Karbon Dioksit Ayırma ve Kurtarma Teknolojisi

Doğal gaz, petrol, kömür ve diğer fosil enerji tüketiminin en büyüğü olduğu modern endüstriyel kalkınma sürecinde küresel enerji tüketimi artmaktadır. 1860 yılında Sanayi Devrimi'nden bu yana, CO2 emisyonları her geçen yıl artmaktadır. ABD Enerji Bakanlığı'nın Enerji Bilgi İdaresi'nin (ÇED) nesnel tahmin raporuna göre, toplam küresel CO2 emisyonları 2030'da 45 milyar tona ulaşabilir veya aşabilir. CO2'nin büyük ve hızlandırılmış emisyonu, sera etkisini daha da kötüleştirmek ve küresel ısınmaya neden olmakla kalmayacak, aynı zamanda ekolojik dengeye neden olacak ve nihayetinde insana zarar verecek, aynı zamanda insana zarar verecek. 2014 yılında Berlin'de, Birleşmiş Milletler Hükümetler Arası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) tarafından resmi olarak yayınlanan Beşinci Değerlendirme Raporu, küresel sera gazı emisyonlarının büyüme eğiliminin benzeri görülmemiş bir seviyeye ulaştığını belirtti. Emisyon azaltma önlemlerinin yokluğunda, küresel ortalama sıcaklığın 2100'de sanayi devriminden 3,7 ~ 4.8 derece daha yüksek olması bekleniyor. Karbondioksit önemli bir karbon kaynağıdır. Organik maddeyi sentezlemek için bir hammadde olarak, petrol ve doğal gazın sömürülmesi için yardımcı bir ajan olarak ve süperkritik bir durumda organik maddenin çıkarılması için bir ekstrakt olarak kullanılabilir. Bu nedenle, fosil enerji ile yayılan CO2'nin etkili bir şekilde ayrılacağı ve geri dönüştürülmesi ve bir kaynak olarak yeniden kullanılması, modern toplumda sürdürülebilir kalkınmaya ulaşmak için önemli sorunlardan biri haline gelmiştir.

Anahtar Kelimeler:karbondioksit; Ayrılık ve kurtarma teknolojisi; kaynak kullanımı

CO2 kaynakları çok yaygındır ve kabaca aşağıdaki emisyon kaynaklarına bölünebilir.
1) Kimyasal bitkilerde hidrojen üretiminden kaynaklanan emisyonlar. Rafineriler, gübre bitkileri ve diğer organik kimyasal bitkiler, genellikle su buharı ile füzyondan sonra metan, karbon monoksit, karbon ve diğer maddelerden dönüştürülen üretim için H2 gerektirir. Dönüşüm işlemi sırasında, yaklaşık% 15'i CO2 olan CO2 ve H2 üretilir. Üretilen CO2'nin çoğu, kuyruk gazı şeklinde doğrudan atmosfere boşaltılacaktır.

2) Cevher ayrışmasından kaynaklanan emisyonlar. Kalsiyum oksit, soda külü, kaplamalar ve çelik üretiminde kullanılır ve genellikle ayrışma için ısıtma ile elde edilir; Magnezyum oksit, refrakter tuğlalar ve magnezya tuğlalarının üretiminde kullanılır. Magnezyum oksit neredeyse ısıtma magnezyum cevherinden türetilmiştir ve bu ısıtma ayrışma işlemleri büyük miktarda CO2 boşaltılacaktır.

3) Petrol ve gaz alanları. Doğal gaz ve petrol madenciliği yaparken, CO2 içeren karışık petrol sahası gazı sıklıkla karşılaşılır ve içerik genellikle en az% 20 ve% 99'a kadar yüksektir.

4) Gıda, biyokimyasal ve ilaç endüstrileri. Alkol üretmek için fermantasyon yöntemini kullanan bira ve likör üretim sürecinde, büyük miktarda CO2 gazı üretilir,%90 kadar yüksek bir içerikle, nispeten yüksek konsantrasyon CO2 gaz kaynağıdır.

Fiziksel absorpsiyon yöntemi, bileşenlerin farklı çözünürlüğüne göre basınç altında asit gazı bileşenlerini ayırmak ve emmek ve basıncı düşürerek çözücü rejenerasyonu elde etmek için organik çözücülerin kullanımını ifade eder, bu nedenle çok fazla rejenerasyon enerjisi gerektirmez. Bu yöntemin etkili uygulanmasının anahtarı, yüksek kaliteli emiciler seçmektir. Kalite standartları yüksek kaynama noktası, büyük CO2 çözünürlüğü, korozif olmayan, toksik olmayan ve kararlı kimyasal özelliklerdir. Şu anda, yaygın olarak kullanılan absorbers sülfolan, tributil fosfat, propilen karbonat, metanol ve N-metilpirrolidondur.

Bu yöntemin prensibi, ham gazdaki CO2'nin emicide daha yüksek bir çözünürlük göstermesi ve diğer gazların çözünürlüğünün nispeten çok daha küçük olmasıdır. CO2, bu fiziksel farka göre çıkarılır. Genellikle yüksek kısmi basınç, yüksek basınç ve düşük sıcaklık altında emilim ve düşük basınçlı ısıtma kontrolü altında desorpsiyonda çözünen gazlarda kullanılır. Düşük basınçlı ısıtma, enerji tüketimini azaltmanın en etkili yoludur.

Kimyasal absorpsiyon yöntemi de emici kullanır, ancak CO2'nin emilimi ve ayrılması esas olarak emici ve CO2 arasındaki kimyasal reaksiyona bağlıdır. Bir dizi reaksiyondan sonra, emme kulesindeki emici ve çiğ gazdaki CO2, emilim çözücüsü üzerinde merkezlenmiş büyük miktarda CO2 ile zenginleştirilecektir. Bu zengin sıvının oluşumundan sonra, desorpsiyon kulesinde ısıtılacak ve son olarak CO2 salgılamak için ayrıştırılacaktır.

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.

Membran ayırma teknolojisinin gerçekleştirilmesi esas olarak polimer membranlar yoluyla farklı bileşenlerin farklı geçirgenlerine bağlıdır. Gaz geçişine bakarken, polimer malzemelerinden yapılmış membran, geçirgenlik farkına göre gaz ayırma sağlayacaktır. Basınç farkı, membran ayrılmasının itici gücüdür. Sadece bir basınç farkının varlığı ile daha yüksek geçirgenliğe sahip gaz bileşenleri zardan geçebilir ve permeasyon gazı akışı şeklinde ayrılabilir. Düşük geçirgenliğe sahip çoğu gaz, membranın hava giriş tarafında kalacaktır.

Şu anda CO2 membran ayrımı için kullanılan membran malzemeleri, esas olarak polisülfon membran, selüloz asetat membran, polipeptit membran, polietlersülfon membran ve poliamid membrandır, bu da özellikle doğal gaz ve petrol madenciliği sürecinde üretilen CO2'yi ayırmak ve geri kazanmak için uygundur. Bununla birlikte, bu membranların ısı direnci çok iyi değildir. Poliamid membranın kendisinin ısı direnci sıcaklığı maksimum 300 dereceye ulaşmış olsa da, membran bileşeniyle ilişkili malzemelerin sınırlaması nedeniyle yalnızca gerçek uygulamada 50 derecenin maksimum çalışma sıcaklığına ulaşabilir. Membran ayırma cihazının yapısı nispeten basit olduğundan, gerekli maliyet solvent emme yönteminden çok daha düşüktür, ancak sonunda elde edilen CO2 gazının saflığı yüksek değildir. İki ayırma ve kurtarma teknolojisini, ince ayırma ve kaba ayrılık füzyon modu oluşturmak, genel enerji tüketimini azaltmak ve yatırım maliyetlerini kontrol etmek için birleştirmeye çalışabiliriz.

Basınç salınım adsorpsiyonu, son yıllarda esas olarak CO2 çıkarılmasında kullanılan kuru bir işlemdir. Bu yöntemin temel prensibi, farklı gazlarla karşı karşıya olan adsorbanın adsorpsiyon kuvveti, adsorpsiyon oranı ve adsorpsiyon itici kuvvetinin farklı olması ve basınç değerindeki değişimin adsorpsiyon kapasitesinin dalgalanmasına neden olmasıdır. Bu özellikler, karışık gazların adsorpsiyon ayrılmasını sağlamak için basınçlı tedavi vermek için kullanılır ve daha sonra adsorban basıncı düşürerek rejenere edilir. Bu şekilde, gaz ayrılabilir ve adsorban döngüsel olarak kullanılabilir.

Basınç salınımı adsorpsiyonunun gerçek ayrılma ve iyileşme tedavisinde birçok avantajı vardır. Düşük enerji tüketimi ve düşük çalışma basıncı en belirgin avantajlardır; Basınç salınımı adsorpsiyonunun gaz katı ayrımı için daha uygun olduğu düşünüldüğünde, çözücü geri kazanımı ve çözücü tüketimi problemini dikkate almaya gerek yoktur ve adsorbanın uzun bir hizmet ömrüne sahip olabilir; Adsorpsiyon cihazının çalışması tamamen otomatik olarak tamamlanabilir.

Daha önce, ilgili araştırmacılar, CO2'yi azot karışık gazdan uzaklaştırmak için basınç salıncak adsorpsiyonunu kullanmayı önermişlerdi. Deneysel operasyonda, ilk adım aşırı yüksek CO2 adsorpsiyon ve adsorpsiyon kapasitesine sahip bir adsorban seçmektir. İlgili teknik göstergelerin gereksinimlerine uygun olarak, deneysel veriler, sürecin ön tasarımını tamamlamak için model aracılığıyla hesaplanır. Deneyin nesnesi, metanol buharının reformu çatlak gazının basınç salınımı adsorpsiyonunun kararsızlaştırılmasıdır. Basınç salınımı adsorpsiyon işlem adımları, karbonizasyon adsorbanlarının makul seçimine göre açıklığa kavuşturulur. Nihai sonuçlar, hidrojeni saflaştırarak ve CO2'yi bu şekilde çıkararak% 99.99 hidrojen saflığı ve% 92'lik bir geri kazanım oranının elde edilebileceğini, bu da hidrojen geri kazanım oranını benzer cihazlarla karşılaştırıldığında büyük ölçüde iyileştirdiğini göstermektedir, bu da kaynak kullanımının daha önemli ekonomik faydalar yaratabileceği anlamına gelir.

Solvent adsorpsiyon yöntemi ile karşılaştırıldığında, kriyojenik damıtma üretim süreci, CO2 içeriğinin temel olarak%70 olduğu ve geri kalanı CH4, N2 ve diğer gazlar olduğu CO2 gaz alanı kaynakları gibi yüksek CO2 içeriğine sahip gaz kaynakları için daha uygundur. Kriyojenik damıtma yöntemi,%60'tan fazla içeriğe sahip yüksek konsantrasyon gazı kaynakları için çok uygundur. Genellikle, gaz alanı geliştirme, kaynak kullanımını sağlamak ve yüksek sıvı saflık değerlerine sahip bazı CO2 ürünleri üretmek için gazı kuyularından arındırıcı ve sıvılaştırma gazı kuyularından toplanan özel bir CO2 gaz işleme tesisi oluşturmak için kriyojenik damıtma işlemini kullanacaktır. Kriyojenik damıtma yoluyla sıvı CO2 üretmek için tam işlem sistemi, çiğ gazın ayrılması, desülfürizasyon, dehidrasyon, soğutucu alanın sıvılaşması, damıtma ve dehidrojenasyon ve ürünlerin depolanması gibi işleme birimlerini içerir.

Kriyojenik damıtma prensibi ve süreci: Sıvı CO2 teknolojisinin üretiminin anahtarı CO2 gazını saflaştırmak, H2O, H2S ve hidrokarbon safsızlıklarını tamamen çıkarmak ve ham gazı yüksek konsantrasyon CO2 gazına dönüştürmektir. CO2 gazını saflaştırma işlemi nispeten karmaşık ve teknik olarak zordur. İşlem tipi seçimi, CO2 gaz alanının basıncı, bileşimi ve sıcaklığına göre değişecektir, ancak hangi işlem kullanılırsa kullanılsın, birim kombinasyonu hammaddelerin ayrılması, dehidrasyon, desülfürizasyon, sıvılaşma, damıtma ve dehidrokarbonizasyon. Normal koşullar altında, CO2 gaz ayırma ve geri kazanımında kriyojenik damıtma işleminin uygulama işlemi, önce çiğ gazı ayırıcıya yüklemek, daha sonra çiğ gazdaki kükürt çıkarmak ve desülfürizasyon kulesine girmek ve moleküler elek dehidrasyon ünitesi boyunca su çıkarma işlemini tamamlamak ve daha sonra soğuk sıvılaştırılmış CO2 tedavisi almak için soğutma sistemine ulaşmaktır. Son adım, damıtma ünitesindeki hidrokarbon safsızlıklarını gidermektir. Kriyojenik depolama tankı, sıvılaştırılmış CO2 ürününü saklamak için kullanılır ve pazar satışları şişeleme veya tank kamyonları şeklinde tamamlanır.

Işık endüstrisindeki soda, karbonatlı içecekler, bira ve diğer ürünlerin üretimi hammadde olarak karbondioksitten ayrılamaz. Ek olarak, çeşitli kimyasal hammaddelerin organik sentezinde de kullanılabilir. Bilinen ve nispeten olgun kimyasal kullanım sektörüne ek olarak, karbondioksit, metanol üretiminde, dimetil eterin kombine hidrojen sentezi ve dimetil karbonatın kombine metanol kataliz ve propilen oksit sentezinde kullanılır.

Fotosenteze dayanarak, bitki klorofil havadan CO2'yi emer ve bitki nişastası üretir. Bu doğal yasa uyarınca, CO2 gaz gübresi yapmak için bir kaynak olarak kullanılır ve üretim artış hedefine ulaşmak için bitki büyüme alanındaki CO2 konsantrasyonu uygun şekilde arttırılır. Daha önce, tarımsal bilim akademileri ve çeşitli yerlerdeki ilgili işletmeler CO2 gaz gübreleri geliştirmiş ve bunları yerel tarım ekiminde şiddetle tanıtmışlardır. İlgili istatistiklere göre, gaz gübreleri kullanan sebzelerin üretimindeki artış%20 ~%40/MU'dur. 3 ~ 5 kT/A CO2 gaz gübresi cihazının inşasını tamamlamak yaklaşık 100.000 yuan gerektirir. Etkili operasyon altında, yıllık milyonlarca kar elde edebilir, bu nedenle kalkınma için büyük bir alan vardır. Bitki gazı gübrelerinde CO2 kullanımı fotosentez verimliliğini artırabilir, verimi artırabilir ve kaliteyi etkili bir şekilde iyileştirebilir.

Hem uyarıcı tadı hem de bira ve içecekler gibi karbonatlı içeceklerin köpürmesi karbondioksitten türetilir. Farklı içeceklerin tat farkları, üretim sürecinde kullanılan karbondioksit miktarı ile yakından ilişkilidir. Üretim sürecinde düşük sıcaklıklı sıvı ve basınçlandırmanın iki koşulunun sağlanması, özellikle karbonasyon olarak ortaya çıkan karbondioksitin çözünmesini hızlandırabilir. Kapak içmek için açıldığında, sıcaklık artışı nedeniyle karbondioksit buharlaşır. Buharlaşma işlemi ısıyı emer ve vücudun ısısının bir kısmını alır ve içicinin farklı derecelerde serinlik hissetmesine izin verir.

CO2'nin gıda endüstrisindeki ana uygulama etkisi gıda korumasıdır. Uluslararası topluluk genellikle CO2 doğal oksijen azaltma yöntemini farklı modern özelliklere sahip bir koruma yöntemi olarak görür. Spesifik olarak, CO2 kontrollü atmosferin korunması, O2 içeriğini azaltmak ve meyve ve sebze mikroorganizmalarının solunumunu inhibe etmek için meyve ve sebze depolama ortamına yüksek konsantrasyonlarda CO2 enjekte edilmesini içerir. Bu yöntemin piyasa tarafından yaygın olarak karşılanmasının nedeni, kimyasal koruyucular kullanmamasıdır. Önceki bir çalışmada, Güney Çin Tarım Üniversitesi, Litchi'yi depolamak için CO2 kontrollü bir atmosfer kullanımının, gaz konsantrasyon aralığının en az% 15'ten maksimum% 30'a kontrol edildiğini ve 30 gün sonra Litchi'nin orijinal lezzetini ve rengini koruyabileceğini buldu. Yumurtalar% 30 ila% 40 konsantrasyona sahip bir CO2 gazına yerleştirildiğinde, CO2 7 ila 10 gün sonra yumurta kabuğuna girebilir, sulu protein oluşumunu yavaşlatır ve korumada rol oynar. Tat, beslenme, doku veya görünüm olsun, soğutulmuş yiyecekleri çözerken, özellikle kimyasal koruyucular olmadan değişmeden kalabilirler. Bu, gıda soğutma ve korumada CO2'nin en büyük avantajıdır. Kuru buz havacılık, gıda donma ve koruma ve süpermarket sebze korumasında kullanılır.

İnsan nefes almayı uyaran temel faktörlerden biri, insan vücudunun dış kemoreseptörlerinin uyarılmasına dayanarak solunum merkezini uyaran karbondioksittir. İnsan vücudu uzun süre yüksek saflıkta oksijeni solursa, karbon dioksit konsantrasyonunun azaltılması nedeniyle nefes almayı durdurur ve hayatı tehdit eden büyük bir tehlike ile karşı karşıyadır. Klinik tıbbi perspektiften, şiddetli karbon monoksit, alkaloz veya şokla uğraşırken, yardımcı tedavi için genellikle% 95 oksijen ve% 5 karbondioksit karışımı kullanılır. Ek olarak, karbondioksit genellikle kriyojenik cerrahide kullanılır.

Sera gazı emisyonları her geçen yıl arttıkça ve küresel ısınma ile Newtek, sera gazı emisyonlarını azaltmak için büyük önem veriyor. Aynı zamanda, yeni enerjinin geliştirilmesine, kaynaktan gelen sera gazı emisyonlarını azaltmaya ve mevcut emisyonların makul olarak geri dönüşümüne ve yeniden kullanılmasına bağlıdır. Mevcut ayrılık teknolojisine dayanarak yenilik yapmak ve karbondioksit kaynak kullanımının geliştirilmesini desteklemek, sosyal olarak sürdürülebilir kalkınmayı teşvik etmek ve sosyal ve ekonomik faydaları arttırmak için daha yüksek ayrılık geri kazanım oranları kullanmak gerekir.