ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ И ЕГО УТИЛИЗАЦИЯ

PURIFICATION OF SMOKE GASES FROM CARBON DIOXIDE FROM INDUSTRIAL EMISSIONS AND ITS DISPOSAL
Цитировать:
Жумабоев А.Г., Содиков У.Х. ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ И ЕГО УТИЛИЗАЦИЯ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2021. 10(88). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12345 (дата обращения: 11.08.2022).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В конце ХХ столетия стало заметно ощущаться систематическое потепление окружающей среды. Причиной такого фактора является увеличение концентрации диоксида углерода в атмосфере. Количество выбросов СО2 в мире в 2005 году составило более 22 млрд. тонн/год, в том числе по Республике Узбекистан около 115 млн. тонн/год, и намечается тенденция его возрастания. Поэтому перед исследователями стоит задача снижения выбросов СО2 как за счет его утилизации, так и за счет исключения образования СО2 при термической переработке углеродсодержащего сырья.

ABSTRACT

At the end of the twentieth century, a systematic warming of the environment began to be noticeable. The reason for this factor is an increase in the concentration of carbon dioxide in the atmosphere. The amount of CO2 emissions in the world in 2005 amounted to more than 22 billion tons / year, including about 115 million tons / year in the Republic of Uzbekistan, and there is a tendency of its increase. Therefore, researchers are faced with the task of reducing CO2 emissions both through its utilization and by eliminating the formation of CO2 during thermal processing of carbon-containing raw materials.

 

Ключевые слова: Диоксид углерода (СО2), моноэтаноламин, термодиффузии, жидкостная очистка.

Keywords: Carbon dioxide (CO2), monoethanolamine, thermal diffusion, liquid cleaning.

 

В плане выполнения международных обязательств по Киотскому протоколу и РКИК разработан комплекс мер, утвержденный Постановлением Правительства Республики Узбекистан от 20 октября 1999 года № 469 «О программе действия по охране окружающей среды на 1999 – 2005 годы». Приняты основные положения Национальной стратегии по снижению эмиссии парниковых газов Республики Узбекистан на 2000 – 2010 годы и мероприятия по ее реализации.

Как известно, углекислый газ образуется при самых разнообразных процессах: брожении, гниении, дыхании, но главным источником СО2 (более 15% от общего содержания в воздухе) являются промышленные выбросы: при сжигании твердых, жидких и газообразных топлив, а также при термообработке природных карбонатов (известняка, доломита, магнезита и др.)

Поэтому перед исследователями стоит задача снижения выбросов СО2 как за счет его утилизации, так и за счет исключения образования СО2 при термической переработке углеродсодержащего сырья.

Для успешного решения этой задачи необходимо прежде знать механизм взаимодействия СО2 с химическими реагентами в зависимости от их состава и условий проведения процесса, а также проанализировать существующие методы очистки дымовых газов от диоксида углерода из промышленных выбросов и его утилизация.

Химически СО2 довольно инертен, термически устойчив, диссоциирует на окись углерода и кислород при высокой температуре: % диссоциации при 2000 0С; 2900 0С; 5000 0С соответственно составляет 2; 50; 99. Диссоциация ускоряется под действием УФ лучей, высокого давления и электроразряда (2).

Основным процессом извлечения СО2   из дымовых газов является его адсорбция и десорбция. Для очистки и утилизации СО2 дымовые газы пропускают через башни, в которых по кускам кокса стекает раствор поташа (К2СО3) (2).

Последний поглощает СО2 с образованием бикарбоната и вновь выделяет ее при нагревании, согласно реакциям:

К2СО3 + СО2  + Н2О → 2КНСО3     нагрев

2КНСО3        →      К2СО3 + СО2  + Н2О

Эффективным адсорбентом является моноэтаноламин (3). Это слабое основание хорошо поглощает СО2  из воздуха. Оптимальная адсорбция при 4000С, десорбция при 1100 – 1200С. Кроме того, предлагаются и другие методы выделения СО2 , в частности, мембранный адсорбционный метод с использованием пустотелых гидрофобных  волокон полимерных материалов (политетрат, фторэтилен, полиэтилен, полипропилен и др.) и различных видов адсорбционных растворов, в качестве последних используются  водные растворы натриевых солей, моноэтаноламина и др. (4,5).

В литературе приводятся теоретические и экспериментальные исследования процесса очистки дымовых газов промышленных установок от СО и СО2  с получением в качестве конечного продукта твердых частиц углерода нанометрового размера со структурой аморфной сажи. Это достигается деструкцией СО и СО2  под действием электроразряда (6).

Есть исследования по использованию для очистки дымовых газов от СО2 твердых адсорбентов – цеолитов и углеродистых волокон (7,8).

Промышленные методы очистки дымовых газов от вредных примесей можно подразделить на три группы (9-11):

  1. с помощью твердых поглотителей или катализаторов – «сухие» методы очистки;
  2. с помощью жидких поглотителей – жидкостная очистка;
  3. очистка без применения поглотителей или катализаторов, основанных на конденсации газов.

К первой группе относятся методы, основанные на адсорбции, химическом взаимодействии с твердыми поглотителями и на каталитическом превращении примесей в безвредные или легко удаляемые соединения. Сухие методы очистки обычно проводят с неподвижным слоем сорбента, поглотителя или катализатора, который периодически должен подвергаться регенерации или замене. В последнее время такие процессы осуществляются также в «кипящем» или движущемся слое, что позволяет непрерывно обновлять очищающие материалы. Жидкостные способы основаны на адсорбции извлекаемого компонента жидким сорбентом. Типичная схема жидкостных способов очистки включает непрерывную циркуляцию адсорбента между аппаратом, в котором происходит очистка газа, и регенератором, в котором происходит восстановление поглотительной способности раствора.

Третья группа методов очистки основана на конденсации примесей и на диффузионных процессах (термодиффузии, разделение через пористую перегородку).

Примерная характеристика некоторых наиболее употребительных промышленных способов очистки, выбрасываемых в атмосферу газов от СО2, SO2, SO3 и H2S, следующая (9):

  1. Очистка от СО2 и H2S – водным 15 – 30% раствором моноэтаноламина, при давлении от атмосферного до 30 атм, температура 30 – 400С. Остаточное содержание примеси 0,002 – 0,2 % СО2; 20 – 50 мг/н*м3 H2S. Ориентировочные расходные коэффициенты на очистку 1000 нм3 газа – 0,05–0,5 кг амина, 10 квт-ч электроэнергии; 300 – 1000 кг пара. Регенерация адсорбента при 120 – 1300С.
  2. Аммиачная очистка от СО2 и H2S – водным 1,5 – 6,0 % раствором NH3, давление атмосферное или 8 – 10 атм. Остаточное содержание примесей 0,5 – 3 г/нм3 H2S. Расходные коэффициенты – 100 кг пара на 1 кг H2S удаленного из газа. Регенерация с нагреванием раствора.
  3. Низкотемпературная абсорбция СО2 и H2S – метиловым спиртом, давление 10 – 30 атм., температура минус 30 – минус 700С. Остаточное содержание примесей 1 – 1,5 % СО2 , менее 1 мг/нм3 сернистых соединений. Расходные коэффициенты на очистку 1000 нм3 газа 0,5 – 1 кг метилового спирта, 20 – 30 квт-ч электроэнергии, 40 – 60 кг пара. Условия регенерации – ступенчатое снижение давления до 0,2 атм., температура минус 600С.
  4. Водная очистка от СО2 – давление 12 – 30 атм., температура 10 – 300С. Остаточное содержание примесей 0,3 – 2 % СО2. Для очистки 1000 нм3 газа необходимо затратить 60 – 80 м3 воды, 40 – 55 квт-ч электроэнергии. Условия регенерации – снижение давления до атмосферного, дегазация воды.
  5. Поташная очистка от СО2 – 35-40% водным раствором К2СО3, давление 15-30 атм., температура 110 – 1200С. Остаточное содержание СО2 – 0.5-2%. На очистку 1000 нм3 газа расходуется 0,001 кг поташа, 14 квт-ч электроэнергии, 400-500 кг пара. Условия регенерации – снижение давления до 1,2 – 1,3 атм., температура 110 – 1200С.
  6. Щелочная очистка от СО2 - 8-10% водным раствором NaOH, давление атмосферное. Остаточная примесь 0,001 – 0,002 СО2, расходы на очистку 1000 нм3 газа – 1,3-1,6 кг каустика, 8-9 кг извести, 3 квт-ч электроэнергии, 25-30 кг пара. Регенерация раствора не производится или производится путем каустификации известью. Побочных продуктов нет.

Обзор физико-химических свойств диоксида углерод и промышленных методов очистки дымовых газов от диоксида углерода и других сернистых соединения говорит о том, что зная источники выброса в атмосферу вредных газов и кинетику процесса взаимодействия СО2 с различными химическими реагентами можно утилизировать и сократить выбросы его в атмосферу. Однако существующие промышленные способы очистки дымовых газов в основном базируются на химическом сырье, завозимого из-за пределов Республики Узбекистан.

Поэтому при разработке технологии очистки дымовых газов следует ориентироваться на местное сырье.

 

Список литературы:

  1. Проблемы энерго- и ресурсосбережения. №1-2, Т.,2003.13стр. К.Р.Алаев
  2. Краткая химическая энциклопедия. Изд-во «Советская энциклопедия» М. 1961, том V.
  3. РЖХ, 2006 г., № 6, 19 П. 539
  4. РЖХ, 2006г., № 5, 19 П. 532
  5. РЖХ, 2002 г., № 2, 19 П. 491
  6. РЖХ, 2005 г., № 5, 19 П. 534
  7. РЖХ, 2005 г., № 4, 19 П. 496
  8. РЖХ, 2006 г., № 12, 19П. 519
  9. Краткая химическая энциклопедия. Изд-во «Советская энциклопедия» М. 1961, том I.
  10. Содиков Усмонали Худоберганович, Жумабоев Алишер Гофурович Получение оксигенатно-углеводородной смеси целевым назначением // Universum: технические науки. 2019. №11-2 (68). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/poluchenie-oksigenatno-uglevodorodnoy-smesi-tselevym-naznacheniem (дата обращения: 25.09.2021).
  11. Жумабоев А.Г., Содиков У.Х.Разработка схемы использования поглотителя при нейтрализации «кислых газов», образующихся при сжигании кокса в катализаторе блока каталитического риформинга // Universum: технические науки. 2020. №10-2 (79). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-shemy-ispolzovaniya-poglotitelya-pri-neytralizatsii-kislyh-gazov-obrazuyuschihsya-pri-szhiganii-koksa-v-katalizatore (дата обращения: 25.09.2021).
Информация об авторах

ассистент, Ферганский политехнический институт, Узбекистан, г. Фергана

Assistant, Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Ferghana

ассистент, Ферганский политехнический институт, Узбекистан, г. Фергана

Assistant, Ferghana Polytechnic Institute, Uzbekistan, Ferghana

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top