Karbondioksidseparasjon og utvinningsteknologi

Globalt energiforbruk øker i prosessen med moderne industriell utvikling, blant dem naturgass, olje, kull og annet fossilt energiforbruk er det største. Siden den industrielle revolusjonen i 1860 har CO2 -utslippene økt år for år. I henhold til den objektive prognoserapporten fra Energy Information Administration (EIA) for det amerikanske energidepartementet, kan de totale globale CO2 -utslippene nå eller overstige 45 milliarder tonn i 2030. Den store og akselererte utslippet av CO2 vil ikke bare forverre drivhuset og forårsake global oppvarming, men også alvorlig skade den økologiske balansen og forårsake forskjellige økologiske og miljømessige problemer, som vil vil vil ha en alvorlig skade på den økologiske balansen. I Berlin i 2014 nevnte den femte vurderingsrapporten offisielt av det mellomstatlige panelet for klimaendringer (IPCC) til FN at veksttrenden for globale klimagassutslipp har nådd et enestående nivå. I mangel av tiltak for utslippsreduksjon, forventes den globale gjennomsnittstemperaturen å være 3,7 ~ 4,8 grader høyere enn før den industrielle revolusjonen i 2100. Karbondioksid er en viktig karbonressurs. Det kan brukes som råstoff for å syntetisere organisk materiale, som et hjelpemiddel for utnyttelse av olje og naturgass, og som et ekstraksjonsmiddel for å trekke ut organisk materiale i en superkritisk tilstand. Derfor har hvordan man effektivt kan skille og resirkulere CO2 som sendes ut av fossil energi og gjenbruke den som en ressurs, blitt en av de viktige spørsmålene for å oppnå bærekraftig utvikling i det moderne samfunn.

Nøkkelord:karbondioksid; separasjons- og utvinningsteknologi; ressursutnyttelse

Kildene til CO2 er veldig utbredt og kan grovt deles inn i følgende utslippskilder.
1) Utslipp fra hydrogenproduksjon i kjemiske anlegg. Raffinerier, gjødselanlegg og andre organiske kjemiske planter krever H2 for produksjon, som vanligvis konverteres fra metan, karbonmonoksid, karbon og andre stoffer etter fusjon med vanndamp. Under konverteringsprosessen genereres CO2 og H2, hvorav omtrent 15% er CO2. Det meste av den genererte CO2 vil bli direkte utskrevet i atmosfæren i form av halegass.

2) Utslipp fra malmnedbrytning. Kalsiumoksyd brukes i produksjonen av brus, belegg og stålproduksjon, og oppnås vanligvis ved å varme opp kalkstein for nedbrytning; Magnesiumoksyd brukes i produksjonen av ildfaste murstein og magnesia -murstein. Magnesiumoksyd er nesten avledet fra oppvarming av magnesiummalm, og disse oppvarmingsnedbrytningsprosessene vil ha en stor mengde CO2 -utskrevet.

3) Olje- og gassfelt. Når du gruver naturgass og olje, oppstår ofte blandet oljefeltgass som inneholder CO2, og innholdet er generelt høyt, minst 20% og opptil 99%.

4) Mat, biokjemiske og farmasøytiske næringer. Under produksjonsprosessen med øl og brennevin ved bruk av gjæringsmetoden for å produsere alkohol genereres en stor mengde CO2-gass, med et innhold så høyt som 90%~ 98%, som er en relativt høy konsentrasjon CO2-gasskilde.

Fysisk absorpsjonsmetode refererer til bruk av organiske løsningsmidler for å skille og absorbere syregasskomponenter under trykk i henhold til den forskjellige løseligheten av komponenter, og for å oppnå løsningsmiddelregenerering ved å senke trykket, slik at det ikke krever for mye regenereringsenergi. Nøkkelen til effektiv anvendelse av denne metoden er å velge absorbenter av høy kvalitet. Kvalitetsstandardene er høye kokepunkt, stor CO2-løselighet, ikke-korrosive, ikke-giftige og stabile kjemiske egenskaper. For tiden er de ofte brukte absorbentene sulfolan, tributylfosfat, propylenkarbonat, metanol og N-metylpyrrolidon.

Prinsippet med denne metoden er at CO2 i rågassen viser en høyere løselighet i det absorberende, og løseligheten til andre gasser er relativt mye mindre. CO2 fjernes basert på denne fysiske forskjellen. Det brukes ofte i løstgasser med høyt delvis trykk, absorpsjon under høyt trykk og lav temperatur, og desorpsjon under lavtrykksoppvarmingskontroll. Oppvarming med lavt trykk er den mest effektive måten å redusere energiforbruket på.

Kjemisk absorpsjonsmetode bruker også absorberende, men absorpsjon og separasjon av CO2 avhenger hovedsakelig av den kjemiske reaksjonen mellom absorberende og CO2. Etter en serie reaksjoner vil absorberingen i absorpsjonstårnet og CO2 i rågassen bli beriket med en stor mengde CO2 sentrert på absorpsjonsoppløsningsmidlet. Etter dannelsen av denne rike væsken vil den bli oppvarmet i desorpsjonstårnet og til slutt dekomponert for å frigjøre 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.

Realiseringen av membran separasjonsteknologi avhenger hovedsakelig av de forskjellige permeabilitetene til forskjellige komponenter gjennom polymermembraner. Når du vender mot gassovergang, vil membranen laget av polymermaterialer oppnå gassseparasjon i henhold til forskjellen i permeabilitet. Trykkforskjell er drivkraften til membranseparasjon. Bare med eksistensen av en trykkforskjell kan gasskomponenter med høyere permeabilitet passere gjennom membranen og skilles i form av permeation gasstrøm. De fleste gasser med lav permeabilitet vil holde seg på luftinnløpssiden av membranen.

Membranmaterialene som for tiden brukes for CO2 -membran -separasjon, er hovedsakelig polysulfonmembran, celluloseacetatmembran, polypeptidmembran, polyethersulfonmembran og polyamidmembran, som er spesielt egnet for å separere og utvinne CO2 produsert i prosessen med naturgass og oljet. Imidlertid er varmebestandigheten til disse membranene ikke veldig bra. Selv om varmemotstandstemperaturen til selve polyamidmembranen har nådd den maksimale verdien på 300 grader, kan den bare nå den maksimale driftstemperaturen på 50 grader i faktisk påføring på grunn av begrensningen av membrankomponentrelaterte materialer. Siden strukturen til membran -separasjonsanordningen er relativt enkel, er kostnadene som kreves mye lavere enn for løsningsmiddelabsorpsjonsmetoden, men renheten til CO2 -gass oppnådd til slutt er ikke høy. Vi kan prøve å kombinere de to separasjons- og utvinningsteknologiene for å danne en fusjonsmodus for fin separasjon og grov separasjon, redusere det samlede energiforbruket og kontrollere investeringskostnadene.

Trykksvingadsorpsjon er en tørr prosess som hovedsakelig har blitt brukt i CO2 -fjerning de siste årene. Det grunnleggende prinsippet med denne metoden er at adsorpsjonskraften, adsorpsjonshastigheten og adsorpsjonens drivkraft for adsorbenten mot forskjellige gasser er forskjellige, og endring av trykkverdien vil føre til at adsorpsjonskapasiteten svinger. Disse egenskapene brukes til å gi trykkbehandling for å oppnå adsorpsjonsseparasjon av blandede gasser, og deretter regenereres adsorbenten ved å senke trykket. På denne måten kan gassen skilles og adsorbenten kan brukes syklisk.

Trykksvingadsorpsjon har mange fordeler i faktisk separasjons- og utvinningsbehandling. Lavt energiforbruk og lavt arbeidstrykk er de mest fremtredende fordelene; Tatt i betraktning at trykving-adsorpsjon er mer egnet for gass-solid separasjon, er det ikke nødvendig å vurdere problemet med løsningsmiddelgjenvinning og løsningsmiddelforbruk, og adsorbenten kan ha en lang levetid; Operasjonen av adsorpsjonsenheten kan fullføres automatisk.

Tidligere foreslo relevante forskere å bruke trykkledningsadsorpsjon for å fjerne CO2 fra en nitrogen blandet gass. I den eksperimentelle operasjonen er det første trinnet å velge et adsorbent med ekstremt høy CO2 -adsorpsjon og adsorpsjonskapasitet. I strengt samsvar med kravene fra relevante tekniske indikatorer beregnes eksperimentelle data gjennom modellen for å fullføre den foreløpige utformingen av prosessen. Formålet med eksperimentet er trykkledningsadsorpsjonsdekarbonisering av metanoldampreforming av sprekkergass. Trykksvingadsorpsjonsoperasjonstrinnene blir avklart basert på rimelig valg av dekarboniseringsadsorbenter. De endelige resultatene viser at ved å rense hydrogen og fjerne CO2 på denne måten, kan en hydrogen -renhet på 99,99% og en utvinningsgrad på 92% oppnås, noe som forbedrer hydrogengjenvinningsgraden sammenlignet med lignende enheter, noe som betyr at ressursutnyttelse kan skape mer betydningsfulle økonomiske fordeler.

Sammenlignet med løsningsmiddeladsorpsjonsmetoden, er den kryogene destillasjonsproduksjonsprosessen mer egnet for gasskilder med høyt CO2 -innhold, for eksempel CO2 -gassfeltkilder, der CO2 -innholdet i utgangspunktet er rundt 70%, og resten er CH4, N2 og andre gasser. Den kryogene destillasjonsmetoden er veldig egnet for høykonsentrasjonsgasskilder med et innhold på mer enn 60%. Vanligvis vil utvikling av gassfelt bruke den kryogene destillasjonsprosessen for å bygge et spesielt CO2 -gassbehandlingsanlegg som samler inn fra rensing og flytende gassbrønner for å oppnå ressursutnyttelse og produsere noen CO2 -produkter med høye flytende renhetsverdier. Det komplette prosesssystemet for å produsere flytende CO2 ved kryogen destillasjon inkluderer prosesseringsenheter som separasjon av rågass, avsvovling, dehydrering, flytning av kjølemedium, destillasjon og dehydrogenering og lagring av produkter.

Prinsipp og prosess for kryogen destillasjon: Nøkkelen til produksjon av flytende CO2-teknologi er å rense CO2-gass, fjerne H2O, H2S og hydrokarbonforurensninger og gjøre rågassen til høy konsentrasjon CO2-gass. Prosessen med å rense CO2 -gass er relativt kompleks og teknisk vanskelig. Valget av prosesstype vil variere i henhold til trykk, sammensetning og temperatur på CO2 -gassfeltet, men uansett hvilken prosess som brukes, er enhetskombinasjonen den samme som er at separasjon av råvarer, dehydrering, avsvovling, flytende, destillasjon og dehydrokarbonisering. Under normale omstendigheter er anvendelsesprosessen for kryogen destillasjonsprosess i CO2 -gassseparasjon og utvinning først å laste rågassen inn i separatoren, deretter fjerne svovel i rågassen og komme inn i avsvovlingstårnet, og fullføre vannfjerningen gjennom den molekylære silenes dehydrasjonsenhet, og når deretter ødeleggelsessystemet for å motta COOD CO2 -behandling. Det siste trinnet er å fjerne hydrokarbonforurensninger i destillasjonsenheten. Den kryogene lagringstanken brukes til å lagre det flytende CO2 -produktet, og markedssalget er fullført i form av tapping eller tankbiler.

Produksjonen av brus, kullsyreholdige drikker, øl og andre produkter i lysindustrien kan ikke skilles fra karbondioksid som råstoff. I tillegg kan det også brukes i den organiske syntesen av forskjellige kjemiske råvarer. I tillegg til den kjente og relativt modne kjemiske utnyttelsessektoren, brukes karbondioksid i produksjonen av metanol, kombinert hydrogensyntese av dimetyleter og kombinert metanolkatalyse og propylenoksydsyntese av dimetylkarbonat.

Basert på fotosyntese absorberer planteklorofyll CO2 fra luften og produserer plantestivelse. I henhold til denne naturloven brukes CO2 som en ressurs for å lage gassgjødsel, og CO2 -konsentrasjonen i plantevekstrommet økes på riktig måte for å oppnå målet om å øke produksjonen. Tidligere har landbruksvitenskapelige akademier og relaterte foretak forskjellige steder utviklet CO2 -gassgjødsel og kraftig fremmet dem i lokal planlegging av landbruk. I henhold til relevant statistikk er økningen i produksjonen av grønnsaker ved bruk av gassgjødsel 20%~ 40%/MU. Det tar omtrent 100 000 yuan å fullføre konstruksjonen av en 3 ~ 5 kt/A CO2 -gassgjødselapparat. Under effektiv drift kan den oppnå et årlig overskudd på millioner, så det er stort rom for utvikling. Bruken av CO2 i plantegassgjødsel kan forbedre fotosynteseffektiviteten, øke utbyttet og effektivt forbedre kvaliteten.

Både den stimulerende smaken og skumming av kullsyreholdige drikker, som øl og drikke er avledet fra karbondioksid. Smaksforskjellene til forskjellige drikkevarer er nært knyttet til mengden karbondioksid som brukes i produksjonsprosessen. Å sikre at de to forholdene med lav temperatur væske og trykk i produksjonsprosessen kan akselerere oppløsningen av karbondioksid, som spesielt manifesteres som karbonatisering. Når lokket åpnes for drikking, fordamper karbondioksid på grunn av temperaturøkningen. Fordampingsprosessen absorberer varmen og tar bort noe av kroppens varme, slik at drikkeren kan føle forskjellige grader av kulhet.

Den viktigste anvendelseseffekten av CO2 i matindustrien er matbevaring. Det internasjonale samfunnet anser generelt CO2 -naturlig oksygenreduksjonsmetode som en bevaringsmetode med distinkte moderne egenskaper. Spesifikt innebærer CO2-kontrollert atmosfærebevaring injiserer høye konsentrasjoner av CO2 i frukt- og grønnsakslagringsmiljøet for å redusere O2-innholdet og hemme respirasjonen av frukt- og grønnsaksmikroorganismer. Årsaken til at denne metoden er velkomne av markedet, er at den ikke bruker kjemiske konserveringsmidler. I en tidligere studie fant South China Agricultural University at bruken av CO2-kontrollert atmosfære for å lagre Litchi, gasskonsentrasjonsområdet kontrolleres fra minimum 15% til maksimalt 30%, og etter 30 dager kan Litchi fremdeles opprettholde sin opprinnelige smak og farge. Når egg plasseres i en CO2 -gass med en konsentrasjon på 30% til 40%, kan CO2 komme inn i eggeskallet etter 7 til 10 dager, og bremse dannelsen av vannaktig protein og spille en rolle i bevaring. Enten det er smak, ernæring, tekstur eller utseende, kan de forbli uendret når de tinende kjøleskapet, spesielt uten kjemiske konserveringsmidler. Dette er den største fordelen med CO2 i matkjøling og bevaring. Tørris brukes i luftfart, matfrysing og bevaring og bevaring av supermarked.

En av nøkkelfaktorene som stimulerer menneskelig pust er karbondioksid, som stimulerer luftveiene basert på stimulering av menneskekroppens ytre kjemoreseptorer. Hvis menneskekroppen inhalerer oksygen med høy renhet i lang tid, vil den slutte å puste på grunn av reduksjon av karbondioksidkonsentrasjon, og står overfor en stor livstruende fare. Fra et klinisk medisinsk perspektiv, når man arbeider med alvorlig karbonmonoksid, alkalose eller sjokk, brukes en blanding av 95% oksygen og 5% karbondioksid ofte for hjelpebehandling. I tillegg brukes ofte karbondioksid i kryogen kirurgi.

Med utslipp av klimagasser som øker år for år og global oppvarming, legger NewTek stor betydning for å redusere klimagassutslipp. Samtidig er det forpliktet til utvikling av ny energi, reduserer klimagassutslipp fra kilden, og rimelig resirkulering og gjenbruk av eksisterende utslipp. Det er nødvendig å innovere basert på eksisterende separasjonsteknologi og bruke høyere separasjonsgjenoppretting for å støtte utviklingen av utnyttelse av karbondioksidressurs, fremme sosialt bærekraftig utvikling og styrke sosiale og økonomiske fordeler.