Süsinikdioksiidi eraldamine ja taastamise tehnoloogia

Globaalne energiatarbimine kasvab kaasaegse tööstusarengu protsessis, mille hulgas on suurimad maagaasi, nafta, kivisöe ja muud fossiilsed energiatarbijad. Alates 1860. aasta tööstusrevolutsioonist on CO2 heitkogused aasta -aastalt kasvanud. USA energeetikaministeeriumi energiateabe administratsiooni (EIA) objektiivse prognoositava aruande kohaselt võib kogu globaalsed süsinikdioksiidi heitkogused ulatuda 2030. aastal või ületada 45 miljardit tonni. CO2 suur ja kiirendatud heitkogused ei süvenda enam ainult kasvuhooneefekti ja põhjustavad globaalset soojenemist, vaid kahjustavad ka ökoloogilisi tasakaalu ja põhjustavad mitmesuguseid ökoloogilisi probleeme ja mis põhjustavad seda, mis tulenevad sellest. Berliinis 2014. aastal mainis ÜRO valitsustevahelise kliimamuutuste paneeli (IPCC) ametlikult ametlikult viies hindamisaruanne, et globaalse kasvuhoonegaaside heitkoguste kasvutrend on jõudnud enneolematule tasemele. Heitkoguste vähendamise meetmete puudumisel peaks globaalne keskmine temperatuur eeldatavasti olema 3,7 ~ 4,8 kraadi kui enne tööstusrevolutsiooni 2100. aastal. Süsinikdioksiid on oluline süsinikuressurss. Seda saab kasutada orgaaniliste ainete sünteesimiseks toorainena, nafta ja maagaasi kasutamise abistajana ning ekstraktina orgaaniliste ainete ekstraheerimiseks ülekriitilises olekus. Seetõttu on fossiilienergia abil eralduva ja ressursina kasutatava CO2 tõhusaks eraldamiseks ja ressursina taaskasutamiseks muutunud tänapäeva ühiskonnas säästva arengu saavutamiseks üheks oluliseks küsimuseks.

Märksõnad:süsinikdioksiid; eraldamise ja taastamise tehnoloogia; ressursside kasutamine

CO2 allikad on väga laialt levinud ja neid saab laias laastus järgmisteks heitkoguste allikateks jagada.
1) Vesiniku tootmisest saadud heitkogused keemiataimedes. Rafineerimistehased, väetised ja muud orgaanilised keemiataimed vajavad tootmiseks H2, mis on tavaliselt pärast veeauruga sulandumist metaanist, süsinikmonooksiidist, süsinikust ja muudest ainetest muundatud. Konversiooniprotsessi käigus genereeritakse CO2 ja H2, millest umbes 15% on CO2. Suurem osa genereeritud süsinikdioksiidist lastakse otse atmosfääri sabagaasi kujul.

2) maagi lagunemisest tulenev heitkogused. Kaltsiumoksiidi kasutatakse soodatuha, katte ja terase valmistamise tootmisel ning see saadakse tavaliselt lubjakivi kuumutamisel lagunemiseks; Magneesiumoksiidi kasutatakse tulekindlate telliste ja magneesiumi telliste tootmisel. Magneesiumoksiid on peaaegu saadud magneesiumimaagi kuumutamisest ja nende kuumutamise lagunemisprotsesside lastakse suures koguses süsinikdioksiidi.

3) Nafta- ja gaasiväljad. Maagaasi ja õli kaevandamisel ilmneb sageli CO2 sisaldav segatud naftaväljaga gaas ja sisu on üldiselt kõrge, vähemalt 20% ja kuni 99%.

4) toidu-, biokeemia- ja farmaatsiatööstus. Kermenteerimismeetodi kasutamisel alkoholi tootmisprotsessis genereeritakse suures koguses süsinikdioksiidigaasi, mille sisaldus on koguni 90%~ 98%, mis on suhteliselt kõrge kontsentratsiooniga CO2-gaasi allikas.

Füüsiline neeldumismeetod viitab orgaaniliste lahustite kasutamisele rõhu all olevate happeliste gaasikomponentide eraldamiseks ja imamiseks vastavalt komponentide erinevale lahustuvusele ja lahusti taastumise saavutamiseks rõhu langetades, nii et see ei vaja liiga palju regenereerimise energiat. Selle meetodi tõhusa rakendamise võti on kvaliteetsete imade valimine. Kvaliteedistandardid on kõrge keemistemperatuur, suur CO2 lahustuvus, mittekorsiivne, mittetoksilised ja stabiilsed keemilised omadused. Praegu on tavaliselt kasutatavad neeldujad sulfolaansed, tributüülfosfaat, propüleenkarbonaat, metanool ja N-metüülpürrolidoon.

Selle meetodi põhimõte on see, et CO2 toorgaasis näitab imamas suuremat lahustuvust ja muude gaaside lahustuvus on suhteliselt palju väiksem. CO2 eemaldatakse selle füüsilise erinevuse põhjal. Seda kasutatakse sageli suure osalise rõhuga lahustunud gaaside, kõrge rõhu all ja madala temperatuuri all ning desorptsioon madala rõhu kuumutamise juhtimisel. Madalrõhuküte on kõige tõhusam viis energiatarbimise vähendamiseks.

Keemilise neeldumismeetodi abil kasutatakse ka neeldumist, kuid süsinikdioksiidi imendumine ja eraldamine sõltub peamiselt keemilisest reaktsioonist neeldumise ja CO2 vahel. Pärast reaktsioonide seeriat rikastatakse neeldumistorni neeldumine ja toores gaasi süsinikdioksiidi suures koguses CO2, mille keskmes on neeldumislahusti. Pärast selle rikkaliku vedeliku moodustumist kuumutatakse see desorptsioonitornis ja lagundatakse lõpuks CO2 vabastamiseks.

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.

Membraanide eraldamistehnoloogia realiseerimine sõltub peamiselt erinevate komponentide erinevatest läbilaskmistest polümeermembraanide kaudu. Gaasi ületamise korral saavutab polümeermaterjalidest valmistatud membraan gaasi eraldamise vastavalt läbilaskvuse erinevusele. Rõhu erinevus on membraani eraldamise edasiviiv jõud. Ainult rõhu erinevuse olemasolu korral võib suurema läbilaskvusega gaasi komponendid läbi membraani ja eraldada läbitungimisgaasi voolu kujul. Enamik madala läbilaskvusega gaase püsib membraani õhu sisselaskeküljel.

CO2 membraani eraldamiseks kasutatavad membraanimaterjalid on peamiselt polüsulfoonimembraan, tselluloosatsetaatmembraan, polüpeptiidimembraan, polüetrusulfone membraan ja polüamiidimembraan, mis sobivad eriti maagaasi ja õli kaevandamise käigus toodetud CO2 eraldamiseks. Nende membraanide kuumakindlus pole aga eriti hea. Ehkki polüamiidimembraani enda soojustakistuse temperatuur on jõudnud maksimaalse väärtuseni 300 kraadi, võib see membraani komponendiga seotud materjalide piiramise tõttu saavutada tegeliku rakenduse maksimaalse töötemperatuuri maksimaalse töötemperatuuri. Kuna membraani eraldamise seadme struktuur on suhteliselt lihtne, on vajalik kulud palju madalamad kui lahusti neeldumismeetodil, kuid lõpuks saadud CO2 gaasi puhtus pole kõrge. Saame proovida ühendada kaks eraldus- ja taastetehnoloogiat, et moodustada termotuumasünteesi režiim peeneks ja jämeda eraldamise, vähendada üldist energiatarbimist ja kontrollida investeerimiskulusid.

Survekiiku adsorptsioon on kuiv protsess, mida on viimastel aastatel kasutatud peamiselt CO2 eemaldamisel. Selle meetodi põhipõhimõte on see, et adsorptsiooni jõud, adsorptsiooni kiirus ja adsorbeerumise edasiviiv jõud erinevate gaaside ees on erinevad ning rõhu väärtuse muutmine põhjustab adsorptsiooni võime kõikumist. Neid omadusi kasutatakse survestatud töötlemise andmiseks, et saavutada segagaaside adsorptsiooni eraldamine, ja seejärel regenereeritakse adsorbenti rõhu alandamisega. Sel viisil saab gaasi eraldada ja adsorbenti saab kasutada tsükliliselt.

Rõhukeha adsorptsioonil on tegelikus eraldamise ja taastumise töötlemisel palju eeliseid. Madal energiatarbimine ja madal surve on kõige silmatorkavamad eelised; Arvestades, et rõhkude kiige adsorptsioon sobib paremini gaasi tahke eraldamiseks, ei ole vaja arvestada lahusti taastamise ja lahusti tarbimise probleemiga ning adsorbendil võib olla pikk kasutusaja; Adsorptsiooniseadme töö saab täielikult automaatselt täita.

Varem tegid asjakohased teadlased ettepaneku kasutada rõhukiige adsorptsiooni, et eemaldada lämmastiku segagaasist CO2. Katseoperatsioonis on esimene samm valida adsorbendi, millel on äärmiselt kõrge CO2 adsorptsiooni- ja adsorptsioonivõime. Rangelt vastavalt asjakohaste tehniliste näitajate nõuetele arvutatakse eksperimentaalsed andmed mudeli kaudu protsessi esialgse kavandamise lõpuleviimiseks. Katse objektiks on metanooli aurude reformimise pragunemisgaasi reformimise rõhu adsorptsiooni dekarboniseerimine. Survekiirte adsorptsioonioperatsioonide etapid selgitatakse dekarboniseerimise adsorbentide mõistliku valiku põhjal. Lõplikud tulemused näitavad, et vesiniku puhastamise ja CO2 sel viisil eemaldades on saavutatava vesiniku puhtuse 99,99% ja 92% taastumise määra, mis parandab vesiniku taastumise määra oluliselt võrreldes sarnaste seadmetega, mis tähendab, et ressursside kasutamine võib tekitada olulisemaid majanduslikke eeliseid.

Võrreldes lahusti adsorptsioonimeetodiga, sobib krüogeense destilleerimise tootmisprotsess kõrge CO2 sisaldusega gaasiallikate jaoks, näiteks CO2 gaasivälja allikatega, kus CO2 sisaldus on põhimõtteliselt umbes 70%, ning ülejäänud on CH4, N2 ja muud gaasid. Krüogeenne destilleerimismeetod sobib väga kõrge kontsentratsiooniga gaasiallikate jaoks, mille sisaldus on üle 60%. Tavaliselt kasutab gaasivälja arendamine krüogeenset destilleerimisprotsessi spetsiaalse süsinikdioksiidi gaasi töötlemisettevõtte ehitamiseks, mis kogub puhastatavatest ja veeldatud gaasikaevudest ressursside kasutamise saavutamiseks ja mõne suure vedeliku puhtuse väärtusega CO2 toodete tootmiseks. Krüogeense destilleerimise abil vedela CO2 tootmiseks mõeldud täielik protsessisüsteem hõlmab selliseid töötlemisüksusi nagu toorgaasi eraldamine, väävlitsemine, dehüdratsioon, külmutusagensi vedeldamine, destillatsioon ja dehüdrogeenimine ning produktide ladustamine.

Krüogeense destilleerimise põhimõte ja protsess: vedela CO2 tehnoloogia tootmise võti on puhastada CO2 gaasi, eemaldage täielikult H2O, H2S ja süsivesinike lisandid ning muuta toores gaas kõrge kontsentratsiooniga CO2 gaasiks. CO2 gaasi puhastamise protsess on suhteliselt keeruline ja tehniliselt keeruline. Protsessitüübi valik varieerub vastavalt CO2 gaasivälja rõhule, koostisele ja temperatuurile, kuid olenemata sellest, millist protsessi kasutatakse, on ühiku kombinatsioon sama, see tähendab, et toorainete eraldamine, dehüdratsioon, dehüdratsioon, vääveldamine, vedeldamine, destillatsioon ja dehüdrokarboniseerimine. Tavaoludes on CO2 gaasi eraldamise ja taastumise krüogeense destilleerimisprotsessi rakendusprotsess toorgaasi kõigepealt eraldajasse laadimine, seejärel eemaldage väävel toorgaasis ja sisenege väävlitorni ning lõpetada vee eemaldamine läbi molekulaarse sõela dehüdratsiooni ja jõuda seejärel külmetussüsteemi, et saada külma vedeldatud CO2 -ravi. Viimane samm on destilleerimisüksuse süsivesinike lisandite eemaldamine. Krüogeenset ladustamispaaki kasutatakse veeldatud CO2 toote hoidmiseks ja turumüük on lõpule viidud villimis- või paagi veoautode kujul.

Sooda, gaseeritud jookide, õlle ja muude kergete tööstuse toodete tootmist ei saa eraldada süsinikdioksiidist kui toorainet. Lisaks saab seda kasutada ka erinevate keemiliste toorainete orgaanilises sünteesis. Lisaks teadaolevale ja suhteliselt küpsele keemilise kasutamise sektorile kasutatakse metanooli tootmisel süsinikdioksiidi, dimetüüleetri kombineeritud vesiniku sünteesi ning metanooli katalüüsi ja dimetüülkarbonaadi kombineeritud metanooli sünteesi.

Fotosünteesi põhjal neelab taimeklorofüll õhust CO2 ja toodab taimset tärklist. Selle loodusliku seaduse kohaselt kasutatakse CO2 ressursina gaasiväetise tegemiseks ja CO2 kontsentratsiooni taimede kasvuruumis suurendatakse sobivalt, et saavutada tootmise suurendamise eesmärk. Varem on põllumajandusteaduste akadeemiad ja seotud ettevõtted erinevates kohtades välja töötanud süsinikdioksiidi gaasväetised ja reklaaminud neid kohalikus põllumajanduse istutamisel. Vastavalt asjakohasele statistikale on köögiviljade tootmise suurenemine gaasväetiste abil 20%~ 40%/MU. 3 ~ 5 kt/A CO2 gaasiväetise seadme ehituse lõpuleviimiseks kulub umbes 100 000 jüaani. Tõhusa toimimise korral võib see saavutada miljonite kasumi, nii et arenguruumi on tohutu. CO2 kasutamine taimegaasväetises võib parandada fotosünteesi efektiivsust, suurendada saagikust ja parandada tõhusalt kvaliteeti.

Nii stimuleeriv maitse kui ka vahutamine gaseeritud jookide, näiteks õlu ja joogid on saadud süsinikdioksiidist. Erinevate jookide maitseerinevused on tihedalt seotud süsinikdioksiidi kogusega tootmisprotsessis. Madala temperatuuriga vedeliku kahe tingimuse tagamine ja rõhutamine tootmisprotsessis võib kiirendada süsinikdioksiidi lahustumist, mis avaldub spetsiifiliselt karboniseerumisena. Kui kaas joomiseks avatakse, aurustub temperatuuri tõusu tõttu süsinikdioksiid. Aurustusprotsess imab soojust ja võtab osa keha soojusest ära, võimaldades joojal tunda erinevat jahedust.

CO2 toidutööstuses on toidutööstuses peamine rakendus. Rahvusvaheline üldsus peab üldiselt CO2 looduslikku hapniku vähendamise meetodit säilitusmeetodiks, millel on erinevad kaasaegsed omadused. Täpsemalt hõlmab süsinikdioksiidiga kontrollitud atmosfääri säilitamine CO2 kõrge kontsentratsiooni süstimist puuvilja- ja köögiviljade ladustamiskeskkonda, et vähendada O2 sisaldust ning pärssida puu- ja köögiviljade mikroorganismide hingamist. Põhjus, miks seda meetodit turu laialdaselt tervitab, on see, et see ei kasuta keemilisi säilitusaineid. Eelmises uuringus leidis Lõuna-Hiina põllumajandusülikool, et CO2-kontrollitud atmosfääri kasutamine Litchi säilitamiseks kontrollitakse gaasi kontsentratsioonivahemikku vähemalt 15% -ni maksimaalselt 30% -ni ja 30 päeva pärast suudab Litchi siiski oma algset maitset ja värvi säilitada. Kui munad asetatakse CO2 gaasi kontsentratsiooniga 30–40%, võib CO2 siseneda munakoori 7–10 päeva pärast, aeglustades vesise valgu moodustumist ja mängides rolli säilitamisel. Ükskõik, kas see on maitse, toitumine, tekstuur või välimus, võivad need jääda jahutatud toidu sulatamisel muutumatuks, eriti ilma keemiliste säilitusaineteta. See on CO2 suurim eelis toidu jahutamise ja säilitamise osas. Kuiva jäät kasutatakse lennunduses, toidu külmutamisel ja säilitamisel ning supermarketite köögiviljade säilitamisel.

Üks peamisi tegureid, mis stimuleerib inimese hingamist, on süsinikdioksiid, mis stimuleerib hingamiskeskust inimese keha väliste kemoretseptorite stimuleerimisel. Kui inimkeha hingab pikka aega kõrge puhtusega hapnikku, lõpetab see süsinikdioksiidi kontsentratsiooni vähenemise tõttu hingamise, silmitsi suure eluohtliku ohuga. Kliinilisest meditsiinilisest vaatenurgast, kui tegeleda raske süsinikmonooksiidi, alkaloosi või šokiga, kasutatakse sageli abiks 95% hapniku ja 5% süsinikdioksiidi segu. Lisaks kasutatakse krüogeense kirurgia korral sageli süsinikdioksiidi.

Kuna kasvuhoonegaaside heitkogused kasvavad aasta -aastalt ja globaalne soojenemine, on Newtek kasvuhoonegaaside heitkoguste vähendamisel suurt tähtsust. Samal ajal on see pühendunud uue energia arendamisele, vähendades allikast pärit kasvuhoonegaaside heitkoguseid ning on olemasolevate heitkoguste mõistlikult ringlussevõtu ja taaskasutamise. Süsinikdioksiidi ressursside kasutamise, sotsiaalselt säästva arengu edendamiseks ning sotsiaalse ja majandusliku kasu suurendamiseks on vaja uuendusi, mis põhineb olemasoleval eraldamistehnoloogial ja kasutada kõrgemaid eraldamise taastamise määrasid.