Szén -dioxid elválasztási és helyreállítási technológia

A globális energiafogyasztás növekszik a modern ipari fejlődés folyamatában, amelyek között a legnagyobb a földgáz, az olaj, a szén és az egyéb fosszilis energiafogyasztás. Az 1860 -as ipari forradalom óta a CO2 -kibocsátás évről évre növekszik. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának energiainformációs adminisztrációjának (KHV) objektív előrejelzési jelentése szerint a teljes globális CO2 -kibocsátás 2030 -ban elérheti vagy meghaladhatja a 45 milliárd tonnát. A CO2 nagy és felgyorsított kibocsátása nemcsak tovább súlyosbítja az üvegházhatást, hanem súlyosan károsítja az ökológiai egyensúlyt, és különféle ökológiai és környezeti problémákat okoz, amelyek végül ártalmat okoznak az embereknek. 2014 -ben Berlinben az Egyesült Nemzetek Szervezetének Kormányközi Klímaváltozási Testületének (IPCC) hivatalosan kiadott ötödik értékelési jelentése megemlítette, hogy a globális üvegházhatású gázok kibocsátásának globális növekedési tendenciája példátlan szintet ért el. A kibocsátáscsökkentési intézkedések hiányában a globális átlaghőmérséklet várhatóan 3,7 ~ 4,8 fokot mutat, mint a 2100 -as ipari forradalom előtt. A szén -dioxid fontos szénforrás. Használható alapanyagként a szerves anyagok szintetizálására, kiegészítő szerként az olaj és a földgáz kizsákmányolására, és kivonószerként a szerves anyagok szuperkritikus állapotban történő kinyerésére. Ezért a fosszilis energia által kibocsátott CO2 hatékony elkülönítése és újrahasznosítása, és erőforrásként újrafelhasználni vált a fenntartható fejlődés elérése érdekében a modern társadalomban.

Kulcsszavak:szén -dioxid; elválasztási és helyreállítási technológia; erőforrás -felhasználás

A CO2 forrásai nagyon elterjedtek, és nagyjából eloszthatók a következő kibocsátási forrásokra.
1) A kémiai növények hidrogéntermeléséből származó kibocsátások. A finomítóknak, a műtrágya növényeknek és más szerves vegyi növényeknek H2 -t igényelnek a termeléshez, amelyet általában metánból, szén -monoxidból, szénből és más anyagból alakítanak át a vízgőzzel történő fúzió után. A konverziós folyamat során CO2 és H2 generálódnak, amelynek kb. 15% -a CO2. A generált CO2 nagy részét közvetlenül a légkörbe ürítik farokgáz formájában.

2) Az ércbomlásból származó kibocsátások. A kalcium -oxidot szóda hamu, bevonatok és acélgyártás előállításához használják, és általában mészkő melegítésével nyerik a bomláshoz; A magnézium -oxidot tűzálló téglák és magnézium -téglák előállításához használják. A magnézium -oxid szinte a magnézium ércének melegítéséből származik, és ezeknek a fűtési bomlási folyamatoknak nagy mennyiségű CO2 leszerelhető.

3) Olaj- és gázmezők. Amikor a földgáz és az olaj bányászata gyakran fordul elő, a CO2 -t tartalmazó vegyes olajmezős gázt gyakran előfordul, és a tartalom általában magas, legalább 20% és akár 99%.

4) Élelmiszer-, biokémiai és gyógyszeripar. A sör és a likőr gyártási folyamata során az alkohol előállításához fermentációs módszert alkalmazva nagy mennyiségű CO2-gázt állít elő, amelynek tartalma 90%~ 98%, ami egy viszonylag magas koncentrációs CO2-gázforrás.

A fizikai abszorpciós módszer arra utal, hogy a szerves oldószerek használják a savas gázkomponenseket nyomás alatt az alkatrészek eltérő oldhatóságának megfelelően történő elkülönítésére és felszívására, és az oldószer regenerációjának elérése érdekében a nyomás csökkentésével, így nem igényel túl sok regenerációs energiát. Ennek a módszernek a tényleges alkalmazásának kulcsa a kiváló minőségű abszorbens kiválasztása. A minőségi előírások nagy forráspontú, nagy CO2-oldhatóság, nem korrózív, nem mérgező és stabil kémiai tulajdonságok. Jelenleg az általánosan használt abszorbensek a szulfolán, a tributil-foszfát, a propilén-karbonát, a metanol és az N-metil-pirrolidon.

Ennek a módszernek az elve az, hogy a nyers gáz CO2 nagyobb oldhatóságát mutatja az abszorbensben, és más gázok oldhatósága viszonylag sokkal kisebb. A CO2 -t ennek a fizikai különbségnek a alapján eltávolítják. Gyakran használják oldott gázokban, nagy részleges nyomáson, nagy nyomás és alacsony hőmérsékleten történő abszorpcióval, valamint alacsony nyomású fűtési szabályozás alatt történő deszorpcióval. Az alacsony nyomású fűtés a leghatékonyabb módszer az energiafogyasztás csökkentésére.

A kémiai abszorpciós módszer szintén használja az abszorbenset, de a CO2 abszorpciója és szétválasztása elsősorban az abszorbens és a CO2 közötti kémiai reakciótól függ. A reakció sorozatát követően az abszorpciós torony abszorbens és a nyers gáz CO2 -je nagy mennyiségű CO2 -vel dúsul az abszorpciós oldószerre. A gazdag folyadék kialakulása után a deszorpciós toronyban melegszik, és végül bomlik, hogy felszabadítsa a CO2 -t.

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.

A membrán -elválasztási technológia megvalósítása elsősorban a különféle komponensek különböző permeabilitásától függ a polimer membránokon keresztül. A gáz átkeléssel szemben a polimer anyagokból készült membrán a permeabilitás különbségének megfelelően eléri a gáz elválasztását. A nyomáskülönbség a membrán elválasztásának hajtóereje. Csak a nyomáskülönbség létezésével léphetnek át a nagyobb permeabilitással rendelkező gázkomponensek a membránon, és elválaszthatók permeációs gázáramlás formájában. A legtöbb alacsony permeabilitású gáz a membrán levegő bemeneti oldalán marad.

A CO2 membrán elválasztásához jelenleg alkalmazott membrán anyagok elsősorban a poliszulfon membrán, a cellulóz -acetát membrán, a polipeptid membrán, a polieterszulfon membrán és a poliamid membrán, amelyek különösen alkalmasak a természetes gáz- és olajbányászat folyamatában előállított CO2 elválasztására és visszanyerésére. Ezen membránok hőállósága azonban nem túl jó. Noha a poliamid membrán hőállóságának hőmérséklete elérte a 300 fokos maximális értéket, csak a tényleges alkalmazásban csak 50 fokos működési hőmérsékletet érheti el a membránkomponensekkel kapcsolatos anyagok korlátozása miatt. Mivel a membrán elválasztó eszköz szerkezete viszonylag egyszerű, a szükséges költségek sokkal alacsonyabbak, mint az oldószer abszorpciós módszere, de a végén kapott CO2 -gáz tisztasága nem magas. Megpróbálhatjuk kombinálni a két elválasztási és helyreállítási technológiát, hogy a finom elválasztás és a durva elválasztás fúziós módját képezzük, csökkentsük az általános energiafogyasztást, és ellenőrizzük a befektetési költségeket.

A nyomáshinta adszorpció egy száraz folyamat, amelyet az utóbbi években elsősorban a CO2 eltávolításában használtak. Ennek a módszernek az alapelve az, hogy az adszorpciós erő, az adszorpciós sebesség és az adszorbens adszorbens hajtóereje eltérő gázokkal szemben eltérő, és a nyomásérték megváltozása az adszorpciós képesség ingadozását eredményezi. Ezeket a jellemzőket arra használják, hogy nyomás alatt álló kezelést kapjanak a vegyes gázok adszorpciós elválasztásának elérése érdekében, majd az adszorbenst a nyomás csökkentésével regenerálják. Ilyen módon a gáz elválasztható, és az adszorbens ciklikusan használható.

A nyomáshinta adszorpciónak számos előnye van a tényleges elválasztás és a helyreállítási kezelés szempontjából. Az alacsony energiafogyasztás és az alacsony munkaerő nyomás a legszembetűnőbb előnyök; Tekintettel arra, hogy a nyomáshinta-adszorpció jobban alkalmas gázszilárd elválasztásra, nem kell figyelembe venni az oldószer visszanyerésének és az oldószer-fogyasztásnak a problémáját, és az adszorbens hosszú élettartamú lehet; Az adszorpciós eszköz működése teljesen automatikusan kitölthető.

Korábban a releváns kutatók azt javasolták, hogy a nyomás lengő adszorpcióval eltávolítsák a CO2 -t egy nitrogén vegyes gázból. A kísérleti művelet során az első lépés egy olyan adszorbens kiválasztása, amelynek rendkívül magas CO2 adszorpciós és adszorpciós képessége van. A releváns műszaki mutatók követelményeivel összhangban a kísérleti adatokat a modellen keresztül számítják ki, hogy befejezzék a folyamat előzetes kialakítását. A kísérlet tárgya a metanolgőz -reformáló gáztermelő gáton történő nyomásviszonyú dekarbonizációja. A nyomásviszony -adszorpciós műveleti lépéseket a dekarbonizációs adszorbensek ésszerű kiválasztása alapján tisztázzuk. A végső eredmények azt mutatják, hogy a hidrogén tisztításával és a CO2 eltávolításával 99,99% -os hidrogén tisztaság és 92% -os visszanyerési arány érhető el, ami jelentősen javítja a hidrogén visszanyerési arányát a hasonló eszközökhöz képest, ami azt jelenti, hogy az erőforrás -felhasználás jelentősebb gazdasági előnyöket teremthet.

Az oldószer -adszorpciós módszerrel összehasonlítva a kriogén desztillációs előállítási folyamat jobban alkalmas magas CO2 -tartalommal rendelkező gázforrásokra, például CO2 -gázmező -forrásokra, ahol a CO2 -tartalom alapvetően 70%, a többi pedig a CH4, N2 és más gázok. A kriogén desztillációs módszer nagyon alkalmas nagy koncentrációs gázforrásokra, több mint 60%-os tartalommal. A gázmező fejlesztése általában a kriogén desztillációs folyamatot használja egy speciális CO2 -gázfeldolgozó üzem felépítéséhez, amely összegyűjti a tisztító és cseppfolyósító gázkútból az erőforrás -felhasználás elérése érdekében, és néhány CO2 termék előállításához, nagy folyadék tisztasági értékekkel. A folyékony CO2 kriogén desztillációval történő előállításának teljes folyamatrendszere magában foglalja a feldolgozó egységeket, például a nyers gáz elválasztását, a desulfurizációt, a dehidráció, a hűtőközeg cseppfolyósítását, a desztillációt és a dehidrogénezést, valamint a termékek tárolását.

A kriogén desztilláció alapelve és folyamata: A folyékony CO2-technológia előállításának kulcsa a CO2-gáz tisztítása, a H2O, H2S és a szénhidrogén szennyeződések teljes eltávolítása, és a nyers gázt nagy koncentrációs CO2-gázmá alakítva. A CO2 -gáz tisztításának folyamata viszonylag összetett és technikailag nehéz. A folyamattípus megválasztása a CO2 gázmező nyomásától, összetételétől és hőmérsékletétől függ, de függetlenül attól, hogy melyik eljárást használják, az egység kombinációja ugyanaz, mint a nyersanyagok elválasztása, a kiszáradás, a dezulfurizáció, a cseppfolyósítás, a desztilláció és a dehidrokarbonizáció. Normál körülmények között a kriogén desztillációs folyamat alkalmazási folyamata a CO2 -gázszétválasztásban és a visszanyerés során először a nyers gázt az elválasztóba tölti, majd távolítsa el a ként a nyers gázban, és lépjen be a desulfurizációs toronyba, és fejezze be a víz eltávolítását a molekuláris szita dehidrációs egységen keresztül, majd elérje a hűtőrendszert, hogy hideg likfelt Co2 kezelést kapjon. Az utolsó lépés a szénhidrogén szennyeződések eltávolítása a desztillációs egységben. A kriogén tárolótartályt a cseppfolyósított CO2 termék tárolására használják, és a piaci értékesítés palackozás vagy tartálykocsi formájában fejeződik be.

A szóda, szénsavas italok, sör és egyéb termékek előállítása a könnyűiparban nem választható el a szén -dioxidból nyersanyagként. Ezenkívül felhasználható a különféle kémiai alapanyagok szerves szintézisében is. Az ismert és viszonylag érett kémiai felhasználási ágazat mellett a szén -dioxidot is használják a metanol, a dimetil -éter kombinált hidrogén szintézisében, valamint a metanol katalizációjának és a dimetil -karbonát propilén -oxid -szintézisének kombinálásakor.

A fotoszintézis alapján a növényi klorofill felszívja a CO2 -t a levegőből és növényi keményítőt termel. E természeti törvény értelmében a CO2 -t erőforrásként használják fel gáztermelő műtrágya előállításához, és a növény növekedési térében a CO2 -koncentráció megfelelően növekszik a termelés növelésének céljának elérése érdekében. Korábban a mezőgazdasági tudományos akadémiák és a kapcsolódó vállalkozások különféle helyeken kifejlesztettek CO2 -gáz -műtrágyákat, és erőteljesen előmozdították őket a helyi mezőgazdasági ültetésben. A releváns statisztikák szerint a zöldségek termelésének növekedése gáztermelőkkel 20%~ 40%/MU. Körülbelül 100 000 jüan vesz igénybe egy 3 ~ 5 kt/A CO2 -gáz -műtrágya készülék felépítését. A hatékony működés mellett millió millió nyereséget érhet el, tehát hatalmas hely van a fejlesztéshez. A CO2 használata növényi gáztermelő műtrágyában javíthatja a fotoszintézis hatékonyságát, növelheti a hozamot és hatékonyan javíthatja a minőséget.

Mind a stimuláló íz, mind a szénsavas italok, például a sör és az italok habzásának szén -dioxidból származik. A különböző italok ízkülönbsége szorosan kapcsolódik a termelési folyamatban alkalmazott szén -dioxid mennyiségéhez. Az alacsony hőmérsékletű folyadék két körülményének és a termelési folyamatnak a két körülményének biztosítása felgyorsíthatja a szén-dioxid feloldódását, amely kifejezetten szénsavasként nyilvánul meg. Amikor a fedelet kinyitják az iváshoz, a szén -dioxid a hőmérséklet növekedése miatt elpárolog. A párologtatási folyamat elnyeli a hőt, és eltávolítja a test hőjét, lehetővé téve az italozó számára, hogy eltérő mértékű hűvösséget érezzen.

A CO2 fő alkalmazási hatása az élelmiszeriparban az élelmiszer -megőrzés. A nemzetközi közösség általában a CO2 természetes oxigéncsökkentési módszerét megőrizési módszernek tekinti, amelynek megkülönböztetett modern jellemzői vannak. Pontosabban, a CO2-vezérelt légkör megőrzése magában foglalja a CO2 magas koncentrációjának befecskendezését a gyümölcs- és növényi tárolási környezetbe az O2-tartalom csökkentése érdekében, és gátolja a gyümölcs- és növényi mikroorganizmusok légzését. Ennek a módszernek az az oka, hogy ezt a módszert a piac széles körben üdvözli, az az, hogy nem használ kémiai tartósítószereket. Egy korábbi tanulmányban a Dél-Kínai Mezőgazdasági Egyetem megállapította, hogy a CO2-vezérelt légkör használata a Litchi tárolására, a gázkoncentrációs tartományt legalább 15% -ról legfeljebb 30% -ra szabályozzák, és 30 nap elteltével a Litchi továbbra is fenntarthatja eredeti ízét és színét. Ha a tojásokat CO2 -gázba helyezik, 30–40% -os koncentrációval, a CO2 7-10 nap elteltével beléphet a tojáshéjba, lelassítva a vizes fehérje képződését és szerepet játszik a megőrzésben. Függetlenül attól, hogy ízlés, táplálkozás, textúra vagy megjelenés, változatlan maradhatnak, amikor a hűtött ételeket megolvasztják, különösen kémiai tartósítószerek nélkül. Ez a CO2 legnagyobb előnye az élelmiszer -hűtésben és a megőrzésben. A száraz jeget a repülés, az élelmiszer -fagyás és a megőrzés, valamint a szupermarketek zöldségmegőrzéséhez használják.

Az egyik kulcsfontosságú tényező, amely stimulálja az emberi légzést, a szén -dioxid, amely stimulálja a légzési központot az emberi test külső kemoreceptorok stimulálása alapján. Ha az emberi test hosszú ideig belélegzi a magas tisztaságú oxigént, akkor abbahagyja a légzést a szén-dioxid-koncentráció csökkentése miatt, és nagy életveszélyes veszélyt jelent. Klinikai orvosi szempontból, amikor súlyos szén -monoxiddal, alkalózissal vagy sokkkal kezelik, gyakran 95% oxigén és 5% szén -dioxid keverékét használják kiegészítő kezeléshez. Ezenkívül a szén -dioxidot gyakran használják kriogén műtétben.

Mivel az üvegházhatású gázok kibocsátása évről évre növekszik, és a globális felmelegedés, a NewTek nagy jelentőséggel bír az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentésében. Ugyanakkor elkötelezett az új energia fejlesztése, az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése, valamint a meglévő kibocsátások ésszerű újrahasznosítása és újrahasznosítása mellett. A meglévő elválasztási technológiákon alapuló innovációt és a magasabb szétválasztási arányt kell alkalmazni a szén -dioxid -erőforrások felhasználásának fejlesztésére, a társadalmi fenntartható fejlődés előmozdítására, valamint a társadalmi és gazdasági előnyök javítására.