Прогнозируемые глобальные выбросы CO2 электростанциями и промышленностью, работающими на ископаемом топливе, на основе обычного сценария развития событий будут способствовать повышению глобальной температуры и изменению климата.
Альтернативные сценарии, направленные на сокращение выбросов, потребуют значительного внедрения системы улавливания CO2 после сжигания топлива на существующих электростанциях и промышленных объектах. Конечной целью исследований является разработка экономически эффективного процесса, который может быть применён на электростанциях и в других отраслях промышленности, требует минимального количества дополнительной энергии и оказывает незначительное воздействие на местную окружающую среду.
Коммерческая доступность жидких абсорбентов для обработки кислых газов является хорошей отправной точкой, но при этом возникают значительные проблемы с адаптацией, преобразованием и усовершенствованием этой технологии для дымовых газов электростанций.
Рассмотрим эту проблему под углом зрения процессов, основанных на жидких абсорбентах, путем пересмотра основ процесса улавливания и анализа аспектов агентов улавливания CO2, разработки и интеграции процессов, а также воздействия на окружающую среду.
Абсорбция диоксида углерода (CO2) химически активными водными аминовыми абсорбентами является первой технологией для снижения выбросов CO2 электростанциями, работающими на ископаемом топливе, которая будет продемонстрирована в промышленных масштабах. В этой главе описываются фундаментальные физические и химические процессы, которые происходят во время абсорбции/десорбции CO2 с использованием водного амина. CO2 переходит из газовой фазы в жидкость, а затем там происходит реакция. В итоге происходящие физические и химические процессы тесно взаимосвязаны.
Обычная аминокислотная очистка будет доминирующей технологией для улавливания после сжигания. Скрабирование аминами второго поколения обеспечит энергетические характеристики, превышающие 50% термодинамического КПД, с электрической нагрузкой, приближающейся к 200 кВтч/т CO2 при сжигании угля. Это технология аминоочистки второго поколения, которая должна служить в качестве основы для будущих улучшений в области улавливания после сжигания. Эта технология второго поколения обладает отличными энергетическими характеристиками, приемлемой капитальной стоимостью и хорошей устойчивостью к воздействию амина. Выбросы аэрозолей амина и окисление амина еще полностью не изучены и не урегулированы.
Одним из ключевых элементов улавливания CO2 после сжигания является выбор жидкого абсорбента.
С самого начала процессов разделения кислых газов моноэтаноламин (МЭА) рассматривался и остаётся эталонным маркером абсорбента жидкости, с которым сравнивались и продолжают сравниваться все возникающие поглощающие жидкие абсорбенты. Этот элитный статус МЭА как "выдающегося жидкого абсорбента" дополнительно подчёркивается в ряде исторических и последних научных статей, описывающих как фундаментальные свойства, так и поведение поглощения СО2 МЭА в лаборатории, начиная с оценки в экспериментальном масштабе и далее.
Несмотря на этот высокий статус, немногие с уверенностью относятся к МЭС как к идеальному абсорбенту, и широко признается, что для устранения присущих ему недостатков можно и нужно продолжать поиск подходящих заменителей. К ним относятся предполагаемые чрезмерные затраты на улавливание, связанные со значительным потреблением энергии при термической регенерации растворителя CO2, а также потенциальные экологические проблемы, связанные с деградацией жидкого абсорбента.
Водные аминокислотные солевые растворы, осаждающиеся за счёт поглощения CO2, являются относительно новым и перспективным классом растворителей. Хотя присутствие твёрдых частиц в технологическом потоке требует соответствующих мер, связанных с обработкой и контролем кристаллизации. Использование дополнительной ступени разделения твёрдых частиц и жидкостей для концентрирования шлама перед его отправкой в очиститель, позволяет дополнительно улучшить энергетические характеристики.
Исследуемые свойства включают концентрацию CO2, при которой впервые наблюдаются осадки, что тесно связано с растворимостью аминокислот, составом осадка и скоростью поглощения CO2. Осадок обычно содержит чистые аминокислоты или бикарбонат, в зависимости от растворимости аминокислот.
Для оценки энергетических характеристик процессов поглощения с использованием осаждающих аминокислот используются кратковременные моделирования процессов с уделением особого внимания растворам таурина и аланина.
Будущие исследования должны быть сосредоточены на более детальном моделировании процесса, основанном на прогнозной термодинамической модели, которая последовательно описывает равновесие между паром, жидкостью и твёрдым телом в системе.
Также настоятельно рекомендуется демонстрация процесса в опытно-промышленном масштабе, с особым упором на этапы и агрегаты кристаллизации и обработки.