Основни четворостепени процес за опоравак ЦО₂
Основни принцип рекуперације ЦО₂ је да се селективно одвоји од мешавине гасне струје. Ово се постиже стандардизованим процесом у четири корака:
1. Предтретман: Уклањање нечистоћа из димних гасова
Необрађени димни гас се прво мора очистити да би се спречила корозија, блокаде и деградација перформанси у опреми за хватање низводно.
Уклањање прашине: Електростатички филтери или врећасти филтери се користе за уклањање честица (прашине), које могу зачепити адсорбенте или раствараче и смањити ефикасност одвајања.
Одсумпоравање и денитрификација: Мокро одсумпоравање димних гасова (нпр. метода кречњака-гипса) и селективна каталитичка редукција (СЦР) се користе за уклањање сумпор-диоксида (СО₂) и оксида азота (НОₓ). Ове нечистоће изазивају корозију опреме, реагују на стварање нежељених нуспроизвода са растварачима за хватање и смањују коначну чистоћу ЦО₂.
Дехидрација: Хладњаци и адсорпциони сушачи уклањају водену пару да би спречили стварање леда и блокаде цевовода током процеса хватања на ниским температурама и да би се избегло стварање корозивне угљене киселине.
2. Хватање и одвајање: селективна изолација ЦО₂
Ово је срж процеса опоравка и технолошки најинтензивнија и најскупља фаза, која чини 60-70% укупне инвестиције. Претходно обрађени гас улази у јединицу за хватање где се ЦО₂ селективно одваја од Н₂ и О₂ коришћењем физичких или хемијских метода.
3. Пречишћавање и пречишћавање: Повећање чистоће ЦО₂
Ухваћени „сирови“ ЦО₂ (обично 85-95% чистоће) често захтева даље пречишћавање да би се уклониле заостале нечистоће као што су Н₂, О₂ и Х₂С. Захтевани ниво чистоће диктира технологију која се користи.
Квалитет за храну (≥99,9% чистоће): За примене као што је карбонизација пића или као адитиви за храну, потребна је комбинација адсорпционих стубова (користећи молекуларна сита за уклањање Н₂/О₂) и дестилационих колона (за одвајање нечистоћа лаких компоненти).
Индустријска класа (95-98% чистоће): За употребе као што је побољшана рекуперација уља (ЕОР) или хемијска синтеза, захтеви за чистоћом су мање строги, што омогућава поједностављен и исплативији процес пречишћавања.
4. Компресија и складиштење: Превођење у течно или суперкритично стање
Пречишћени гас ЦО₂ је под притиском и хлађен за ефикасно складиштење и транспорт.
Гас се доводи у компресоре и под притиском (обично до 2,0-7,38 МПа) док се хлади на -20°Ц до -30°Ц.
Овај процес претвара ЦО₂ у течно или суперкритично стање (ЦО₂ критична тачка: 7,38 МПа и 31,1°Ц), који се затим складишти у специјализованим, изолованим резервоарима чекајући на коришћење или секвестрацију.
Поређење водећих технологија снимања
Избор технологије захвата у великој мери зависи од карактеристика димних гасова, разматрања трошкова и оперативних захтева.
| Технолошка рута |
Основни принцип |
Предности |
Недостаци |
Идеалне апликације |
| Хемијска апсорпција |
Користи алкални растварач (нпр. МЕА, ДЕА) који хемијски реагује са ЦО₂ да би се формирао стабилан карбамат. Растварач се затим загрева (120-150°Ц) да би се прекинула веза, ослобађајући ЦО₂ и регенеришући растварач. |
1. Висока селективност: Одлична ефикасност хватања (≥90%) чак и при ниским концентрацијама ЦО₂.
2. Зрела технологија: Широко доказана у бројним индустријским применама. |
1. Висока енергија регенерације: Грејање растварачем чини преко 70% укупне потрошње енергије, што доводи до високих оперативних трошкова.
2. Деградација растварача: Растварачи деградирају и испаравају, захтевајући допуну и потенцијално изазивајући секундарно загађење.
3. Корозивно: Захтева скупе материјале отпорне на корозију за опрему. |
Сценарији са ниском концентрацијом ЦО₂ (10-15%) и стабилним протоком гаса, као што су електране на угаљ и спалионице отпада у енергију. |
| Пхисицал Адсорптион |
Користи чврсте адсорбенте (нпр. молекуларна сита, активни угаљ, МОФ) који хватају ЦО₂ на својој површини на ниским температурама/високим притисцима. ЦО₂ се ослобађа (десорбује) подизањем температуре или снижавањем притиска (ТСА/ПСА). |
1. Ниска енергија регенерације: Потрошња енергије је 30-50% мања од хемијске апсорпције.
2. Некорозивно: Адсорбенти су инертни, што доводи до дужег века трајања опреме.
3. Еколошки прихватљив: Нема губитка растварача или повезаног загађења. |
1. Нижа ефикасност при ниским концентрацијама: Најпогодније за димни гас са концентрацијом ЦО₂ ≥15%.
2. Ограничени капацитет: Адсорбенти имају ограничен капацитет, што захтева честе циклусе регенерације и веће количине опреме.
3. Осетљив на нечистоће: Водена пара и друге нечистоће могу деактивирати адсорбујући материјал. |
Сценарији са вишом концентрацијом ЦО₂ (15-25%) и ниским нивоом нечистоћа, као што су цементне пећи и коксни гас у челичанама. |
| Мембране Сепаратион |
Користи полимерне мембране (нпр. полиимид) које су селективно пропусне за ЦО₂. Молекули ЦО₂ пролазе кроз мембрану 5-10 пута брже од Н₂, стварајући струју богату ЦО₂ на једној страни и струју осиромашену ЦО2 на другој. |
1. Компактан отисак: Нису потребни велики торњеви или пловила.
2. Ниско одржавање: нема покретних делова, што доводи до једноставног рада.
3. Флексибилан и скалабилан: Модуларни дизајн омогућава лако прилагођавање различитим брзинама протока гаса додавањем или уклањањем мембранских јединица. |
1. Ниска ефикасност раздвајања: Једностепено одвајање даје само 80-85% чистоће, често захтева више фаза у серијама, што повећава трошкове.
2. Осетљивост на услове: Мембране су подложне оштећењу услед високих температура и нечистоћа, што захтева строгу претходну обраду и типичан век трајања мембране од 3-5 година.
3. Висока употреба енергије за ниске концентрације: Потрошња енергије се значајно повећава за токове разблаженог гаса. |
Мала и средња постројења са флуктуирајућим токовима гаса (нпр. мала хемијска постројења, дистрибуиране електране), или као корак пре концентрације у хибридном процесу. |
