Oglekļa dioksīda atdalīšanas un atveseļošanās tehnoloģija

Mūsdienu rūpniecības attīstības procesā palielinās globālais enerģijas patēriņš, starp kuriem ir lielākais dabasgāze, nafta, ogles un cits fosilās enerģijas patēriņš. Kopš industriālās revolūcijas 1860. gadā CO2 emisijas ir palielinājušās gadu no gada. Saskaņā ar ASV Enerģētikas departamenta Enerģētikas informācijas administrācijas (EIA) objektīvo prognožu ziņojumu kopējās globālās CO2 emisijas 2030. gadā var sasniegt vai pārsniegt 45 miljardus tonnu. Lielā un paātrinātā CO2 emisija ne tikai vēl vairāk saasinās siltumnīcu un radīs globālo sasilšanu, bet arī nopietni sabojā ekoloģisko līdzsvaru un izraisīs dažādas ekoloģiskas un vides problēmas, kas galu galā nodarīs kaitējumu cilvēkiem. Berlīnē 2014. gadā piektais novērtējuma ziņojums, ko oficiāli publiskojusi Starpvaldību komisija par Klimata pārmaiņām (IPCC) Apvienoto Nāciju Organizācijā, minēja, ka globālo siltumnīcefekta gāzu emisiju izaugsmes tendence ir sasniegusi nepieredzētu līmeni. Ja nav emisijas samazināšanas pasākumu, paredzams, ka vidējā temperatūra globālā temperatūra būs par 3,7 ~ 4,8 grādiem augstāka nekā pirms rūpnieciskās revolūcijas 2100. gada. Oglekļa dioksīds ir svarīgs oglekļa resurss. To var izmantot kā izejvielu organisko vielu sintezēšanai, kā palīgvielu naftas un dabasgāzes izmantošanai un kā ekstraktu organisko vielu ekstrahēšanai superkritiskā stāvoklī. Tāpēc tas, kā efektīvi atdalīt un pārstrādāt CO2, ko izstaro fosilā enerģija un atkārtoti jāizmanto tā kā resurss, ir kļuvis par vienu no svarīgiem jautājumiem, lai sasniegtu ilgtspējīgu attīstību mūsdienu sabiedrībā.

Atslēgas vārdi:oglekļa dioksīds; atdalīšanas un atveseļošanās tehnoloģija; resursu izmantošana

CO2 avoti ir ļoti plaši izplatīti, un tos var aptuveni sadalīt šādos emisijas avotos.
1) Emisijas no ūdeņraža ražošanas ķīmiskajos augos. Rafinēšanas rūpnīcām, mēslošanas augiem un citiem organiskiem ķīmiskiem augiem ražošanai ir nepieciešams H2, ko parasti pārveido no metāna, oglekļa monoksīda, oglekļa un citām vielām pēc saplūšanas ar ūdens tvaikiem. Pārveidošanas procesa laikā tiek ģenerēti CO2 un H2, no kuriem aptuveni 15% ir CO2. Lielākā daļa ģenerētā CO2 tiks tieši izvadīta atmosfērā astes gāzes veidā.

2) Emisijas no rūdas sadalīšanās. Kalcija oksīdu izmanto sodas pelnu, pārklājumu un tērauda ražošanā, un parasti to iegūst, sildot kaļķakmeni sadalīšanai; Magnija oksīdu izmanto ugunsizturīgu ķieģeļu un magnija ķieģeļu ražošanā. Magnija oksīds ir gandrīz iegūts no sildīšanas magnija rūdas, un šiem sildīšanas sadalīšanās procesiem būs liels daudzums CO2.

3) naftas un gāzes lauki. Bieži sastopama dabasgāzes un eļļas ieguves rūpnīca, bieži sastopama jaukta naftas atradņu gāze, kas satur CO2, un saturs parasti ir augsts, vismaz 20% un līdz 99%.

4) Pārtikas, bioķīmiskās un farmācijas nozares. Alus un šķidruma ražošanas procesā, izmantojot fermentācijas metodi alkohola ražošanai, tiek izveidots liels daudzums CO2 gāzes ar saturu, kas ir pat 90%~ 98%, kas ir salīdzinoši augstas koncentrācijas CO2 gāzes avots.

Fiziskās absorbcijas metode attiecas uz organisko šķīdinātāju izmantošanu, lai atdalītu un absorbētu skābes gāzes komponentus zem spiediena atbilstoši komponentu atšķirīgajai šķīdībai un panāktu šķīdinātāja atjaunošanos, pazeminot spiedienu, tāpēc tai nav nepieciešama pārāk liela reģenerācijas enerģija. Šīs metodes efektīvās pielietošanas atslēga ir augstas kvalitātes absorbētāju atlasīšana. Kvalitātes standarti ir augsts viršanas punkts, liela CO2 šķīdība, nekorozīvas, netoksiskas un stabilas ķīmiskās īpašības. Pašlaik parasti izmantotie absorbenti ir sulfolāns, tributilfosfāts, propilēna karbonāts, metanols un N-metilpirolidons.

Šīs metodes princips ir tāds, ka CO2 neapstrādātā gāzē uzrāda lielāku absorbcijas šķīdību, un citu gāzu šķīdība ir salīdzinoši daudz mazāka. CO2 tiek noņemts, pamatojoties uz šo fizisko atšķirību. To bieži izmanto izšķīdušās gāzēs ar augstu daļēju spiedienu, absorbciju augstā spiedienā un zemā temperatūrā, kā arī desorbciju zema spiediena sildīšanas kontrolē. Zema spiediena apkure ir visefektīvākais veids, kā samazināt enerģijas patēriņu.

Ķīmiskā absorbcijas metode izmanto arī absorbējošu, bet CO2 absorbcija un atdalīšana galvenokārt ir atkarīga no ķīmiskās reakcijas starp absorbentu un CO2. Pēc virknes reakciju absorbcijas torņa absorbcijas un neapstrādātas gāzes CO2 tiks bagātināts ar lielu daudzumu CO2, kura centrā ir absorbcijas šķīdinātājs. Pēc šī bagātīgā šķidruma izveidošanas tas tiks uzkarsēts desorbcijas tornī un beidzot sadalās, lai atbrīvotu CO2.

In practical applications, the absorbents used more often include alkaline solvents such as hot potassium carbonate, sodium hydroxide, calcium hydroxide, and different types of amine solutions. Because the absorption and desorption of steric histamines are not too difficult, they are widely used in the separation of CO2 by absorption. The CO2 absorption rates shown by various types of amine-based solvents are different. Compared with primary amines and secondary amines, the reaction rate of tertiary amines is much lower, mainly because there is no directly connected hydrogen proton on the nitrogen atom of tertiary amines. Steric histamines have multiple non-chain substituents on the nitrogen atom structure, such as 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP). When facing the same CO2 reaction, it is faster than tertiary amines and slower than secondary amines and primary amines with chain substituents. The large CO2 load is the biggest advantage of tertiary amines and sterically hindered amines. Relevant scholars have compared and studied the absorption of CO2 by several amines, specifically diisopropanolamine (DIPA), monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), N-methyldiethanolamine (MDEA), and 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP). The results show that the different concentrations of amine solutions will affect the specific reaction rate. When the concentration of amine-based solvents is high, the reaction rates of several amines are ranked as MEA>DEA>AMP>DIPA>MDEA, and kinetics plays an important role in this process; when the concentration of amine-based solvents is low, the characteristics of the amines carrying CO2 load can be seen, and the reaction rate ranking at this time is MEA>AMP>DEA>DIPA>MDEA.

Membrānas atdalīšanas tehnoloģijas realizācija galvenokārt ir atkarīga no dažādu sastāvdaļu atšķirīgajām caurlaidībām caur polimēru membrānām. Saskaroties ar gāzes šķērsošanu, membrāna, kas izgatavota no polimēra materiāliem, sasniegs gāzes atdalīšanu atbilstoši caurlaidības atšķirībai. Spiediena atšķirība ir membrānas atdalīšanas virzītājspēks. Tikai ar spiediena starpības esamību gāzes sastāvdaļas ar augstāku caurlaidību var iziet caur membrānu un tikt atdalītas caurlaidības gāzes plūsmas veidā. Lielākā daļa gāzu ar zemu caurlaidību uzturēsies membrānas gaisa ieplūdes pusē.

Membrānas materiāli, ko pašlaik izmanto CO2 membrānas atdalīšanai, galvenokārt ir polisulfona membrāna, celulozes acetāta membrāna, polipeptīdu membrāna, poleetersulfona membrāna un poliamīda membrāna, kas ir īpaši piemēroti CO2 atdalīšanai un atgūšanai dabas gāzes un naftas ieguves procesā. Tomēr šo membrānu karstuma izturība nav īpaši laba. Kaut arī pašas poliamīda membrānas siltuma pretestības temperatūra ir sasniegusi maksimālo vērtību 300 grādu, tā var sasniegt tikai maksimālo darba temperatūru 50 grādos faktiskajā pielietojumā, pateicoties membrānas komponentu saistīto materiālu ierobežošanai. Tā kā membrānas atdalīšanas ierīces struktūra ir samērā vienkārša, nepieciešamās izmaksas ir daudz zemākas nekā šķīdinātāja absorbcijas metodei, bet galu galā iegūtā CO2 gāzes tīrība nav augsta. Mēs varam mēģināt apvienot divas atdalīšanas un atveseļošanās tehnoloģijas, lai veidotu smalkas atdalīšanas un rupjas atdalīšanas saplūšanas režīmu, samazinātu kopējo enerģijas patēriņu un kontrolētu ieguldījumu izmaksas.

Spiediena šūpošanās adsorbcija ir sauss process, ko galvenokārt izmanto CO2 noņemšanā pēdējos gados. Šīs metodes pamatprincips ir tāds, ka adsorbcijas spēks, adsorbcijas ātrums un adsorbenta adsorbcijas virzošais spēks, kas saskaras ar dažādām gāzēm, ir atšķirīgi, un spiediena vērtības maiņa izraisīs adsorbcijas spējas svārstības. Šie raksturlielumi tiek izmantoti, lai nodrošinātu spiedienu, lai panāktu jauktu gāzu adsorbcijas atdalīšanu, un pēc tam adsorbentu atjauno, pazeminot spiedienu. Tādā veidā gāzi var atdalīt, un adsorbentu var izmantot cikliski.

Spiediena šūpošanās adsorbcijai ir daudz priekšrocību faktiskajā atdalīšanas un atjaunošanās ārstēšanā. Zems enerģijas patēriņš un zems darba spiediens ir visredzamākās priekšrocības; Ņemot vērā to, ka spiediena šūpošanās adsorbcija ir piemērotāka gāzes cietai atdalīšanai, nav jāņem vērā šķīdinātāja atjaunošanās un šķīdinātāja patēriņa problēma, un adsorbentam var būt ilgs kalpošanas laiks; Adsorbcijas ierīces darbību var pabeigt pilnībā automātiski.

Iepriekš attiecīgie pētnieki ierosināja izmantot spiediena šūpošanās adsorbciju, lai noņemtu CO2 no slāpekļa jauktas gāzes. Eksperimentālajā operācijā pirmais solis ir izvēlēties adsorbentu ar īpaši augstu CO2 adsorbcijas un adsorbcijas spēju. Stingrā saskaņā ar attiecīgo tehnisko rādītāju prasībām eksperimentālie dati tiek aprēķināti, izmantojot modeli, lai pabeigtu procesa provizorisko projektēšanu. Eksperimenta mērķis ir metanola tvaiku reformējošās plaisāšanas gāzes spiediena šūpošanās adsorbcijas dekarbonizācija. Spiediena šūpošanās adsorbcijas darbības darbības tiek precizētas, pamatojoties uz saprātīgu dekarbonizācijas adsorbentu izvēli. Galīgie rezultāti rāda, ka, attīrot ūdeņradi un šādā veidā noņemot CO2, var sasniegt ūdeņraža tīrību 99,99% un atjaunošanās ātrumu 92%, kas ievērojami uzlabo ūdeņraža atveseļošanās ātrumu, salīdzinot ar līdzīgām ierīcēm, kas nozīmē, ka resursu izmantošana var radīt nozīmīgākus ekonomiskus ieguvumus.

Salīdzinot ar šķīdinātāja adsorbcijas metodi, kriogēnā destilācijas ražošanas process ir vairāk piemērots gāzes avotiem ar augstu CO2 saturu, piemēram, CO2 gāzes lauka avotiem, kur CO2 saturs principā ir aptuveni 70%, bet pārējais ir CH4, N2 un citas gāzes. Kriogēnā destilācijas metode ir ļoti piemērota augstas koncentrācijas gāzes avotiem, kuru saturs pārsniedz 60%. Parasti gāzes lauka attīstība izmantos kriogēno destilācijas procesu, lai izveidotu īpašu CO2 gāzes pārstrādes iekārtu, kas savākta no attīrīšanas un sašķidrināšanas gāzes akām, lai sasniegtu resursu izmantošanu un ražotu dažus CO2 produktus ar augstām šķidruma tīrības vērtībām. Pilnīga šķidruma CO2 ražošanas sistēma ar kriogēno destilāciju ietver apstrādes vienības, piemēram, neapstrādātas gāzes atdalīšanu, desulfurizāciju, dehidratāciju, aukstumaģenta sašķidrināšanu, destilāciju un dehidrogenēšanu, kā arī produktu uzglabāšanu.

Kriogēnās destilācijas princips un process: šķidruma CO2 tehnoloģijas ražošanas atslēga ir CO2 gāzes attīrīšana, pilnībā noņemt H2O, H2S un ogļūdeņražu piemaisījumus un pārvērtiet neapstrādātu gāzi par augstu koncentrācijas CO2 gāzi. CO2 gāzes attīrīšanas process ir salīdzinoši sarežģīts un tehniski grūts. Procesa veida izvēle mainīsies atkarībā no CO2 gāzes lauka spiediena, sastāva un temperatūras, taču neatkarīgi no tā, kurš process tiek izmantots, vienības kombinācija ir tāda pati, kas ir, izejvielu atdalīšana, dehidratācija, desulfurizācija, sašķidrināšana, destilācija un dehidrokarbonizācija. Normālos apstākļos kriogēnā destilācijas procesa pielietošanas process CO2 gāzes atdalīšanā un reģenerācijā ir vispirms ielādēt neapstrādātu gāzi separatorā, pēc tam noņemt sēru neapstrādātā gāzē un ievadīt desulfurizācijas torni un aizpildiet ūdens noņemšanu, izmantojot molekulāro sietu dehidratācijas bloku, un pēc tam sasniedziet saldēšanas sistēmu, lai saņemtu aukstu saīsinātu CO2 apstrādi. Pēdējais solis ir noņemt ogļūdeņraža piemaisījumus destilācijas blokā. Kriogēnā uzglabāšanas tvertne tiek izmantota sašķidrinātā CO2 produkta uzglabāšanai, un tirgus pārdošanas apjomi ir pabeigti pudeļu pildīšanas vai tanku kravas automašīnu veidā.

Sodas, gāzētu dzērienu, alus un citu produktu ražošanu gaismas nozarē nevar atdalīt no oglekļa dioksīda kā izejvielu. Turklāt to var izmantot arī dažādu ķīmisko izejvielu organiskajā sintēzē. Papildus zināmajai un salīdzinoši nobriedušajai ķīmiskās izmantošanas nozarei oglekļa dioksīdu izmanto metanola ražošanā, dimetilētera kombinētā ūdeņraža sintēzē un kombinētā metanola katalīzē un dimetilkarbonāta propilēnoksīda sintēzē.

Balstoties uz fotosintēzi, augu hlorofils absorbē CO2 no gaisa un ražo augu cieti. Saskaņā ar šo dabisko likumu CO2 tiek izmantots kā resurss gāzes mēslojuma veidošanai, un CO2 koncentrācija augu augšanas telpā tiek pienācīgi palielināta, lai sasniegtu mērķi palielināt ražošanu. Iepriekš lauksaimniecības zinātnes akadēmijas un ar to saistītie uzņēmumi dažādās vietās ir izstrādājuši CO2 gāzes mēslojumu un enerģiski reklamējuši tos vietējā lauksaimniecības stādīšanā. Saskaņā ar attiecīgo statistiku dārzeņu ražošanas pieaugums, izmantojot gāzes mēslošanas līdzekļus, ir 20%~ 40%/mu. Lai pabeigtu 3 ~ 5 kt/A CO2 gāzes mēslojuma ierīces būvniecību, ir nepieciešami apmēram 100 000 juaņu. Efektīvā darbībā tas var sasniegt miljoniem gadu peļņu, tāpēc attīstībai ir milzīga vieta. CO2 izmantošana augu gāzes mēslojumā var uzlabot fotosintēzes efektivitāti, palielināt ražu un efektīvi uzlabot kvalitāti.

Gan stimulējošā garša, gan gāzēto dzērienu putošana, piemēram, alus un dzērieni, ir iegūti no oglekļa dioksīda. Dažādu dzērienu garšas atšķirības ir cieši saistītas ar oglekļa dioksīda daudzumu, ko izmanto ražošanas procesā. Nodrošinot divus zemas temperatūras šķidruma un spiediena apstākļu ražošanas procesā, var paātrināt oglekļa dioksīda izšķīšanu, kas īpaši izpaužas kā gāzēšana. Kad vāks tiek atvērts dzeršanai, oglekļa dioksīds iztvaicē temperatūras paaugstināšanās dēļ. Iztvaikošanas process absorbē siltumu un atņem daļu no ķermeņa karstuma, ļaujot dzērājam sajust dažādas vēsuma pakāpes.

CO2 galvenā lietojuma ietekme pārtikas rūpniecībā ir pārtikas saglabāšana. Starptautiskā sabiedrība parasti uzskata CO2 dabiskā skābekļa samazināšanas metodi kā saglabāšanas metodi ar atšķirīgām mūsdienu īpašībām. Konkrēti, CO2 kontrolēta atmosfēras saglabāšana ietver augstas CO2 koncentrācijas ievadīšanu augļu un dārzeņu uzglabāšanas vidē, lai samazinātu O2 saturu un kavētu augļu un dārzeņu mikroorganismu elpošanu. Iemesls, kāpēc šo metodi plaši atzinīgi vērtē tirgus, ir tas, ka tā neizmanto ķīmiskos konservantus. Iepriekšējā pētījumā Dienvidķīnas lauksaimniecības universitāte atklāja, ka CO2 kontrolētas atmosfēras izmantošana litchi glabāšanai, gāzes koncentrācijas diapazons tiek kontrolēts no vismaz 15% līdz maksimāli 30%, un pēc 30 dienām litči joprojām var saglabāt sākotnējo aromātu un krāsu. Kad olas tiek novietotas CO2 gāzē ar koncentrāciju no 30% līdz 40%, CO2 var iekļūt olu čaumalā pēc 7 līdz 10 dienām, palēninot ūdeņaina olbaltumvielu veidošanos un spēlējot lomu saglabāšanā. Neatkarīgi no tā, vai tā ir garša, uzturs, tekstūra vai izskats, tie var palikt nemainīgi, atkausējot atdzesētu pārtiku, it īpaši bez ķīmiskiem konservantiem. Šī ir lielākā CO2 priekšrocība pārtikas saldē un saglabāšanā. Sauso ledu izmanto aviācijā, pārtikas sasalšanā un saglabāšanā, kā arī lielveikalu dārzeņu saglabāšanā.

Viens no galvenajiem faktoriem, kas stimulē cilvēka elpošanu, ir oglekļa dioksīds, kas stimulē elpošanas centru, pamatojoties uz cilvēka ķermeņa ārējo ķīmoreceptoru stimulēšanu. Ja cilvēka ķermenis ilgu laiku ieelpo augstas tīrības pakāpes skābekli, tas pārtrauks elpošanu oglekļa dioksīda koncentrācijas samazināšanas dēļ, saskaroties ar lielām dzīvībai bīstamām briesmām. No klīniskā medicīniskā viedokļa, strādājot ar smagu oglekļa monoksīdu, alkalozi vai šoku, bieži izmanto 95% skābekļa un 5% oglekļa dioksīda maisījumu. Turklāt kriogēnā ķirurģijā bieži lieto oglekļa dioksīdu.

Tā kā siltumnīcefekta gāzu emisijas palielinās gadu no gada un globālā sasilšana, Newtek piešķir lielu nozīmi siltumnīcefekta gāzu emisiju samazināšanai. Tajā pašā laikā tā ir apņēmusies attīstīt jaunu enerģiju, samazinot siltumnīcefekta gāzu emisijas no avota un saprātīgi pārstrādājot un atkārtoti izmanto esošās emisijas. Ir nepieciešams ieviest jauninājumus, pamatojoties uz esošo atdalīšanas tehnoloģiju, un jāizmanto augstāki atdalīšanas reģenerācijas rādītāji, lai atbalstītu oglekļa dioksīda resursu izmantošanas attīstību, veicinātu sociāli ilgtspējīgu attīstību un uzlabotu sociālos un ekonomiskos ieguvumus.