Proses Teras Empat Peringkat untuk Pemulihan CO₂
Prinsip asas pemulihan CO₂ adalah untuk memisahkannya secara selektif daripada aliran gas bercampur. Ini dicapai melalui proses empat langkah standard:
1. Pra-rawatan: Penyingkiran Kotoran Gas Serombong
Gas serombong mentah mesti dibersihkan terlebih dahulu untuk mengelakkan kakisan, penyumbatan, dan kemerosotan prestasi dalam peralatan tangkapan hiliran.
Penyingkiran Debu: Precipitator elektrostatik atau penapis baghouse digunakan untuk mengeluarkan bahan zarahan (habuk), yang boleh menyumbat penjerap atau pelarut dan mengurangkan kecekapan pemisahan.
Penyahsulfuran & Denitrifikasi: Penyahsulfuran gas serombong basah (cth, kaedah batu kapur-gipsum) dan Pengurangan Katalitik Terpilih (SCR) digunakan untuk mengeluarkan sulfur dioksida (SO₂) dan nitrogen oksida (NOₓ). Kekotoran ini menyebabkan kakisan peralatan, bertindak balas untuk menghasilkan produk sampingan yang tidak diingini dengan pelarut tangkapan, dan mengurangkan ketulenan CO₂ akhir.
Dehidrasi: Penyejuk dan pengering penjerapan mengeluarkan wap air untuk mengelakkan pembentukan ais dan saluran paip tersumbat semasa proses tangkapan suhu rendah dan untuk mengelakkan pembentukan asid karbonik yang menghakis.
2. Tangkapan & Pemisahan: Pengasingan CO₂ Terpilih
Ini adalah teras proses pemulihan dan peringkat yang paling intensif dari segi teknologi dan kos, mencakupi 60-70% daripada jumlah pelaburan. Gas pra-rawatan memasuki unit tangkapan di mana CO₂ diasingkan secara terpilih daripada N₂ dan O₂ menggunakan kaedah fizikal atau kimia.
3. Pemurnian & Penapisan: Meningkatkan Ketulenan CO₂
CO₂ 'mentah' yang ditangkap (biasanya 85-95% tulen) selalunya memerlukan penulenan selanjutnya untuk membuang sisa kekotoran seperti N₂, O₂ dan H₂S. Tahap ketulenan yang diperlukan menentukan teknologi yang digunakan.
Gred Makanan (≥99.9% Ketulenan): Untuk aplikasi seperti pengkarbonan minuman atau sebagai bahan tambahan makanan, gabungan menara penjerapan (menggunakan ayak molekul untuk mengeluarkan N₂/O₂) dan lajur penyulingan (untuk mengasingkan kekotoran komponen cahaya) diperlukan.
Gred Perindustrian (95-98% Ketulenan): Untuk kegunaan seperti pemulihan minyak yang dipertingkatkan (EOR) atau sintesis kimia, keperluan ketulenan adalah kurang ketat, membolehkan proses penulenan yang dipermudahkan dan lebih kos efektif.
4. Mampatan & Penyimpanan: Penukaran kepada Keadaan Cecair atau Superkritikal
Gas CO₂ yang telah ditulenkan diberi tekanan dan disejukkan untuk penyimpanan dan pengangkutan yang cekap.
Gas dimasukkan ke dalam pemampat dan diberi tekanan (biasanya kepada 2.0-7.38 MPa) sambil disejukkan kepada -20°C hingga -30°C.
Proses ini menukarkan CO₂ kepada keadaan cecair atau superkritikal (titik kritikal CO₂: 7.38 MPa dan 31.1°C), yang kemudiannya disimpan dalam tangki terlindung khusus menunggu penggunaan atau penyerapan.
Perbandingan Teknologi Tangkapan Terkemuka
Pilihan teknologi penangkapan banyak bergantung pada ciri gas serombong, pertimbangan kos, dan keperluan operasi.
| Laluan Teknologi |
Prinsip Teras |
Kelebihan |
Kelemahan |
Aplikasi Ideal |
| Penyerapan Kimia |
Menggunakan pelarut alkali (cth, MEA, DEA) yang bertindak balas secara kimia dengan CO₂ untuk membentuk karbamat yang stabil. Pelarut kemudian dipanaskan (120-150°C) untuk memecahkan ikatan, membebaskan CO₂, dan menjana semula pelarut. |
1. Selektif Tinggi: Kecekapan tangkapan yang sangat baik (≥90%) walaupun pada kepekatan CO₂ yang rendah.
2. Teknologi Matang: Terbukti secara meluas dengan pelbagai aplikasi perindustrian. |
1. Tenaga Penjanaan Semula Tinggi: Pemanasan pelarut menyumbang lebih 70% daripada jumlah penggunaan tenaga, yang membawa kepada kos operasi yang tinggi.
2. Degradasi Pelarut: Pelarut merosot dan meruap, memerlukan penambahan semula dan berpotensi menyebabkan pencemaran sekunder.
3. Menghakis: Memerlukan bahan yang mahal dan tahan kakisan untuk peralatan. |
Senario dengan kepekatan CO₂ rendah (10-15%) dan aliran gas yang stabil, seperti loji janakuasa arang batu dan insinerator sisa kepada tenaga. |
| Penjerapan Fizikal |
Menggunakan penjerap pepejal (cth, ayak molekul, karbon teraktif, MOF) yang menangkap CO₂ pada permukaannya pada suhu rendah/tekanan tinggi. CO₂ dibebaskan (diserap) dengan menaikkan suhu atau menurunkan tekanan (TSA/PSA). |
1. Tenaga Penjanaan Semula Rendah: Penggunaan tenaga adalah 30-50% lebih rendah daripada penyerapan kimia.
2. Tidak Menghakis: Penjerap adalah lengai, membawa kepada hayat peralatan yang lebih lama.
3. Mesra Alam: Tiada kehilangan pelarut atau pencemaran yang berkaitan. |
1. Kecekapan Rendah pada Kepekatan Rendah: Paling sesuai untuk gas serombong dengan kepekatan CO₂ ≥15%.
2. Kapasiti Terhad: Penjerap mempunyai kapasiti terhingga, memerlukan kitaran penjanaan semula yang kerap dan volum peralatan yang lebih besar.
3. Terdedah kepada Kekotoran: Wap air dan kekotoran lain boleh menyahaktifkan bahan penjerap. |
Senario dengan kepekatan CO₂ yang lebih tinggi (15-25%) dan tahap kekotoran yang rendah, seperti tanur simen dan gas ketuhar kok kilang keluli. |
| Pemisahan Membran |
Menggunakan membran polimer (cth, polimida) yang telap secara terpilih kepada CO₂. Molekul CO₂ melalui membran 5-10 kali lebih cepat daripada N₂, menghasilkan aliran kaya CO₂ pada satu bahagian dan aliran CO₂ yang berkurangan di sebelah yang lain. |
1. Jejak Kompak: Tiada menara atau kapal besar diperlukan.
2. Penyelenggaraan Rendah: Tiada bahagian yang bergerak, membawa kepada operasi mudah.
3. Fleksibel & Berskala: Reka bentuk modular membolehkan pelarasan mudah kepada kadar aliran gas yang berbeza-beza dengan menambah atau mengalihkan unit membran. |
1. Kecekapan Pemisahan Rendah: Pemisahan satu peringkat hanya menghasilkan 80-85% ketulenan, selalunya memerlukan beberapa peringkat dalam siri, yang meningkatkan kos.
2. Sensitif kepada Keadaan: Membran terdedah kepada kerosakan akibat suhu tinggi dan kekotoran, memerlukan pra-rawatan yang ketat dan hayat membran biasa selama 3-5 tahun.
3. Penggunaan Tenaga Tinggi untuk Kepekatan Rendah: Penggunaan tenaga meningkat dengan ketara untuk aliran gas cair. |
Kemudahan bersaiz kecil hingga sederhana dengan aliran gas yang turun naik (cth, loji kimia kecil, stesen janakuasa teragih), atau sebagai langkah pra-penumpuan dalam proses hibrid. |
