Tehnologia de separare și recuperare a dioxidului de carbon

Consumul global de energie este în creștere în procesul de dezvoltare industrială modernă, printre care sunt cele mai mari gaze naturale, petrol, cărbune și alte consum de energie fosilă. De la revoluția industrială din 1860, emisiile de CO2 au crescut de la an la an. Conform raportului de prognoză obiectiv al Administrației informațiilor energetice (EIA) al Departamentului de Energie al SUA, emisiile totale globale de CO2 pot ajunge sau depășește 45 de miliarde de tone în 2030. Emisiunea mare și accelerată de CO2 nu va agrava numai în continuare efectul de seră și va provoca încălzirea globală, ci și grav deteriorarea echilibrului ecologic și va provoca diverse probleme ecologice și de mediu, care va provoca în cele din urmă un rău de rău. La Berlin, în 2014, cel de -al cincilea raport de evaluare publicat oficial de Grupul Interguvernamental pentru schimbările climatice (IPCC) al Națiunilor Unite a menționat că tendința de creștere a emisiilor globale de gaze cu efect de seră a atins un nivel fără precedent. În absența măsurilor de reducere a emisiilor, temperatura medie globală este de așteptat să fie cu 3,7 ~ 4,8 grade mai mare decât înainte de revoluția industrială din 2100. Dioxidul de carbon este o resursă importantă de carbon. Poate fi utilizat ca materie primă pentru sintetizarea materiei organice, ca agent auxiliar pentru exploatarea petrolului și a gazelor naturale și ca un extractant pentru extragerea materiei organice într -o stare supercritică. Prin urmare, modul de separare și reciclare eficientă a CO2 emise de energia fosilă și reutilizarea ei ca resursă a devenit una dintre problemele importante pentru realizarea dezvoltării durabile în societatea modernă.

Cuvinte cheie:dioxid de carbon; tehnologie de separare și recuperare; Utilizarea resurselor

Sursele de CO2 sunt foarte răspândite și pot fi împărțite aproximativ în următoarele surse de emisie.
1) Emisiile din producția de hidrogen la plantele chimice. Rafinăriile, plantele de îngrășăminte și alte plante chimice organice necesită H2 pentru producție, care este de obicei transformată din metan, monoxid de carbon, carbon și alte substanțe după fuziunea cu vapori de apă. În timpul procesului de conversie, sunt generate CO2 și H2, dintre care aproximativ 15% sunt CO2. Cea mai mare parte a CO2 generată va fi descărcată direct în atmosferă sub formă de gaz de coadă.

2) emisiile din descompunerea minereului. Oxidul de calciu este utilizat în producerea de cenușă de sodă, acoperiri și fabricare de oțel și este de obicei obținut prin încălzirea calcarului pentru descompunere; Oxidul de magneziu este utilizat la producerea cărămizilor refractare și a cărămizilor cu magneză. Oxidul de magneziu este aproape derivat din minereul de magneziu de încălzire, iar aceste procese de descompunere a încălzirii vor avea o cantitate mare de CO2 descărcat.

3) Câmpuri de petrol și gaze. Atunci când extrage gaze naturale și petrol, este adesea întâlnit gaze mixte din câmpul petrolier care conține CO2, iar conținutul este în general ridicat, cel puțin 20% și până la 99%.

4) Industrii alimentare, biochimice și farmaceutice. În timpul procesului de producție de bere și lichior folosind metoda de fermentare pentru a produce alcool, se generează o cantitate mare de gaz CO2, cu un conținut de până la 90%~ 98%, ceea ce este o sursă de gaz CO2 cu concentrație relativ mare.

Metoda de absorbție fizică se referă la utilizarea de solvenți organici pentru a separa și absorbi componentele gazelor acid sub presiune în funcție de solubilitatea diferită a componentelor și pentru a obține regenerarea solventului prin scăderea presiunii, deci nu necesită prea multă energie de regenerare. Cheia aplicării eficiente a acestei metode este de a selecta absorbanți de înaltă calitate. Standardele de calitate sunt un punct de fierbere ridicat, solubilitate mare de CO2, proprietăți chimice non-corozive, non-toxice și stabile. În prezent, absorbanții utilizați frecvent sunt sulfolanul, fosfatul tributil, carbonatul de propilenă, metanolul și N-metilpirolidona.

Principiul acestei metode este că CO2 în gazul brut arată o solubilitate mai mare în absorbție, iar solubilitatea altor gaze este relativ mult mai mică. CO2 este eliminat pe baza acestei diferențe fizice. Este adesea utilizat în gazele solutice cu presiune parțială ridicată, absorbție sub presiune ridicată și temperatură scăzută și desorbție sub control de încălzire de joasă presiune. Încălzirea cu presiune joasă este cea mai eficientă modalitate de a reduce consumul de energie.

Metoda de absorbție chimică folosește, de asemenea, absorbant, dar absorbția și separarea CO2 depinde în principal de reacția chimică dintre absorbant și CO2. După o serie de reacții, absorbantul turnului de absorbție și CO2 în gazul brut se va îmbogăți cu o cantitate mare de CO2 centrat pe solventul de absorbție. După formarea acestui lichid bogat, acesta va fi încălzit în turnul de desorbție și în cele din urmă descompus pentru a elibera 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.

Realizarea tehnologiei de separare a membranei depinde în principal de diferitele permeabilități ale diferitelor componente prin intermediul membranelor polimerice. Atunci când se confruntă cu trecerea gazelor, membrana realizată din materiale polimerice va obține separarea gazelor în funcție de diferența de permeabilitate. Diferența de presiune este forța motrice a separarii membranei. Doar cu existența unei diferențe de presiune pot trece componentele cu o permeabilitate mai mare prin membrană și pot fi separate sub formă de debit de gaz de permeabilitate. Majoritatea gazelor cu permeabilitate scăzută vor rămâne pe partea de intrare a aerului a membranei.

Materialele de membrană utilizate în prezent pentru separarea membranei CO2 sunt în principal membrană polisulfone, membrană de acetat de celuloză, membrană polipeptidă, membrană polietersulfone și membrană poliamidă, care sunt deosebit de potrivite pentru separarea și recuperarea CO2 produsă în procesul de gaz natural și minerit petrolier. Cu toate acestea, rezistența la căldură a acestor membrane nu este foarte bună. Deși temperatura de rezistență la căldură a membranei de poliamidă în sine a atins valoarea maximă de 300 de grade, aceasta poate atinge temperatura maximă de funcționare de 50 de grade în aplicarea reală datorită limitării materialelor legate de componente ale membranei. Deoarece structura dispozitivului de separare a membranei este relativ simplă, costul necesar este mult mai mic decât cel al metodei de absorbție a solventului, dar puritatea gazului CO2 obținut la final nu este mare. Putem încerca să combinăm cele două tehnologii de separare și recuperare pentru a forma un mod de fuziune de separare fină și separare grosieră, pentru a reduce consumul general de energie și a controla costurile de investiții.

Adsorbția de balansare a presiunii este un proces uscat care a fost utilizat în principal în îndepărtarea CO2 în ultimii ani. Principiul de bază al acestei metode este că forța de adsorbție, rata de adsorbție și forța motrice a adsorbției a adsorbantului care se confruntă cu diferite gaze sunt diferite, iar schimbarea valorii presiunii va determina fluctuația capacității de adsorbție. Aceste caracteristici sunt utilizate pentru a oferi tratament sub presiune pentru a obține separarea adsorbției a gazelor mixte, iar apoi adsorbantul este regenerat prin scăderea presiunii. În acest fel, gazul poate fi separat și adsorbant poate fi utilizat ciclic.

Adsorbția de balansare a presiunii are multe avantaje în tratamentul real de separare și recuperare. Consumul scăzut de energie și presiunea scăzută de lucru sunt cele mai proeminente avantaje; Având în vedere că adsorbția de balansare a presiunii este mai potrivită pentru separarea gazelor solide, nu este necesar să se ia în considerare problema recuperării solventului și a consumului de solvent, iar adsorbentul poate avea o durată de viață lungă; Funcționarea dispozitivului de adsorbție poate fi finalizată complet automat.

Anterior, cercetătorii relevanți au propus să utilizeze adsorbția de balansare a presiunii pentru a elimina CO2 dintr -un gaz mixt de azot. În operația experimentală, primul pas este selectarea unui adsorbant cu capacitate de adsorbție și adsorbție CO2 extrem de mare. În conformitate cu cerințele indicatorilor tehnici relevanți, datele experimentale sunt calculate prin intermediul modelului pentru a finaliza proiectarea preliminară a procesului. Obiectivul experimentului este decarbonizarea de adsorbție în balansare a presiunii vaporilor de metanol care reformează gazele fisurate. Etapele de funcționare a adsorbției de balansare a presiunii sunt clarificate pe baza selecției rezonabile a adsorbanților de decarbonizare. Rezultatele finale arată că, prin purificarea hidrogenului și eliminarea CO2 în acest fel, se poate obține o puritate a hidrogenului de 99,99% și o rată de recuperare de 92%, ceea ce îmbunătățește mult rata de recuperare a hidrogenului în comparație cu dispozitive similare, ceea ce înseamnă că utilizarea resurselor poate crea beneficii economice mai semnificative.

În comparație cu metoda de adsorbție a solventului, procesul de producție de distilare criogenă este mai potrivit pentru surse de gaz cu conținut ridicat de CO2, cum ar fi surse de câmp de gaz CO2, unde conținutul de CO2 este practic în jur de 70%, iar restul este CH4, N2 și alte gaze. Metoda de distilare criogenă este foarte potrivită pentru surse de gaz cu concentrare ridicată, cu un conținut de peste 60%. De obicei, dezvoltarea câmpului de gaze va folosi procesul de distilare criogenă pentru a construi o instalație specială de procesare a gazelor CO2 care se colectează din puțurile de gaz de purificare și lichefiere pentru a obține utilizarea resurselor și produce unele produse CO2 cu valori ridicate de puritate lichidă. Sistemul de proces complet pentru producerea de CO2 lichid prin distilare criogenă include unități de procesare, cum ar fi separarea gazelor brute, desulfurizarea, deshidratarea, lichefierea frigorificării, distilarea și deshidrogenarea și depozitarea produselor.

Principiul și procesul de distilare criogenică: Cheia producției de tehnologie CO2 lichidă este de a purifica gazul CO2, de a elimina complet H2O, H2S și de impurități de hidrocarburi și de a transforma gazul brut în gaz CO2 cu concentrație ridicată. Procesul de purificare a gazului CO2 este relativ complex și dificil din punct de vedere tehnic. Alegerea tipului de proces va varia în funcție de presiunea, compoziția și temperatura câmpului de gaz CO2, dar indiferent de procesul utilizat, combinația de unități este aceeași care este, separarea materiilor prime, deshidratarea, desulfurizarea, lichefierea, distilarea și deshidrocarbonizarea. În circumstanțe normale, procesul de aplicare a procesului de distilare criogenă în separarea și recuperarea gazelor CO2 este de a încărca mai întâi gazul brut în separator, apoi de a îndepărta sulful din gazul brut și de a intra în turnul de desulfurizare și de a completa îndepărtarea apei prin unitatea de deshidratare a sitei moleculare și apoi a ajunge la sistemul de refrigerare pentru a primi un tratament cu co2 lichefiat la rece. Ultimul pas este eliminarea impurităților de hidrocarburi în unitatea de distilare. Rezervorul de depozitare criogenic este utilizat pentru a stoca produsul Lichefied CO2, iar vânzările de pe piață sunt finalizate sub formă de îmbuteliere sau camioane cu rezervor.

Producția de sodă, băuturi carbogazoase, bere și alte produse din industria ușoară nu poate fi separată de dioxidul de carbon ca materie primă. În plus, poate fi utilizat și în sinteza organică a diferitelor materii prime chimice. În plus față de sectorul de utilizare chimică cunoscută și relativ matură, dioxidul de carbon este utilizat în producerea de metanol, sinteza combinată de hidrogen a eterului dimetil și cataliză de metanol combinată și sinteza de oxid de propilenă a carbonatului dimetil.

Pe baza fotosintezei, clorofila vegetală absoarbe CO2 din aer și produce amidon de plante. În conformitate cu această lege naturală, CO2 este utilizat ca resursă pentru a face îngrășământ cu gaz, iar concentrația de CO2 în spațiul de creștere a plantelor este crescută în mod corespunzător pentru a atinge obiectivul creșterii producției. Anterior, academiile de științe agricole și întreprinderile conexe în diverse locuri au dezvoltat îngrășăminte cu gaz CO2 și le -au promovat puternic în plantarea agricolă locală. Conform statisticilor relevante, creșterea producției de legume folosind îngrășăminte cu gaz este de 20%~ 40%/mu. Este nevoie de aproximativ 100.000 de yuani pentru a finaliza construcția unui dispozitiv de îngrășăminte cu gaz de 3 ~ 5 kt/A CO2. În cadrul funcționării eficiente, poate obține un profit anual de milioane, astfel încât există un spațiu imens pentru dezvoltare. Utilizarea CO2 în îngrășământul cu gaze vegetale poate îmbunătăți eficiența fotosintezei, crește randamentul și poate îmbunătăți eficient calitatea.

Atât gustul stimulant, cât și spumarea băuturilor carbogazoase, cum ar fi berea și băuturile sunt derivate din dioxid de carbon. Diferențele de gust ale diferitelor băuturi sunt strâns legate de cantitatea de dioxid de carbon utilizat în procesul de producție. Asigurarea celor două condiții de lichid de temperatură scăzută și presurizare în procesul de producție poate accelera dizolvarea dioxidului de carbon, care se manifestă în mod specific ca carbonatare. Când capacul este deschis pentru băut, dioxidul de carbon se vaporizează din cauza creșterii temperaturii. Procesul de vaporizare absoarbe căldura și îndepărtează o parte din căldura corpului, permițând băutorului să simtă diferite grade de răcoare.

Principalul efect de aplicare al CO2 în industria alimentară este conservarea alimentelor. Comunitatea internațională consideră, în general, metoda de reducere a oxigenului natural CO2 ca metodă de conservare, cu caracteristici moderne distincte. Mai exact, conservarea atmosferei controlate de CO2 implică injectarea concentrațiilor mari de CO2 în mediul de depozitare a fructelor și legumelor pentru a reduce conținutul de O2 și pentru a inhiba respirația microorganismelor de fructe și vegetale. Motivul pentru care această metodă este binevenită de piață este că nu folosește conservanți chimici. Într-un studiu anterior, Universitatea Agricolă din China de Sud a constatat că utilizarea atmosferei controlate de CO2 pentru a stoca Litchi, intervalul de concentrație de gaze este controlat de la minimum 15% la maximum 30%, iar după 30 de zile, Litchiul își poate menține încă aroma și culoarea inițială. Când ouăle sunt plasate într -un gaz de CO2 cu o concentrație de 30% până la 40%, CO2 poate intra în coaja de ouă după 7 până la 10 zile, încetinind formarea de proteine apoase și jucând un rol în conservare. Indiferent dacă este gust, nutriție, textură sau aspect, pot rămâne neschimbate atunci când se dezghețează alimente frigorifice, în special fără conservanți chimici. Acesta este cel mai mare avantaj al CO2 în refrigerarea alimentară și conservarea. Gheața uscată este utilizată în aviație, înghețarea alimentelor și conservarea și conservarea legumelor din supermarket.

Unul dintre factorii cheie care stimulează respirația umană este dioxidul de carbon, care stimulează centrul respirator pe baza stimulării chemoreceptorilor externi ai corpului uman. Dacă corpul uman inhalează oxigen de înaltă puritate pentru o lungă perioadă de timp, acesta va înceta respirația din cauza reducerii concentrației de dioxid de carbon, care se confruntă cu un pericol deosebit de periculos de viață. Din perspectivă medicală clinică, atunci când aveți de -a face cu monoxid de carbon sever, alcaloză sau șoc, un amestec de 95% oxigen și 5% dioxid de carbon este adesea utilizat pentru tratamentul auxiliar. În plus, dioxidul de carbon este adesea utilizat în chirurgia criogenică.

Având în vedere că emisiile de gaze cu efect de seră crescând an la an și încălzire globală, Newtek acordă o importanță deosebită reducerii emisiilor de gaze cu efect de seră. În același timp, se angajează să dezvolte o nouă energie, reducând emisiile de gaze cu efect de seră din sursă și reciclarea în mod rezonabil și reutilizarea emisiilor existente. Este necesar să inovați pe baza tehnologiei de separare existente și utilizarea unor rate de recuperare a separarii mai mari pentru a sprijini dezvoltarea utilizării resurselor de dioxid de carbon, pentru a promova dezvoltarea durabilă social și pentru a îmbunătăți beneficiile sociale și economice.