CO₂ पुनर्प्राप्ति के लिए मुख्य चार चरणीय प्रक्रिया
CO₂ पुनर्प्राप्ति का मूल सिद्धांत इसे मिश्रित गैस धारा से चयनात्मक रूप से अलग करना है। इसे मानकीकृत चार-चरणीय प्रक्रिया के माध्यम से प्राप्त किया जाता है:
1. पूर्व-उपचार: ग्रिप गैस अशुद्धता हटाना
डाउनस्ट्रीम कैप्चर उपकरण में जंग, रुकावट और प्रदर्शन में गिरावट को रोकने के लिए कच्ची ग्रिप गैस को पहले साफ किया जाना चाहिए।
धूल हटाना: इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर्स या बैगहाउस फिल्टर का उपयोग पार्टिकुलेट मैटर (धूल) को हटाने के लिए किया जाता है, जो अधिशोषक या सॉल्वैंट्स को रोक सकता है और पृथक्करण दक्षता को कम कर सकता है।
डीसल्फराइजेशन और डीनाइट्रीकरण: सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) और नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOₓ) को हटाने के लिए वेट फ्लू-गैस डिसल्फराइजेशन (उदाहरण के लिए, चूना पत्थर-जिप्सम विधि) और सेलेक्टिव कैटेलिटिक रिडक्शन (SCR) का उपयोग किया जाता है। ये अशुद्धियाँ उपकरण के क्षरण का कारण बनती हैं, कैप्चर सॉल्वैंट्स के साथ अवांछित उपोत्पाद बनाने के लिए प्रतिक्रिया करती हैं, और अंतिम CO₂ शुद्धता को कम करती हैं।
निर्जलीकरण: कम तापमान कैप्चर प्रक्रियाओं के दौरान बर्फ के निर्माण और पाइपलाइन की रुकावटों को रोकने और संक्षारक कार्बोनिक एसिड के गठन से बचने के लिए कूलर और सोखने वाले ड्रायर जल वाष्प को हटा देते हैं।
2. कैप्चर और पृथक्करण: चयनात्मक CO₂ अलगाव
यह पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया का मूल और सबसे तकनीकी रूप से गहन और महंगा चरण है, जो कुल निवेश का 60-70% है। पूर्व-उपचारित गैस एक कैप्चर यूनिट में प्रवेश करती है जहां CO₂ को भौतिक या रासायनिक तरीकों का उपयोग करके N₂ और O₂ से चुनिंदा रूप से अलग किया जाता है।
3. शुद्धिकरण एवं शोधन: CO₂ शुद्धता बढ़ाना
कैप्चर किए गए 'कच्चे' CO₂ (आमतौर पर 85-95% शुद्ध) को अक्सर N₂, O₂ और H₂S जैसी अवशिष्ट अशुद्धियों को हटाने के लिए आगे शुद्धिकरण की आवश्यकता होती है। आवश्यक शुद्धता का स्तर उपयोग की जाने वाली तकनीक को निर्धारित करता है।
खाद्य-ग्रेड (≥99.9% शुद्धता): पेय कार्बोनेशन या खाद्य योज्य जैसे अनुप्रयोगों के लिए, सोखना टावरों (एन₂/ओ₂ को हटाने के लिए आणविक छलनी का उपयोग करके) और आसवन कॉलम (प्रकाश-घटक अशुद्धियों को अलग करने के लिए) के संयोजन की आवश्यकता होती है।
औद्योगिक-ग्रेड (95-98% शुद्धता): उन्नत तेल पुनर्प्राप्ति (ईओआर) या रासायनिक संश्लेषण जैसे उपयोगों के लिए, शुद्धता की आवश्यकताएं कम कठोर हैं, जिससे सरलीकृत और अधिक लागत प्रभावी शुद्धिकरण प्रक्रिया की अनुमति मिलती है।
4. संपीड़न और भंडारण: तरल या सुपरक्रिटिकल अवस्था में रूपांतरण
कुशल भंडारण और परिवहन के लिए शुद्ध CO₂ गैस पर दबाव डाला जाता है और ठंडा किया जाता है।
गैस को कंप्रेसर में डाला जाता है और -20°C से -30°C तक ठंडा करते समय दबाव डाला जाता है (आमतौर पर 2.0-7.38 MPa तक)।
यह प्रक्रिया CO₂ को एक तरल या सुपरक्रिटिकल अवस्था (CO₂ महत्वपूर्ण बिंदु: 7.38 MPa और 31.1°C) में परिवर्तित करती है, जिसे बाद में उपयोग या पृथक्करण की प्रतीक्षा में विशेष, इंसुलेटेड टैंकों में संग्रहीत किया जाता है।
अग्रणी कैप्चर प्रौद्योगिकियों की तुलना
कैप्चर तकनीक का चुनाव ग्रिप गैस विशेषताओं, लागत विचारों और परिचालन आवश्यकताओं पर काफी हद तक निर्भर करता है।
| प्रौद्योगिकी मार्ग |
मूल सिद्धांत |
लाभ |
हानि |
आदर्श अनुप्रयोग |
| रासायनिक अवशोषण |
एक क्षारीय विलायक (उदाहरण के लिए, एमईए, डीईए) का उपयोग करता है जो एक स्थिर कार्बामेट बनाने के लिए CO₂ के साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करता है। फिर बंधन को तोड़ने, CO₂ छोड़ने और विलायक को पुनर्जीवित करने के लिए विलायक को (120-150°C) गर्म किया जाता है। |
1. उच्च चयनात्मकता: कम CO₂ सांद्रता पर भी उत्कृष्ट कैप्चर दक्षता (≥90%)।
2. परिपक्व प्रौद्योगिकी: कई औद्योगिक अनुप्रयोगों के साथ व्यापक रूप से सिद्ध। |
1. उच्च पुनर्जनन ऊर्जा: सॉल्वेंट हीटिंग कुल ऊर्जा खपत का 70% से अधिक के लिए जिम्मेदार है, जिससे उच्च परिचालन लागत होती है।
2. सॉल्वेंट का क्षरण: सॉल्वैंट्स का क्षरण और अस्थिरता होती है, जिससे पुनःपूर्ति की आवश्यकता होती है और संभावित रूप से द्वितीयक प्रदूषण होता है।
3. संक्षारक: उपकरण के लिए महंगी, संक्षारण प्रतिरोधी सामग्री की आवश्यकता होती है। |
कम CO₂ सांद्रता (10-15%) और स्थिर गैस प्रवाह वाले परिदृश्य, जैसे कोयला आधारित बिजली संयंत्र और अपशिष्ट-से-ऊर्जा भस्मक। |
| भौतिक अवशोषण |
ठोस अवशोषक (उदाहरण के लिए, आणविक छलनी, सक्रिय कार्बन, एमओएफ) का उपयोग करते हैं जो कम तापमान/उच्च दबाव पर CO₂ को अपनी सतह पर जमा करते हैं। तापमान बढ़ाने या दबाव (टीएसए/पीएसए) कम करने से सीओ₂ उत्सर्जित (अवशोषित) होता है। |
1. कम पुनर्जनन ऊर्जा: रासायनिक अवशोषण की तुलना में ऊर्जा की खपत 30-50% कम है।
2. गैर-संक्षारक: अधिशोषक निष्क्रिय होते हैं, जिससे उपकरण का जीवन लंबा हो जाता है।
3. पर्यावरण के अनुकूल: कोई विलायक हानि या संबंधित प्रदूषण नहीं। |
1. कम सांद्रता पर कम दक्षता: CO₂ सांद्रता ≥15% के साथ ग्रिप गैस के लिए सबसे उपयुक्त।
2. सीमित क्षमता: अधिशोषक की क्षमता सीमित होती है, जिसके लिए बार-बार पुनर्जनन चक्र और बड़ी उपकरण मात्रा की आवश्यकता होती है।
3. अशुद्धियों के प्रति संवेदनशील: जल वाष्प और अन्य अशुद्धियाँ अधिशोषक सामग्री को निष्क्रिय कर सकती हैं। |
उच्च CO₂ सांद्रता (15-25%) और कम अशुद्धता स्तर वाले परिदृश्य, जैसे सीमेंट भट्टियां और स्टील मिल कोक ओवन गैस। |
| झिल्ली पृथक्करण |
पॉलिमर झिल्लियों (उदाहरण के लिए, पॉलीमाइड) का उपयोग करता है जो CO₂ के लिए चयनात्मक रूप से पारगम्य हैं। CO₂ अणु N₂ की तुलना में 5-10 गुना तेजी से झिल्ली से गुजरते हैं, जिससे एक तरफ CO₂-समृद्ध धारा और दूसरी तरफ CO₂-क्षीण धारा बनती है। |
1. कॉम्पैक्ट फ़ुटप्रिंट: किसी बड़े टॉवर या जहाज़ की आवश्यकता नहीं है।
2. कम रखरखाव: कोई हिलने वाला भाग नहीं, जिससे ऑपरेशन सरल हो जाता है।
3. लचीला और स्केलेबल: मॉड्यूलर डिज़ाइन झिल्ली इकाइयों को जोड़कर या हटाकर अलग-अलग गैस प्रवाह दरों में आसान समायोजन की अनुमति देता है। |
1. कम पृथक्करण क्षमता: एकल-चरण पृथक्करण से केवल 80-85% शुद्धता प्राप्त होती है, जिसके लिए अक्सर श्रृंखला में कई चरणों की आवश्यकता होती है, जिससे लागत बढ़ जाती है।
2. स्थितियों के प्रति संवेदनशील: झिल्लियाँ उच्च तापमान और अशुद्धियों से क्षति के प्रति संवेदनशील होती हैं, जिसके लिए सख्त पूर्व-उपचार और 3-5 साल के सामान्य झिल्ली जीवन की आवश्यकता होती है।
3. कम सांद्रता के लिए उच्च ऊर्जा का उपयोग: तनु गैस धाराओं के लिए ऊर्जा की खपत काफी बढ़ जाती है। |
उतार-चढ़ाव वाले गैस प्रवाह के साथ छोटी से मध्यम आकार की सुविधाएं (उदाहरण के लिए, छोटे रासायनिक संयंत्र, वितरित बिजली स्टेशन), या हाइब्रिड प्रक्रिया में पूर्व-एकाग्रता चरण के रूप में। |
