Teknologi Pemisahan dan Pemulihan Karbon Dioksida

Penggunaan tenaga global semakin meningkat dalam proses pembangunan perindustrian moden, di antaranya gas asli, minyak, arang batu, dan penggunaan tenaga fosil yang lain adalah yang terbesar. Sejak Revolusi Perindustrian pada tahun 1860, pelepasan CO2 telah meningkat tahun demi tahun. Menurut laporan ramalan objektif Pentadbiran Maklumat Tenaga (EIA) Jabatan Tenaga AS, jumlah pelepasan CO2 global boleh mencapai atau melebihi 45 bilion tan pada tahun 2030. Pelepasan CO2 yang besar dan dipercepat tidak hanya akan memburukkan lagi kesan rumah hijau dan menyebabkan pemanasan global, tetapi juga merosakkan keseimbangan ekologi dan menyebabkan pelbagai masalah ekologi dan alam sekitar. Di Berlin pada tahun 2014, Laporan Penilaian Kelima secara rasmi dikeluarkan oleh Panel Antara Kerajaan mengenai Perubahan Iklim (IPCC) di Pertubuhan Bangsa -Bangsa Bersatu menyebutkan bahawa trend pertumbuhan pelepasan gas rumah hijau global telah mencapai tahap yang belum pernah terjadi sebelumnya. Dalam ketiadaan langkah pengurangan pelepasan, suhu purata global dijangka menjadi 3.7 ~ 4.8 darjah lebih tinggi daripada sebelum revolusi perindustrian pada tahun 2100. Karbon dioksida adalah sumber karbon penting. Ia boleh digunakan sebagai bahan mentah untuk mensintesis bahan organik, sebagai ejen tambahan untuk eksploitasi minyak dan gas asli, dan sebagai pengekstrak untuk mengekstrak bahan organik dalam keadaan superkritikal. Oleh itu, bagaimana untuk memisahkan dan mengitar semula CO2 secara berkesan yang dipancarkan oleh tenaga fosil dan menggunakannya semula sebagai sumber telah menjadi salah satu isu penting untuk mencapai pembangunan mampan dalam masyarakat moden.

Kata kunci:karbon dioksida; Teknologi Pemisahan dan Pemulihan; penggunaan sumber

Sumber CO2 sangat meluas dan boleh dibahagikan kepada sumber pelepasan berikut.
1) Pelepasan daripada pengeluaran hidrogen dalam tumbuhan kimia. Penapisan, tumbuhan baja, dan tumbuhan kimia organik yang lain memerlukan H2 untuk pengeluaran, yang biasanya ditukar daripada metana, karbon monoksida, karbon, dan bahan lain selepas gabungan dengan wap air. Semasa proses penukaran, CO2 dan H2 dijana, di mana kira -kira 15% adalah CO2. Kebanyakan CO2 yang dihasilkan akan secara langsung dilepaskan ke atmosfera dalam bentuk gas ekor.

2) Pelepasan dari penguraian bijih. Kalsium oksida digunakan dalam pengeluaran abu soda, salutan, dan pembuatan keluli, dan biasanya diperolehi oleh pemanasan batu kapur untuk penguraian; Magnesium oksida digunakan dalam pengeluaran batu bata refraktori dan batu bata magnesia. Magnesium oksida hampir diperolehi daripada pemanasan bijih magnesium, dan proses penguraian pemanasan ini akan mempunyai sejumlah besar CO2 yang dilepaskan.

3) Bidang Minyak dan Gas. Apabila gas asli perlombongan dan minyak, gas medan minyak campuran yang mengandungi CO2 sering ditemui, dan kandungannya biasanya tinggi, sekurang -kurangnya 20% dan sehingga 99%.

4) Industri makanan, biokimia, dan farmaseutikal. Semasa proses pengeluaran bir dan minuman keras menggunakan kaedah penapaian untuk menghasilkan alkohol, sejumlah besar gas CO2 dihasilkan, dengan kandungan setinggi 90%~ 98%, yang merupakan sumber gas CO2 yang agak tinggi.

Kaedah penyerapan fizikal merujuk kepada penggunaan pelarut organik untuk memisahkan dan menyerap komponen gas asid di bawah tekanan mengikut kelarutan komponen yang berlainan, dan untuk mencapai regenerasi pelarut dengan menurunkan tekanan, jadi ia tidak memerlukan terlalu banyak tenaga regenerasi. Kunci kepada aplikasi yang berkesan kaedah ini adalah untuk memilih penyerap berkualiti tinggi. Piawaian kualiti adalah titik mendidih yang tinggi, kelarutan CO2 yang besar, sifat kimia yang tidak menghakimi, bukan toksik, dan stabil. Pada masa ini, penyerap yang biasa digunakan adalah sulfolan, tributyl fosfat, propilena karbonat, metanol, dan N-methylpyrrolidone.

Prinsip kaedah ini ialah CO2 dalam gas mentah menunjukkan kelarutan yang lebih tinggi dalam penyerap, dan kelarutan gas lain agak lebih kecil. CO2 dikeluarkan berdasarkan perbezaan fizikal ini. Ia sering digunakan dalam gas larut dengan tekanan separa yang tinggi, penyerapan di bawah tekanan tinggi dan suhu rendah, dan desorpsi di bawah kawalan pemanasan tekanan rendah. Pemanasan tekanan rendah adalah cara yang paling berkesan untuk mengurangkan penggunaan tenaga.

Kaedah penyerapan kimia juga menggunakan penyerap, tetapi penyerapan dan pemisahan CO2 terutamanya bergantung kepada tindak balas kimia antara penyerap dan CO2. Selepas satu siri tindak balas, penyerap dalam menara penyerapan dan CO2 dalam gas mentah akan diperkaya dengan sejumlah besar CO2 yang berpusat pada pelarut penyerapan. Selepas pembentukan cecair yang kaya ini, ia akan dipanaskan di menara desorpsi dan akhirnya diuraikan untuk melepaskan 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.

Kesedaran teknologi pemisahan membran terutamanya bergantung kepada kebolehtelapan yang berlainan komponen yang berbeza melalui membran polimer. Apabila menghadapi persimpangan gas, membran yang diperbuat daripada bahan polimer akan mencapai pemisahan gas mengikut perbezaan kebolehtelapan. Perbezaan tekanan adalah daya penggerak pemisahan membran. Hanya dengan kewujudan perbezaan tekanan boleh komponen gas dengan kebolehtelapan yang lebih tinggi melalui membran dan dipisahkan dalam bentuk aliran gas permeasi. Kebanyakan gas dengan kebolehtelapan yang rendah akan tinggal di bahagian salur masuk udara membran.

Bahan -bahan membran yang kini digunakan untuk pemisahan membran CO2 adalah membran polysulfone, membran selulosa asetat, membran polipeptida, membran poliethersulfone, dan membran poliamida, yang sangat sesuai untuk memisahkan dan memulihkan CO2 yang dihasilkan dalam proses gas asli dan minyak. Walau bagaimanapun, rintangan haba membran ini tidak begitu baik. Walaupun suhu rintangan haba membran poliamida itu sendiri telah mencapai nilai maksimum 300 darjah, ia hanya dapat mencapai suhu operasi maksimum 50 darjah dalam aplikasi sebenar disebabkan oleh batasan bahan berkaitan komponen membran. Oleh kerana struktur peranti pemisahan membran agak mudah, kos yang diperlukan jauh lebih rendah daripada kaedah penyerapan pelarut, tetapi kesucian gas CO2 yang diperoleh pada akhirnya tidak tinggi. Kita boleh cuba menggabungkan kedua -dua teknologi pemisahan dan pemulihan untuk membentuk mod pemisahan yang baik dan pemisahan kasar, mengurangkan penggunaan tenaga keseluruhan, dan mengawal kos pelaburan.

Penyerapan swing tekanan adalah proses kering yang telah digunakan terutamanya dalam penyingkiran CO2 dalam beberapa tahun kebelakangan ini. Prinsip asas kaedah ini adalah bahawa daya penjerapan, kadar penjerapan, dan daya penggerak penjerapan penyerap menghadapi gas yang berbeza adalah berbeza, dan perubahan nilai tekanan akan menyebabkan kapasiti penjerapan berubah -ubah. Ciri -ciri ini digunakan untuk memberikan rawatan bertekanan untuk mencapai pemisahan penjerapan gas bercampur, dan kemudian penjerap diregenerasi dengan menurunkan tekanan. Dengan cara ini, gas boleh dipisahkan dan penyerap boleh digunakan secara kitaran.

Penjerapan swing tekanan mempunyai banyak kelebihan dalam pemisahan dan rawatan pemulihan sebenar. Penggunaan tenaga yang rendah dan tekanan kerja yang rendah adalah kelebihan yang paling menonjol; Memandangkan penjerapan swing tekanan lebih sesuai untuk pemisahan gas-padat, tidak perlu mempertimbangkan masalah pemulihan pelarut dan penggunaan pelarut, dan penyerap boleh menjalani kehidupan perkhidmatan yang panjang; Operasi peranti penjerapan boleh diselesaikan sepenuhnya secara automatik.

Sebelum ini, penyelidik yang berkaitan mencadangkan untuk menggunakan penjerapan swing tekanan untuk mengeluarkan CO2 dari gas campuran nitrogen. Dalam operasi eksperimen, langkah pertama adalah memilih penjerap dengan kapasiti penjerapan CO2 yang sangat tinggi dan kapasiti penjerapan. Dengan ketat mengikut keperluan petunjuk teknikal yang berkaitan, data eksperimen dikira melalui model untuk menyelesaikan reka bentuk awal proses. Objek eksperimen adalah tekanan penyerapan swing tekanan metanol reformasi gas retak. Langkah -langkah operasi penjerapan swing tekanan dijelaskan berdasarkan pemilihan penyerap decarbonisasi yang munasabah. Hasil akhir menunjukkan bahawa dengan membersihkan hidrogen dan mengeluarkan CO2 dengan cara ini, kesucian hidrogen sebanyak 99.99% dan kadar pemulihan sebanyak 92% dapat dicapai, yang sangat meningkatkan kadar pemulihan hidrogen berbanding dengan peranti yang sama, yang bermaksud penggunaan sumber dapat menghasilkan manfaat ekonomi yang lebih signifikan.

Berbanding dengan kaedah penjerapan pelarut, proses pengeluaran penyulingan kriogenik lebih sesuai untuk sumber gas dengan kandungan CO2 yang tinggi, seperti sumber medan gas CO2, di mana kandungan CO2 pada dasarnya sekitar 70%, dan selebihnya adalah CH4, N2, dan gas lain. Kaedah penyulingan kriogenik sangat sesuai untuk sumber gas penentuan tinggi dengan kandungan lebih daripada 60%. Biasanya, pembangunan medan gas akan menggunakan proses penyulingan kriogenik untuk membina loji pemprosesan gas CO2 khas yang mengumpul dari telaga gas pemurnian dan pencairan untuk mencapai penggunaan sumber dan menghasilkan beberapa produk CO2 dengan nilai kesucian cecair yang tinggi. Sistem proses lengkap untuk menghasilkan CO2 cecair oleh penyulingan kriogenik termasuk unit pemprosesan seperti pemisahan gas mentah, desulfurisasi, dehidrasi, pencairan penyejuk, penyulingan dan dehidrogenasi, dan penyimpanan produk.

Prinsip dan proses penyulingan kriogenik: Kunci untuk pengeluaran teknologi CO2 cecair adalah untuk membersihkan gas CO2, sepenuhnya menghilangkan kekotoran H2O, H2S, dan hidrokarbon, dan menjadikan gas mentah menjadi gas CO2 penentuan tinggi. Proses pemurnian gas CO2 agak kompleks dan teknikalnya sukar. Pilihan jenis proses akan berubah mengikut tekanan, komposisi, dan suhu medan gas CO2, tetapi tidak kira proses yang digunakan, gabungan unit adalah sama, pemisahan bahan mentah, dehidrasi, desulfurisasi, pencairan, penyulingan, dan dehidrokarbonisasi. Di bawah keadaan biasa, proses permohonan proses penyulingan kriogenik dalam pemisahan gas CO2 dan pemulihan adalah untuk memuatkan gas mentah terlebih dahulu ke dalam pemisah, kemudian keluarkan sulfur dalam gas mentah dan masukkan menara desulfurisasi, dan selesaikan penyingkiran air melalui unit dehidrasi saring molekul, dan kemudian mencapai sistem penyejukan yang sejuk untuk menerima cecair cecair untuk menerima cecair cecair untuk menerima cecair cecair untuk menerima cecair cecair yang sejuk. Langkah terakhir adalah untuk menghapuskan kekotoran hidrokarbon dalam unit penyulingan. Tangki penyimpanan kriogenik digunakan untuk menyimpan produk CO2 cecair, dan jualan pasaran selesai dalam bentuk lori pembotolan atau tangki.

Pengeluaran soda, minuman berkarbonat, bir, dan produk lain dalam industri cahaya tidak dapat dipisahkan dari karbon dioksida sebagai bahan mentah. Di samping itu, ia juga boleh digunakan dalam sintesis organik pelbagai bahan mentah kimia. Sebagai tambahan kepada sektor penggunaan kimia yang diketahui dan agak matang, karbon dioksida digunakan dalam pengeluaran metanol, sintesis hidrogen gabungan dimetil eter, dan gabungan pemangkinan metanol dan sintesis propilena oksida dimetil karbonat.

Berdasarkan fotosintesis, tumbuhan klorofil menyerap CO2 dari udara dan menghasilkan kanji tumbuhan. Di bawah undang -undang semulajadi ini, CO2 digunakan sebagai sumber untuk membuat baja gas, dan kepekatan CO2 dalam ruang pertumbuhan tumbuhan meningkat dengan sewajarnya untuk mencapai matlamat peningkatan pengeluaran. Sebelum ini, akademi sains pertanian dan perusahaan yang berkaitan di pelbagai tempat telah membangunkan baja gas CO2 dan mempromosikannya dengan kuat dalam penanaman pertanian tempatan. Menurut statistik yang berkaitan, peningkatan dalam pengeluaran sayur -sayuran menggunakan baja gas adalah 20%~ 40%/mu. Ia mengambil masa kira -kira 100,000 yuan untuk melengkapkan pembinaan peranti baja gas CO2 ~ 5 kt/A CO2. Di bawah operasi yang berkesan, ia dapat mencapai keuntungan tahunan berjuta -juta, jadi ada ruang besar untuk pembangunan. Penggunaan CO2 dalam baja gas tumbuhan dapat meningkatkan kecekapan fotosintesis, meningkatkan hasil, dan meningkatkan kualiti dengan berkesan.

Kedua -dua rasa merangsang dan berbuih minuman berkarbonat, seperti bir dan minuman berasal dari karbon dioksida. Perbezaan rasa minuman yang berbeza berkait rapat dengan jumlah karbon dioksida yang digunakan dalam proses pengeluaran. Memastikan kedua-dua keadaan cecair suhu rendah dan penekanan dalam proses pengeluaran dapat mempercepatkan pembubaran karbon dioksida, yang secara khusus ditunjukkan sebagai karbonasi. Apabila tudung dibuka untuk minum, karbon dioksida menguap disebabkan peningkatan suhu. Proses pengewapan menyerap haba dan menghilangkan beberapa haba badan, yang membolehkan peminum merasakan tahap kesejukan yang berbeza.

Kesan aplikasi utama CO2 dalam industri makanan adalah pemeliharaan makanan. Masyarakat antarabangsa umumnya menganggap kaedah pengurangan oksigen semulajadi CO2 sebagai kaedah pemeliharaan dengan ciri -ciri moden yang berbeza. Khususnya, pemeliharaan suasana yang dikawal oleh CO2 melibatkan suntikan kepekatan CO2 yang tinggi ke dalam persekitaran penyimpanan buah dan sayur untuk mengurangkan kandungan O2 dan menghalang pernafasan mikroorganisma buah dan sayur. Sebab mengapa kaedah ini dialu -alukan secara meluas oleh pasaran adalah bahawa ia tidak menggunakan pengawet kimia. Dalam kajian terdahulu, Universiti Pertanian China Selatan mendapati bahawa penggunaan suasana yang dikawal oleh CO2 untuk menyimpan Litchi, pelbagai kepekatan gas dikawal dari minimum 15% hingga maksimum 30%, dan selepas 30 hari, litchi masih dapat mengekalkan rasa dan warna asalnya. Apabila telur diletakkan dalam gas CO2 dengan kepekatan 30% hingga 40%, CO2 boleh memasuki kulit telur selepas 7 hingga 10 hari, melambatkan pembentukan protein berair dan memainkan peranan dalam pemeliharaan. Sama ada rasa, pemakanan, tekstur, atau penampilan, mereka tidak boleh berubah ketika mencairkan makanan yang disejukkan, terutama tanpa pengawet kimia. Ini adalah kelebihan terbesar CO2 dalam penyejukan makanan dan pemeliharaan. Es kering digunakan dalam penerbangan, pembekuan makanan dan pemeliharaan, dan pemeliharaan sayur -sayuran pasar raya.

Salah satu faktor utama yang merangsang pernafasan manusia adalah karbon dioksida, yang merangsang pusat pernafasan berdasarkan rangsangan chemoreceptor luar badan manusia. Sekiranya badan manusia menghirup oksigen kemelut tinggi untuk masa yang lama, ia akan berhenti bernafas kerana pengurangan kepekatan karbon dioksida, menghadapi bahaya yang mengancam nyawa yang hebat. Dari perspektif perubatan klinikal, ketika berurusan dengan karbon monoksida, alkalosis, atau kejutan yang teruk, campuran oksigen 95% dan 5% karbon dioksida sering digunakan untuk rawatan tambahan. Di samping itu, karbon dioksida sering digunakan dalam pembedahan kriogenik.

Dengan pelepasan gas rumah hijau yang semakin meningkat tahun demi tahun dan pemanasan global, Newtek sangat penting untuk mengurangkan pelepasan gas rumah hijau. Pada masa yang sama, ia komited untuk pembangunan tenaga baru, mengurangkan pelepasan gas rumah hijau dari sumber, dan munasabah mengitar semula dan menggunakan semula pelepasan yang ada. Adalah perlu untuk berinovasi berdasarkan teknologi pemisahan yang sedia ada dan menggunakan kadar pemulihan pemisahan yang lebih tinggi untuk menyokong pembangunan penggunaan sumber karbon dioksida, menggalakkan pembangunan mampan sosial, dan meningkatkan manfaat sosial dan ekonomi.