CO₂ қалпына келтірудің негізгі төрт сатылы процесі
CO₂ қалпына келтірудің негізгі принципі оны аралас газ ағынынан таңдаулы түрде бөлу болып табылады. Бұған стандартталған төрт қадамды процесс арқылы қол жеткізіледі:
1. Алдын ала өңдеу: түтін газының қоспаларын кетіру
Төменгі ағынды түсіру жабдығындағы коррозияны, бітелуді және өнімділіктің төмендеуін болдырмау үшін алдымен шикі түтін газын тазалау керек.
Шаңды кетіру: электростатикалық тұндырғыштар немесе қапшық сүзгілері адсорбенттерді немесе еріткіштерді бітеп, бөлу тиімділігін төмендетуі мүмкін бөлшектерді (шаң) кетіру үшін қолданылады.
Күкіртті тазарту және денитрификация: күкірт диоксиді (SO₂) мен азот оксидтерін (NOₓ) жою үшін ылғалды түтін газын күкіртсіздандыру (мысалы, әктас-гипс әдісі) және селективті каталитикалық қалпына келтіру (SCR) қолданылады. Бұл қоспалар жабдықтың коррозиясын тудырады, тұтқыр еріткіштермен қажетсіз жанама өнімдерді жасау үшін әрекет етеді және соңғы CO₂ тазалығын төмендетеді.
Сусыздандыру: салқындатқыштар мен адсорбциялық кептіргіштер төмен температурада ұстау процестері кезінде мұздың пайда болуы мен құбырдың бітелуіне жол бермеу және коррозиялық көмір қышқылының пайда болуын болдырмау үшін су буын жояды.
2. Түсіру және бөлу: таңдамалы CO₂ оқшаулау
Бұл қалпына келтіру процесінің өзегі және жалпы инвестицияның 60-70% құрайтын ең технологиялық қарқынды және шығынды кезең. Алдын ала өңделген газ физикалық немесе химиялық әдістерді қолдану арқылы CO₂ N₂ және O₂-дан таңдамалы түрде бөлінетін ұстау блогына түседі.
3. Тазарту және тазарту: CO₂ тазалығын арттыру
Ұсталған 'шикі' CO₂ (әдетте 85-95% таза) N₂, O₂ және H₂S сияқты қалдық қоспаларды кетіру үшін жиі қосымша тазалауды қажет етеді. Қажетті тазалық деңгейі қолданылатын технологияны талап етеді.
Азық-түлік сыныбы (≥99,9% тазалық): сусындарды газдандыру немесе тағамдық қоспа ретінде қолдану үшін адсорбция мұнараларының (N₂/O₂ кетіру үшін молекулалық електерді пайдалану) және айдау бағандарының (жеңіл компонентті қоспаларды бөлу үшін) комбинациясы қажет.
Өнеркәсіптік дәреже (95-98% тазалық): Мұнайды жоғарылату (EOR) немесе химиялық синтез сияқты пайдаланулар үшін тазалық талаптары азырақ қатаңырақ, бұл оңайлатылған және үнемді тазарту процесіне мүмкіндік береді.
4. Сығымдау және сақтау: Сұйық немесе суперкритикалық күйге түрлендіру
Тазартылған CO₂ газы тиімді сақтау және тасымалдау үшін қысыммен және салқындатылады.
Газ компрессорларға беріледі және қысыммен (әдетте 2,0-7,38 МПа дейін) -20 ° C-тан -30 ° C-қа дейін салқындатылады.
Бұл процесс CO₂ сұйық немесе суперкритикалық күйге (CO₂ сыни нүктесі: 7,38 МПа және 31,1°C) түрлендіреді, ол кейін кәдеге жаратуды немесе секвестрлеуді күтіп тұрған мамандандырылған оқшауланған резервуарларда сақталады.
Жетекші түсіру технологияларын салыстыру
Түсіру технологиясын таңдау негізінен түтін газының сипаттамаларына, шығындарға және пайдалану талаптарына байланысты.
| Технология бағыты |
Негізгі принцип |
Артықшылықтары |
Кемшіліктері |
Идеал қолданбалар |
| Химиялық сіңіру |
Тұрақты карбамат түзу үшін CO₂-мен химиялық әрекеттесетін сілтілі еріткіш (мысалы, MEA, DEA) пайдаланады. Содан кейін еріткіш байланысты үзу, CO₂ шығару және еріткішті қалпына келтіру үшін қыздырылады (120-150°C). |
1. Жоғары селективтілік: CO₂ төмен концентрацияларында да тамаша түсіру тиімділігі (≥90%).
2. Жетілген технология: көптеген өнеркәсіптік қолданбалармен кеңінен дәлелденген. |
1. Жоғары регенерация энергиясы: еріткішпен қыздыру жалпы энергия тұтынудың 70%-дан астамын құрайды, бұл жоғары пайдалану шығындарына әкеледі.
2. Еріткіштің ыдырауы: еріткіштер нашарлайды және ұшады, толықтыруды қажет етеді және қайталама ластануды тудыруы мүмкін.
3. Коррозиялық: Жабдық үшін қымбат, коррозияға төзімді материалдарды қажет етеді. |
Төмен CO₂ концентрациясы (10-15%) және тұрақты газ ағыны бар сценарийлер, мысалы, көмірмен жұмыс істейтін электр станциялары және қалдықтарды энергияға айналдыратын пештер. |
| Физикалық адсорбция |
Төмен температурада/жоғары қысымда бетінде СО₂ ұстайтын қатты адсорбенттерді (мысалы, молекулалық електер, белсендірілген көмір, MOF) пайдаланады. CO₂ температураны көтеру немесе қысымды төмендету (TSA/PSA) арқылы шығарылады (десорбцияланады). |
1. Төмен регенерация энергиясы: энергияны тұтыну химиялық сіңіруден 30-50% төмен.
2. Коррозиялық емес: адсорбенттер инертті, бұл жабдықтың қызмет ету мерзімін ұзартады.
3. Экологиялық таза: еріткіштің жоғалуы немесе онымен байланысты ластануы жоқ. |
1. Төмен концентрациялардағы тиімділік: CO₂ концентрациясы ≥15% түтін газы үшін ең қолайлы.
2. Шектеулі сыйымдылық: Адсорбенттердің шектеулі сыйымдылығы бар, олар жиі регенерация циклдарын және үлкен жабдық көлемін қажет етеді.
3. Қоспаларға сезімтал: су буы және басқа қоспалар адсорбент материалын сөндіруі мүмкін. |
Жоғары CO₂ концентрациясы (15-25%) және қоспа деңгейі төмен сценарийлер, мысалы, цемент пештері және болат диірменінің кокс пеші газы. |
| Мембрананы бөлу |
CO₂ селективті өткізгіш полимерлі мембраналарды (мысалы, полиимидті) пайдаланады. CO₂ молекулалары мембрана арқылы N₂-ге қарағанда 5-10 есе жылдам өтіп, бір жағында СО₂-ға бай ағын, ал екінші жағынан CO₂-ға бай ағын жасайды. |
1. Ықшам із: үлкен мұнаралар немесе кемелер қажет емес.
2. Төмен техникалық қызмет көрсету: Жылжымалы бөліктердің болмауы, қарапайым жұмыс істеуге әкеледі.
3. Икемді және масштабталатын: Модульдік дизайн мембраналық қондырғыларды қосу немесе алып тастау арқылы әртүрлі газ ағынының жылдамдығын оңай реттеуге мүмкіндік береді. |
1. Төмен бөлу тиімділігі: бір сатылы бөлу тек 80-85% тазалық береді, жиі сериялы бірнеше кезеңді қажет етеді, бұл шығындарды арттырады.
2. Жағдайларға сезімтал: мембраналар жоғары температура мен қоспалардан зақымдануға бейім, олар қатаң алдын ала өңдеуді және 3-5 жыл қалыпты мембрананың қызмет ету мерзімін талап етеді.
3. Төмен концентрациялар үшін жоғары энергияны пайдалану: сұйылтылған газ ағындары үшін энергия тұтыну айтарлықтай артады. |
Ауыспалы газ ағындары бар шағын және орта өлшемді қондырғылар (мысалы, шағын химиялық зауыттар, бөлінген электр станциялары) немесе гибридті процесте алдын ала шоғырландыру сатысы ретінде. |
