשים להסרת דו תחמוצת הגופרית (SO₂) ותחמוצות החנקן (NOₓ). זיהומים אלו גורמים לקורוזיה של ציוד, מגיבים ליצירת תוצרי לוואי לא רצויים עם ממיסים לכידה ומפחיתים את טוהר ה-CO₂ הסופי.
התייבשות: מצננים ומייבשי ספיחה מסירים אדי מים כדי למנוע היווצרות קרח וחסימת צנרת במהלך תהליכי לכידה בטמפרטורה נמוכה וכדי למנוע היווצרות חומצה פחמנית קורוזיבית.
2. לכידה והפרדה: בידוד CO₂ סלקטיבי
זהו הליבה של תהליך ההבראה והשלב האינטנסיבי והיקר ביותר מבחינה טכנולוגית, המהווה 60-70% מסך ההשקעה. הגז שטופל מראש נכנס ליחידת לכידה שבה CO₂ מופרד באופן סלקטיבי מ-N₂ ו-O₂ בשיטות פיזיקליות או כימיות.
3. טיהור וזיקוק: הגברת טוהר ה-CO₂
ה-CO₂ ה'גולמי' שנלכד (בדרך כלל 85-95% טהור) דורש לעתים קרובות טיהור נוסף כדי להסיר זיהומים שיוריים כמו N₂, O₂ ו- H₂S. רמת הטוהר הנדרשת מכתיבה את הטכנולוגיה שבה נעשה שימוש.
בדרגת מזון (≥99.9% טוהר): עבור יישומים כמו גז משקאות או כתוסף מזון, נדרש שילוב של מגדלי ספיחה (באמצעות נפות מולקולריות להסרת N₂/O₂) ועמודות זיקוק (להפרדת זיהומים ממרכיבים קלים).
בדרגה תעשייתית (95-98% טוהר): לשימושים כגון שחזור שמן משופר (EOR) או סינתזה כימית, דרישות הטוהר פחות מחמירות, מה שמאפשר תהליך טיהור פשוט וחסכוני יותר.
4. דחיסה ואחסון: המרה למצב נוזלי או על קריטי
גז ה-CO₂ המטוהר מופעל בלחץ ומקורר לאחסון והובלה יעילים.
הגז מוזן לתוך מדחסים ונלחץ (בדרך כלל ל-2.0-7.38 MPa) תוך קירור ל-20°C עד -30°C.
תהליך זה הופך את ה-CO₂ למצב נוזלי או סופר קריטי (נקודה קריטית של CO₂: 7.38 MPa ו-31.1°C), אשר מאוחסן לאחר מכן במיכלים מיוחדים ומבודדים ממתינים לניצול או לקיבוע.
השוואה בין טכנולוגיות לכידת מובילות
הבחירה בטכנולוגיית לכידה תלויה במידה רבה במאפייני גזי הפליטה, שיקולי עלות ודרישות תפעול.
| מסלול טכנולוגיה |
עיקרון הליבה |
יתרונות |
חסרונות |
יישומים אידיאליים |
| קליטה כימית |
משתמש בממס אלקליין (למשל, MEA, DEA) המגיב כימית עם CO₂ ליצירת קרבמט יציב. לאחר מכן הממס מחומם (120-150 מעלות צלזיוס) כדי לשבור את הקשר, לשחרר את ה-CO₂ וליצור מחדש את הממס. |
1. סלקטיביות גבוהה: יעילות לכידה מעולה (≥90%) אפילו בריכוזי CO₂ נמוכים.
2. טכנולוגיה בוגרת: מוכחת רבות עם יישומים תעשייתיים רבים. |
1. אנרגיית התחדשות גבוהה: חימום ממס מהווה למעלה מ-70% מצריכת האנרגיה הכוללת, מה שמוביל לעלויות תפעול גבוהות.
2. פירוק ממס: ממיסים מתכלים ומתנדפים, דורשים חידוש ויכולים לגרום לזיהום משני.
3. קורוזיבי: דורש חומרים יקרים ועמידים בפני קורוזיה לציוד. |
תרחישים עם ריכוז CO₂ נמוך (10-15%) וזרימת גז יציבה, כגון תחנות כוח פחמיות ומשרפות פסולת לאנרגיה. |
| ספיחה פיזית |
משתמש בחומרי ספיגה מוצקים (למשל, נפות מולקולריות, פחם פעיל, MOFs) הלוכדים CO₂ על פני השטח שלהם בטמפרטורות נמוכות/לחצים גבוהים. ה-CO₂ משתחרר (נפרע) על ידי העלאת הטמפרטורה או הורדת הלחץ (TSA/PSA). |
1. אנרגיית התחדשות נמוכה: צריכת האנרגיה נמוכה ב-30-50% מספיגה כימית.
2. לא מאכל: חומרי הספיחה הם אינרטיים, מה שמוביל לחיי ציוד ארוכים יותר.
3. ידידותי לסביבה: ללא אובדן ממס או זיהום נלווה. |
1. יעילות נמוכה יותר בריכוזים נמוכים: מתאים ביותר לגז פליטה עם ריכוזי CO₂ ≥15%.
2. קיבולת מוגבלת: לסופחים יש קיבולת סופית, הדורשים מחזורי התחדשות תכופים ונפחי ציוד גדולים יותר.
3. רגישים לזיהומים: אדי מים וזיהומים אחרים יכולים להשבית את החומר הסופג. |
תרחישים עם ריכוז CO₂ גבוה יותר (15-25%) ורמות נמוכות של טומאה, כגון כבשני מלט וגז קולה טחנת פלדה. |
| הפרדת ממברנה |
משתמש בממברנות פולימריות (למשל, polyimide) החדירות באופן סלקטיבי ל-CO₂. מולקולות CO₂ עוברות דרך הממברנה פי 5-10 מהר יותר מ-N₂, ויוצרות זרם עשיר ב-CO₂ בצד אחד וזרם מדולדל של CO₂ בצד השני. |
1. טביעת רגל קומפקטית: אין צורך במגדלים או כלי שיט גדולים.
2. תחזוקה נמוכה: ללא חלקים נעים, מה שמוביל לתפעול פשוט.
3. גמיש וניתן להרחבה: עיצוב מודולרי מאפשר התאמה קלה לקצבי זרימת גז משתנים על ידי הוספה או הסרה של יחידות ממברנה. |
1. יעילות הפרדה נמוכה: הפרדה חד-שלבית מניבה טוהר של 80-85% בלבד, ולעתים קרובות מצריכה מספר שלבים בסדרה, מה שמגדיל את העלות.
2. רגישות לתנאים: ממברנות רגישות לנזקים מטמפרטורות גבוהות ולכלוכים, הדורשים טיפול מקדים קפדני וחיי ממברנה טיפוסיים של 3-5 שנים.
3. שימוש באנרגיה גבוהה לריכוזים נמוכים: צריכת האנרגיה עולה באופן משמעותי עבור זרמי גז מדוללים. |
מתקנים קטנים עד בינוניים עם תנודות בזרימת גז (למשל, מפעלים כימיים קטנים, תחנות כוח מבוזרות), או כשלב ריכוז מראש בתהליך היברידי. |
