二酸化炭素分離と回復技術 - ブログ

現代の産業開発の過程で世界的なエネルギー消費が増加しており、その中で天然ガス、石油、石炭、その他の化石エネルギー消費が最大です。 1860年の産業革命以来、CO2排出量は年々増加しています。米国エネルギー省のエネルギー情報局（EIA）の客観的な予測報告書によれば、2030年にはグローバルなCO2排出量の総排出量が450億トンに達するか、それを超えている可能性があります。CO2の大規模で加速した排出は、温室効果をさらに悪化させ、地球戦争を引き起こすだけでなく、生態学的および環境問題を引き起こします。 2014年のベルリンでは、国連の気候変動に関する政府間パネル（IPCC）によって公式に発表された5番目の評価報告書は、世界の温室効果ガス排出の成長傾向が前例のないレベルに達したと述べました。排出削減策がない場合、世界の平均温度は2100の産業革命の前よりも3.7〜4.8度高くなると予想されます。二酸化炭素は重要な炭素資源です。有機物を合成するための原料として、石油と天然ガスの搾取のための補助剤として、および超臨界状態で有機物を抽出するための抽出剤として使用できます。したがって、化石エネルギーによって放出されたCO2を効果的に分離してリサイクルする方法と、リソースとして再利用する方法は、現代社会で持続可能な開発を達成するための重要な問題の1つになりました。

キーワード：二酸化炭素;分離および回復技術。リソース利用

CO2のソースは非常に広範であり、次の排出源に大まかに分割できます。
1）化学プラントの水素生産からの排出。製油所、肥料植物、およびその他の有機化学植物には、通常、水蒸気との融合後にメタン、一酸化炭素、炭素、およびその他の物質から変換される生産にH2が必要です。変換プロセス中、CO2とH2が生成され、そのうち約15％がCO2です。生成されたCO2のほとんどは、尾ガスの形で大気中に直接排出されます。

2）鉱石分解からの排出。酸化カルシウムは、ソーダ灰、コーティング、鋼製の生産に使用され、通常、分解のために石灰岩を加熱することによって得られます。酸化マグネシウムは、耐火レンガとマグネシアレンガの生産に使用されます。酸化マグネシウムは、ほぼ加熱マグネシウム鉱石に由来し、これらの加熱分解プロセスには大量のCO2が排出されます。

3）石油およびガス田。天然ガスとオイルを採掘すると、CO2を含む混合油田ガスがしばしば遭遇し、コンテンツは一般的に高く、少なくとも20％、最大99％です。

4）食品、生化学、製薬産業。発酵方法を使用してアルコールを生産するビールと酒の生産プロセス中に、大量のCO2ガスが生成され、90％〜98％のコンテンツがあります。これは比較的高い集中CO2ガス源です。

物理吸収法とは、成分の異なる溶解度に応じて圧力下で酸ガス成分を分離および吸収するための有機溶媒を使用し、圧力を下げることで溶媒再生を実現することを指します。そうすれば、あまりにも多くの再生エネルギーを必要としません。この方法の効果的な適用の鍵は、高品質の吸収剤を選択することです。品質基準は、高い沸点、大きなCO2溶解度、非腐食性、非毒性、安定した化学的特性です。現在、一般的に使用される吸収剤は、スルホレン、リン酸トリビチル、炭酸プロピレン、メタノール、およびN-メチルピロリドンです。

この方法の原理は、生ガス内のCO2が吸収剤のより高い溶解度を示しており、他のガスの溶解度は比較的小さくなっていることです。 CO2は、この物理的な違いに基づいて削除されます。これは、部分的な圧力が高く、高圧下での吸収、低圧加熱制御下での脱着を持つ溶質ガスでよく使用されます。低圧加熱は、エネルギー消費を減らす最も効果的な方法です。

化学吸収法も吸収剤を使用しますが、CO2の吸収と分離は主に吸収剤とCO2の間の化学反応に依存します。一連の反応の後、吸収塔の吸収剤と生ガスのCO2は、吸収溶媒を中心とした大量のCO2で濃縮されます。この豊富な液体の形成後、脱着塔で加熱され、最終的に分解されてCO2が放出されます。

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。

膜分離技術の実現は、主にポリマー膜を介した異なる成分の異なる透過性に依存します。ガス交差に面した場合、ポリマー材料で作られた膜は、透過性の違いに応じてガス分離を達成します。圧力差は、膜分離の駆動力です。圧力差が存在する場合にのみ、透過性が高いガス成分が膜を通過し、透過ガスの流れの形で分離できます。透過性が低いほとんどのガスは、膜の空気入口側にとどまります。

現在CO2膜分離に使用されている膜材料は、主にポリスルホン膜、セルロース酢酸膜、ポリペプチド膜、ポリエタルスルホン膜、およびポリアミド膜であり、天然ガスと石油採掘のプロセスで生成されるCO2を分離および回収するのに特に適しています。ただし、これらの膜の耐熱性はあまり良くありません。ポリアミド膜自体の耐熱温度は300度の最大値に達しましたが、膜成分関連材料の制限により、実際の塗布で最大動作温度50度にしか達しません。膜分離装置の構造は比較的単純であるため、必要なコストは溶媒吸収法のコストよりもはるかに低くなりますが、最終的に得られたCO2ガスの純度は高くありません。 2つの分離技術と回復技術を組み合わせて、細かい分離と粗い分離の融合モードを形成し、全体的なエネルギー消費量を削減し、投資コストを制御することができます。

圧力スイング吸着は、近年CO2除去に主に使用されている乾燥プロセスです。この方法の基本原則は、異なるガスに面した吸着剤の吸着力、吸着剤の吸着駆動力が異なり、圧力値の変化により吸着能力が変動することです。これらの特性は、混合ガスの吸着分離を達成するために加圧処理を与えるために使用され、吸着剤は圧力を下げることで再生されます。このようにして、ガスを分離し、吸着剤を周期的に使用できます。

圧力スイング吸着は、実際の分離および回復治療において多くの利点があります。低エネルギー消費と低作業圧力が最も顕著な利点です。圧力スイングの吸着がガスソリッド分離により適していることを考慮すると、溶媒回復と溶媒消費の問題を考慮する必要はなく、吸着剤は長いサービス寿命を持つことができます。吸着デバイスの動作は完全に自動的に完了できます。

以前は、関連する研究者は、窒素混合ガスからCO2を除去するために圧力スイング吸着を使用することを提案していました。実験操作では、最初のステップは、非常に高いCO2吸着と吸着能力を備えた吸着剤を選択することです。関連する技術指標の要件に厳密に従って、実験データはモデルを通じて計算され、プロセスの予備設計を完了します。実験の目的は、メタノール蒸気の亀裂ガスを改革する圧力スイング吸着脱炭素化です。圧力スイング吸着操作ステップは、脱炭素化吸着剤の合理的な選択に基づいて明確にされます。最終結果は、水素を浄化し、CO2をこのように除去することにより、水素純度99.99％と92％の回収率を達成できることを示しています。これにより、同様のデバイスと比較して水素回収率が大幅に向上します。

溶媒吸着法と比較して、極低温蒸留生産プロセスは、CO2の含有量が基本的に約70％、残りはCH4、N2、およびその他のガスなど、CO2ガス磁場源などのCO2含有量が高いガス源により適しています。極低温蒸留法は、60％以上の含有量を持つ高濃度ガス源に非常に適しています。通常、ガス田の開発は、極低温蒸留プロセスを使用して、浄化および液化ガスウェルから収集する特別なCO2ガス加工プラントを建設し、資源利用を実現し、液体純度値の高いCO2製品を生産します。極低温蒸留による液体CO2を生産するための完全なプロセスシステムには、生のガスの分離、脱硫、脱水、冷媒の液化、蒸留および脱水素化、製品の貯蔵などの処理ユニットが含まれます。

極低温蒸留の原理とプロセス：液体CO2技術の生産の鍵は、CO2ガスを浄化し、H2O、H2S、および炭化水素不純物を完全に除去し、生のガスを高濃縮CO2ガスに変えることです。 CO2ガスを精製するプロセスは比較的複雑で、技術的に困難です。プロセスタイプの選択は、CO2ガスフィールドの圧力、組成、温度によって異なりますが、どのプロセスを使用しても、単位の組み合わせは、原材料の分離、脱水、脱硫、液化、蒸留、および脱水素化の分離と同じです。通常の状況では、CO2ガス分離と回復における極低温蒸留プロセスの散布プロセスは、最初に生のガスを分離器に積み込み、次に生のガスの硫黄を除去し、脱硫タワーに入り、分子用ふるい脱水ユニットを介して水を除去し、冷蔵液液液治療を受けることです。最後のステップは、蒸留ユニットの炭化水素不純物を除去することです。極低温貯蔵タンクは、液化CO2製品の保管に使用され、市場の販売は瓶詰めまたはタンクトラックの形で完了します。

光産業におけるソーダ、炭酸飲料、ビール、およびその他の製品の生産は、原料として二酸化炭素から分離することはできません。さらに、さまざまな化学物質の有機合成にも使用できます。既知の比較的成熟した化学利用部門に加えて、二酸化炭素はメタノールの生産、ジメチルエーテルの水素合成、および炭酸ジメチルのメタノール触媒とプロピレン酸化物合成の組み合わせに使用されます。

光合成に基づいて、植物のクロロフィルは空気からCO2を吸収し、植物澱粉を生成します。この自然法の下では、CO2はガス肥料を作るための資源として使用され、植物の成長スペースのCO2濃度が適切に増加し、生産を増やすという目標を達成します。以前は、さまざまな場所の農業科学アカデミーと関連企業がCO2ガス肥料を開発し、地元の農業植栽でそれらを激しく促進しました。関連する統計によると、ガス肥料を使用した野菜の生産の増加は20％〜40％/MUです。 3〜5 kt/A CO2ガス肥料装置の建設を完了するには、約100,000元が必要です。効果的な運用の下で、それは数百万の年間利益を達成することができるため、開発のための大きな余地があります。植物ガス肥料でのCO2の使用は、光合成効率を向上させ、収量を向上させ、品質を効果的に改善することができます。

刺激的な味とビールや飲料などの炭酸飲料の発泡の両方は、二酸化炭素に由来します。さまざまな飲料の味の違いは、生産プロセスで使用される二酸化炭素の量と密接に関連しています。生産プロセスにおける低温液体と加圧の2つの条件を確保すると、二酸化炭素の溶解が加速される可能性があります。これは、特に炭酸化として現れます。蓋を飲むために蓋を開くと、温度の上昇により二酸化炭素が蒸発します。気化プロセスは熱を吸収し、体の熱の一部を奪い、飲酒者が異なる程度の涼しさを感じることができます。

食品業界におけるCO2の主な用途効果は、食品保存です。国際社会は一般に、CO2天然酸素還元方法を明確な現代特性を持つ保存方法と見なしています。具体的には、CO2制御の大気保存には、O2含有量を減らし、果物と植物の微生物の呼吸を阻害するために、高濃度のCO2を果物と野菜の貯蔵環境に注入することが含まれます。この方法が市場で広く歓迎されている理由は、化学防腐剤を使用していないからです。以前の研究では、南中国農業大学は、CO2制御の大気を使用してリッチを保存することを発見しました。ガス濃度範囲は最低15％から最大30％に制御されており、30日後、リッチは元の風味と色を維持できることがわかりました。卵を30％から40％の濃度のCO2ガスに入れた場合、CO2は7〜10日後に卵殻に入り、水のタンパク質の形成を遅らせ、保存に役割を果たします。味、栄養、テクスチャー、または外観であろうと、特に化学物来の防腐剤なしでは、冷蔵食品を解凍するときは変わらない可能性があります。これは、食品の冷蔵と保存におけるCO2の最大の利点です。ドライアイスは、航空、食品凍結と保存、スーパーマーケットの野菜保存に使用されます。

人間の呼吸を刺激する重要な要因の1つは、二酸化炭素であり、人体の外部化学受容器の刺激に基づいて呼吸センターを刺激します。人体が高純度の酸素を長時間吸入すると、二酸化炭素濃度の減少により呼吸が止まり、大きな命にかかわる危険に直面します。臨床医療の観点から、重度の一酸化炭素、アルカロシス、またはショックを扱う場合、95％の酸素と5％の二酸化炭素の混合物が補助治療によく使用されます。さらに、二酸化炭素は極低温手術でよく使用されます。

温室効果ガスの排出量が年々増加し、地球温暖化により、NewTekは温室効果ガスの排出量を削減することに非常に重要です。同時に、それは新しいエネルギーの開発に取り組んでおり、ソースからの温室効果ガスの排出を削減し、既存の排出量を合理的にリサイクルして再利用します。既存の分離技術に基づいて革新し、より高い分離回収率を使用して、二酸化炭素資源利用の開発をサポートし、社会的に持続可能な開発を促進し、社会的および経済的利益を高める必要があります。