Karbonat angidridni tozalash vositasi - Carbon dioxide scrubber - Wikipedia

A karbonat angidridni tozalash vositasi singdiradigan uskuna qismidir karbonat angidrid (CO2). U davolash uchun ishlatiladi chiqindi gazlar dan sanoat korxonalari yoki nafas chiqaradigan havodan hayotni qo'llab-quvvatlash tizimlari kabi dam oluvchilar yoki ichida kosmik kemalar, suv osti hunarmandchilik yoki havo o'tkazmaydigan kameralar. Karbonat angidridni tozalash vositalari ham ishlatiladi boshqariladigan atmosfera (CA) saqlash. Ular ham qidirib topilgan uglerodni saqlash va saqlash kurashish vositasi sifatida Global isish.

Texnologiyalar

Ominni tozalash

Asosiy maqola: Amin gazini tozalash

CO uchun asosiy dastur2 tozalash - olib tashlash uchun CO
2 ko'mir va gaz yoqilg'isi chiqindilaridan elektr stantsiyalari. Amalda jiddiy baholanadigan yagona texnologiya turli xillardan foydalanishni o'z ichiga oladi ominlar, masalan. monoetanolamin. Ushbu organik birikmalarning sovuq eritmalari CO ni bog'laydi2, lekin ulanish yuqori haroratlarda o'zgaradi:

CO2 + 2 HOCH2CH2NH2 O HOCH2CH2NH3+ + HOCH2CH2NHCO2−

2009 yildan boshlab, ushbu texnologiya ob'ektni o'rnatish uchun sarflangan xarajatlar va undan foydalanishning ekspluatatsion xarajatlari tufayli juda ozgina amalga oshirildi.[1]

Mineral moddalar va seolitlar

Bir nechta minerallar va minerallarga o'xshash materiallar CO ni qaytarib bog'laydi2.[2] Ko'pincha, bu minerallar oksidlar yoki gidroksidlar va ko'pincha CO2 karbonat kabi bog'langan. Uglerod dioksidi bilan reaksiyaga kirishadi ohak (kaltsiy oksidi) hosil bo'ladi ohaktosh (kaltsiy karbonat ),[3] karbonat tsikli deb ataladigan jarayonda. Boshqa minerallarga kiradi serpantinit, a magniy silikat gidroksidi va olivin.[4][5] Molekulyar elaklar shuningdek, ushbu funktsiyani bajaradi.

COni olib tashlash uchun turli xil tozalash jarayonlari taklif qilingan2 havodan yoki tutun gazlaridan kelib chiqadi. Ular odatda Kraft jarayoni. Scrubbing jarayonlariga asoslanishi mumkin natriy gidroksidi.[6][7] CO2 eritmaga singib ketadi, kustifikatsiya deb nomlangan jarayon orqali ohakga o'tkaziladi va a da chiqariladi o'choq. Mavjud jarayonlarni, asosan kislorodli pechni ba'zi o'zgartirishlar bilan yakuniy natijada CO ning konsentrlangan oqimi bo'ladi2 saqlashga yoki yoqilg'ida ishlatishga tayyor. Ushbu termo-kimyoviy jarayonning alternativasi CO ni chiqarish uchun karbonat eritmasiga nominal kuchlanish qo'llaniladigan elektr hisoblanadi.2.[iqtibos kerak ] Oddiyroq bo'lsa-da, bu elektr jarayoni ko'proq energiya sarflaydi, chunki u bir vaqtning o'zida suvni ajratadi. Elektrga bog'liq bo'lganligi sababli, elektr energiyasi PV kabi yangilanishi kerak. Aks holda CO2 elektr energiyasini ishlab chiqarish jarayonida ishlab chiqarilganligini hisobga olish kerak. Havoning tutilishining dastlabki bosqichlarida energiya manbai sifatida ishlatilgan elektr energiyasi; shuning uchun uglerodsiz manbaga bog'liq edi. Issiqlik havosini olish tizimlarida joylarda ishlab chiqarilgan issiqlik ishlatiladi, bu esa elektr energiyasini ishlab chiqarish bilan bog'liq bo'lgan samarasizlikni kamaytiradi, ammo, albatta, u (uglerodsiz) issiqlik manbaiga muhtoj. Konsentrlangan quyosh energiyasi bunday manbaning namunasidir.[8]

Natriy gidroksidi

Zeman va Lakner havo tutishning o'ziga xos usulini bayon qildilar.[9]

Birinchidan, CO2 gidroksidi tomonidan so'riladi NaOH eritilgan ishlab chiqarish uchun eritma natriy karbonat. Yutish reaktsiyasi bu gazli suyuqlik reaktsiyasi, kuchli ekzotermik, bu erda:

2NaOH (aq) + CO2(g) → Na2CO3(aq) + H2O (l)
Na2CO3(aq) + Ca (OH)2(lar) → 2NaOH (aq) + CaCO3(lar)
DH ° = -114,7 kJ / mol

Kustifikatsiya hamma joyda amalga oshiriladi sellyuloza va qog'oz sanoati va karbonat ionlarining 94% ni natriydan kaltsiy kationiga osonlikcha o'tkazadi.[9] Keyinchalik, kaltsiy karbonat cho'kmasi eritmadan filtrlanadi va termal ravishda parchalanib gazli CO hosil bo'ladi2. Kalsinlanish reaktsiyasi jarayondagi yagona endotermik reaktsiya bo'lib, bu erda ko'rsatilgan:

CaCO3(lar) → CaO (s) + CO2(g)
DH ° = + 179,2 kJ / mol

Kalsitning termik parchalanishi qo'shimcha gaz ajratish bosqichidan qochish uchun kislorod bilan ishlangan ohak pechida amalga oshiriladi. Ohakning gidratatsiyasi (CaO) tsiklni yakunlaydi. Ohak hidratsiyasi - bu suv yoki bug 'bilan bajarilishi mumkin bo'lgan ekzotermik reaktsiya. Suvdan foydalanib, bu suyuq / qattiq reaktsiya, bu erda ko'rsatilgan:

CaO (s) + H2O (l) → Ca (OH)2(lar)
DH ° = -64,5 kJ / mol

Lityum gidroksid

Boshqa kuchli asoslar kabi sodali ohak, natriy gidroksidi, kaliy gidroksidi va litiy gidroksidi tomonidan karbonat angidridni olib tashlashga qodir kimyoviy reaksiya u bilan. Xususan, lityum gidroksid bortida ishlatilgan kosmik kemalar, kabi Apollon dasturi, atmosferadan karbonat angidridni olib tashlash uchun. U karbonat angidrid bilan reaksiyaga kirib, hosil bo'ladi lityum karbonat.[10] Yaqinda lityum gidroksidi changni yutish texnologiyasi foydalanish uchun moslashtirildi behushlik mashinalari. Jarrohlik paytida hayotni qo'llab-quvvatlovchi va nafas olish vositalarini ta'minlaydigan behushlik apparatlari, odatda, bemor tomonidan chiqarilgan karbonat angidridni olib tashlashni talab qiladigan yopiq elektronni ishlatadi. Lityum gidroksid, kaltsiyga asoslangan eski mahsulotlarga nisbatan xavfsizlik va qulaylik uchun bir oz foyda keltirishi mumkin.

2 LiOH (lar) + 2 H2O (g) → 2 LiOH · H2O (lar)
2 LiOH · H2O (lar) + CO2(g) → Li2CO3(lar) + 3 H2O (g)

Aniq reaktsiya:

2LiOH (s) + CO2(g) → Li2CO3(lar) + H2O (g)

Lityum peroksid u ko'proq COni yutgani uchun ham ishlatilishi mumkin2 kislorod chiqarishning qo'shimcha afzalligi bilan og'irlik birligiga.[11]

Yaqin o'tkan yillarda lityum ortosilikat CO2 ushlash va energiya tejashga katta e'tibor qaratdi.[12] Ushbu material karbonat hosil bo'lishi uchun yuqori haroratni talab qiladigan bo'lsa-da, ishlashning katta afzalliklarini taklif etadi.

Qayta tiklanadigan karbonat angidridni yo'q qilish tizimi

Qayta tiklovchi karbonat angidridni tozalash tizimi (RCRS) kosmik transport orbiter karbonat angidridni sarflanadigan mahsulotlarsiz uzluksiz olib tashlashni ta'minlaydigan ikki yotoqli tizimdan foydalangan. Qayta tiklanadigan tizimlar shutl missiyasini o'z kosmik kemasini to'ldirmasdan, kosmosda uzoqroq bo'lishiga imkon berdi sorbent qutilar. Keksa litiy gidroksidi Qayta tiklanmaydigan (LiOH) asosidagi tizimlar qayta tiklanadigan bilan almashtirildi metall -oksid asoslangan tizimlar. Metall oksidga asoslangan tizim, avvalambor, metall oksidi sorbent qutisi va regenerator yig'ilishidan iborat edi. U sorbent moddasi yordamida karbonat angidridni olib tashlash va keyinchalik sorbent moddasini qayta tiklash orqali ishladi. Metall-oksidli sorbent qutisi havoni 400 ° F (204 ° C) da u orqali 7,5 kub fut / min (0,0035 m) standart oqim tezligida pompalayarak qayta tiklandi.3/ s) 10 soat davomida.[13]

Faollashgan uglerod

Faollashgan uglerod karbonat angidridni tozalash vositasi sifatida ishlatilishi mumkin. Karbonat angidrid miqdori yuqori bo'lgan havo, masalan, meva saqlanadigan joylardan havo, faol uglerod qatlamlari orqali puflanishi mumkin va karbonat angidrid faol uglerodga singib ketadi. To'shak bir marta to'yingan keyin u karbonat angidrid gazi, masalan, atrof-muhit havosini karavot orqali puflash orqali "qayta tiklanishi" kerak. Bu karbonat angidridni yotoqdan chiqarib yuboradi va undan keyin yana tozalash uchun ishlatilishi mumkin, shu bilan karbonat angidrid gazining miqdori havodagi jarayon boshlangandek qoladi.[iqtibos kerak ]

Metall-organik ramkalar (MOF)

Metall-organik ramkalar orqali karbonat angidrid gazini olish va sekvestratsiya qilishning eng istiqbolli yangi texnologiyalaridan biridir adsorbsiya. Hozirgi kunda keng ko'lamli tijorat texnologiyasi mavjud bo'lmasa-da, bir qator tadqiqotlar MOFlarning CO sifatida katta imkoniyatlarga ega ekanligini ko'rsatdi.2 adsorban. Teshiklarning tuzilishi va sirt funktsiyalari kabi xususiyatlarini CO ni yaxshilash uchun osongina sozlash mumkin2 boshqa gazlarga nisbatan selektivlik.[14]

MOF CO kabi harakat qilish uchun maxsus ishlab chiqilgan bo'lishi mumkin2 yonishdan keyingi elektr stantsiyalarida olib tashlash vositasi. Ushbu stsenariyda, chiqindi gaz MOF materiallari bilan to'ldirilgan yotoqdan o'tib ketadi, bu erda CO2 echinish bo'lar edi. To'yinganlikdan keyin CO2 a yordamida tuzatish mumkin bosim yoki haroratning tebranishi. Keyin karbonat angidridni er osti sharoitida saqlash yoki undan foydalanish uchun o'ta og'ir sharoitlarda siqish mumkin edi yaxshilangan neftni qayta tiklash jarayonlar. Biroq, bu bir qancha qiyinchiliklar tufayli hali keng ko'lamda mumkin emas, ulardan biri juda katta miqdordagi MOF ishlab chiqarishdir.[15]

Yana bir muammo - MOFlarni sintez qilish uchun zarur bo'lgan metallarning mavjudligi. Ushbu materiallar barcha CO ni olish uchun ishlatiladigan faraziy stsenariyda2 global harorat ko'tarilishini saqlab qolish kabi global isish muammolaridan qochish uchun zarur bo'lgan, masalan, sanoatgacha bo'lgan o'rtacha haroratdan 2 ° C dan pastroq bo'lganida, biz Yer yuzida mavjud bo'lganidan ko'proq metallarga ehtiyoj sezamiz. Masalan, ishlatadigan barcha MOFlarni sintez qilish vanadiy, bizga 2010 yilgi global zaxiralarning 1620% kerak bo'ladi. Magniy asosidagi MOFlardan foydalansangiz ham, ular CO ni adsorbsiyalash uchun katta imkoniyatlarni namoyish etishgan2, bizga 2010 yilgi global zaxiralarning 14% kerak bo'ladi, bu juda katta miqdor. Bundan tashqari, ekologik muammolarni keltirib chiqaradigan keng ko'lamli qazib olish zarur.[15]

DOE tomonidan homiylik qilingan va tomonidan boshqariladigan loyihada UOP MChJ to'rt xil universitet professor-o'qituvchilari bilan hamkorlikda MOFlar yonishdan keyingi tutun gazida karbonat angidridni yo'qotish vositasi sifatida sinovdan o'tkazildi. Ular CO ning 90% ni ajratishga muvaffaq bo'lishdi2 vakuum bosimi tebranish jarayoni yordamida chiqindi gaz oqimidan. Keng ko'lamli tekshiruvlar natijasida tadqiqotchilar eng yaxshi MOF ishlatilishi Mg / DOBDC ekanligini aniqladilar, uning tarkibida CO ning 21,7% bo'lgan2 yuklash hajmi. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, xuddi shunday tizim keng ko'lamli elektr stantsiyasiga tatbiq etilsa, energiya narxi 65 foizga oshadi, NETL amin asosidagi tizim 81% ga o'sishiga olib keladi (DOE maqsadi 35%). Bundan tashqari, har bir tonna CO2 oldini olish 57 dollarni tashkil etadi, ammo amin tizimida bu narx 72 dollarni tashkil etadi. Loyiha 580 MVt quvvatga ega elektr stantsiyasida bunday loyihani amalga oshirish uchun zarur bo'lgan jami kapital 354 million dollarni tashkil etganini taxmin qilib, 2010 yilda yakunlandi.[16]

Havo kartridjini uzaytiring

Extend Air Cartridge (EAC) - bu mos ravishda ishlab chiqilgan rereatreaterda qabul qiluvchining bo'shlig'iga o'rnatilishi mumkin bo'lgan oldindan o'rnatilgan bitta ishlatiladigan changni yutish idishining turi yoki turi.[17]

Boshqa usullar

Karbonat angidridni tozalash uchun ko'plab boshqa usullar va materiallar muhokama qilindi.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Gari T. Rochelle (2009). "CO uchun aminni tozalash"2 Qo'lga olish ". Ilm-fan. 325 (5948): 1652–4. Bibcode:2009 yil ... 325.1652R. doi:10.1126 / science.1176731. PMID  19779188. S2CID  206521374.
  2. ^ Sunho Choi; Jeffri H. Dresi; Kristofer V. Jons (2009). "Katta antropogen nuqta manbalaridan uglerod dioksidini olish uchun adsorbent materiallar". ChemSusChem. 2 (9): 796–854. doi:10.1002 / cssc.200900036. PMID  19731282.
  3. ^ "Tasavvur qiling-a, qazilma yoqilg'idan foydalanishda cheklovlar yo'q va global isish yo'q". ScienceDaily. 2002 yil 15 aprel.
  4. ^ "Tabiiy mineral karbonat angidrid gazini to'sadi". ScienceDaily. 2004 yil 3 sentyabr. Olingan 2011-06-01.
  5. ^ "Barqarorlik va TecEco o'chog'i". Arxivlandi asl nusxasi 2005 yil 25 oktyabrda. Olingan 25 oktyabr, 2005.
  6. ^ Kennet Chang (2008 yil 19 fevral). "Olimlar issiqxona gazini benzinga aylantiradi". The New York Times. Olingan 2009-10-29.
  7. ^ "Kimyoviy" shimgich "CO2ni atrof muhitdan filtrlashi mumkin". Yangi olim. 2007 yil 3 oktyabr. Olingan 2009-10-29.
  8. ^ "Texnologiya havoni tozalay oladimi? - atrof-muhit". Yangi olim. 2009 yil 12-yanvar. Olingan 2009-10-29.
  9. ^ a b F. S. Zeman; K. S. Lackner (2004). "Karbonat angidridni to'g'ridan-to'g'ri atmosferadan olish". Jahon resurslari. Vah. 16: 157–172.
  10. ^ J.R.Xaunsen (1989). "Lityum gidroksidi karbonat angidrid oksidlovchi skrubberlarining chuqur dengiz muhitidagi harakati va imkoniyatlari". AQSh dengiz akademiyasining texnik hisoboti. USNA-TSPR-157. Arxivlandi asl nusxasi 2009-08-24. Olingan 2008-06-17.
  11. ^ Petzov, G. N .; Aldinger, F .; Yonsson, S .; Welge, P .; Van Kampen, V .; Mensing, T .; Brüning, T. (2005). "Berilliy va berilliy birikmalari". Ullmannning Sanoat kimyosi ensiklopediyasi. doi:10.1002 / 14356007.a04_011.pub2. ISBN  978-3527306732.
  12. ^ Yonishdan keyingi CO2 ni olish uchun ortiy silikat asosidagi qattiq emdiruvchi
  13. ^ "Karbonat angidridni yo'qotish". Xemilton Sundstrand. Arxivlandi asl nusxasi 2007-10-31 kunlari. Olingan 2008-10-27. Metall oksidga asoslangan yangi tizim, EMUning boshlang'ich hayotni qo'llab-quvvatlash tizimida joylashgan mavjud qayta tiklanmaydigan lityum gidroksidi (LiOH) karbonat angidrid (CO2) tozalash tizimining o'rnini egallaydi.
  14. ^ Li, Tszian-Rong (2011). "Karbonat angidrid gazini yutish bilan bog'liq gaz adsorbsiyasi va metall-organik ramkalarda ajratish" (PDF). Muvofiqlashtiruvchi kimyo sharhlari. 255 (15–16): 1791–1823. doi:10.1016 / j.ccr.2011.02.012. Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2016-09-09.
  15. ^ a b Smit, Berend; Reymer, Jeffri R.; Oldenburg, Kertis M.; Bourg, Yan C. (2014). Uglerodni tutib olish va sekvestrlashga kirish. Imperial kolleji matbuoti. ISBN  978-1-78326-327-1.
  16. ^ Uillis, Richard; Lesch, Devid A. (2010). "Mikro gözenekli metall organik ramkalar yordamida tutun gazidan uglerod dioksidini olib tashlash". Yakuniy texnik hisobot. DOE mukofotining raqami: DE-FC26-07NT43092. OSTI  1003992-YRfi3u /.
  17. ^ https://www.dykarna.nu/lexicon/extend_air_cartridge_401.html (shved tilida)
  18. ^ "CO ning adsorbsiyasi va desorbtsiyasi2 qattiq sorbentlarda " (PDF). netl.doe.gov.