Metoda mokrego wychwytywania CO2: produkty? 

Kiedy ludzie mówią o metodzie mokrej, wiele osób od razu myśli o płuczkach aminowych i to wszystko. Ale to tylko wierzchołek góry lodowej i często źródło nieporozumień. Mówimy nie tylko o samym procesie absorpcji, ale o całym łańcuchu: od składu gazu na wlocie do produktu końcowego, który można sprzedać lub zutylizować. I tu zaczyna się zabawa, często najbardziej problematyczna.

Co kryje się za produktem? Nie tylko CO2

Pierwszym i oczywistym produktem jest oczywiście stężony dwutlenek węgla. Ale jego czystość to inna historia. Jeśli mówimy o spalinach z elektrowni cieplnych, to po typowymmetoda wychwytywania na mokroza pomocą MEA (monoetanoloaminy) otrzymujemy strumień nasycony parą wodną, ze śladami samej aminy, tlenków siarki i azotu, jeśli wstępne oczyszczenie było niedoskonałe. Ten CO2 nie nadaje się do produkcji sody oczyszczonej ani suchego lodu. Wymagane jest dodatkowe, często bardzo energochłonne czyszczenie i suszenie. Dlatego produkt na tym etapie jest raczej półproduktem.

A co z samym absorbentem? Odpady to nie tylko brudna woda. Po cyklu absorpcyjno-desorpcyjnym gromadzą się w nim produkty termicznego i oksydacyjnego rozkładu aminy, soli kwasu karbaminowego i cząstek stałych. Jej regeneracja to ciągła walka z degradacją. Kiedyś próbowaliśmy zaoszczędzić na systemie filtracji i oczyszczania roztworów - w rezultacie w ciągu sześciu miesięcy straciliśmy około 15% aktywnego MEA w wyniku nieodwracalnych reakcji, a ponadto znacznie wzrosła korozja w wymienniku ciepła. Musieliśmy pilnie zainstalować dodatkowy stopień rektyfikacji. Zatem odpady regeneracyjne można uznać za jeden z produktów ubocznych procesu, który również należy w jakiś sposób unieszkodliwić.

Trzecim aspektem jest ciepło. Sam proces desorpcji CO2 z roztworu bogatego wymaga znacznych ilości ciepła, zwykle pary. Produkt można tutaj uznać za ciepło niskiej jakości, które często jest po prostu rozpraszane. Na jednej z instalacji w Chinach próbowano zintegrować ją z systemem grzewczym pobliskich warsztatów, ale okazało się to kosztowne ze względu na długość rurociągów. Kwestia wykorzystania tego ciepła stanowi ciągły problem związany z poprawą ogólnej ekonomiki procesu.

Węglany, wodorowęglany i inna mineralizacja

Ten kierunek przyciąga wielu, ponieważ brzmi solidnie: wiązanie CO2 w stały produkt. W praktyce wszystko sprowadza się do surowców i energii. Klasyką jest produkcja sody kalcynowanej (Na2CO3) metodą Solvay. Wykorzystują CO2, ale proces ten nie jest tani. Bardziej nowoczesne odmiany to produkcja wodorowęglanu sodu lub wytrącanie węglanu wapnia.

Braliśmy udział w projekcie pilotażowym, w którym próbowaliśmy połączyćwychwytywanie na mokroz produkcją strącanego węglanu wapnia (PCC). Pomysł polegał na wprowadzeniu oczyszczonego CO2 do reaktora zawierającego zawiesinę wodorotlenku wapnia. Technicznie to zadziałało, ale ekonomia mnie dobijała. Aby otrzymać PCC o wymaganej czystości i rozdrobnieniu dla przemysłu papierniczego lub tworzyw sztucznych, jakość wapna (CaO) musi być bardzo wysoka. Koszt przygotowania mleka wapiennego, a następnie filtrowania produktu pochłonął wszelkie potencjalne korzyści ze sprzedaży PCC. Projekt utknął w martwym punkcie ze względu na problem ze znalezieniem w pobliżu taniego i wysokiej jakości źródła wapnia.

Istnieją również możliwości produkcji cementów magnezowych lub unieszkodliwiania odpadów alkalicznych. Są to jednak z reguły rozwiązania niszowe, powiązane z konkretną produkcją. Nie ma tutaj produktu uniwersalnego. Każdy przypadek wymaga osobnego audytu technologicznego: jaki gaz, jakie zanieczyszczenia, jaki jest docelowy rynek węglanów.

Doświadczenie z prawdziwych projektów: od pilotażu po sprzęt

Wdrożenie jest zawsze kompromisem. Pamiętam projekt modernizacji instalacji w zakładzie chemicznym. Znajdowała się tam stara płuczka, która wychwytywała CO2 z gazów konwersyjnych w celu wytworzenia mocznika. Celem było zwiększenie wydajności. Oprócz wymiany uszczelnienia absorbera kluczową zmianą była instalacja wielostopniowego wymiennika ciepła w celu odzyskiwania ciepła pomiędzy roztworem ubogim i bogatym. Zmniejszyło to koszty energii potrzebnej do regeneracji o prawie 20%. Ale produktem tej historii był nie tylko tańszy CO2 do syntezy, ale także kilometry logistyki związane z wymianą rur, ponieważ nowy wymiennik ciepła musiał zostać przeniesiony w inne miejsce.

Kolejna sprawa dotyczy spółkiChengdu Yizhi Technology Co.. Pełnili funkcję instytutu projektowego przy współpracy na dostawę urządzeń do oczyszczania gazu dla jednego z zakładów metalurgicznych. Ich podejście, sądząc po dokumentacji i naszych negocjacjach, zawsze było dość przyziemne: nie pogoń za supernowymi technologiami, ale adaptacja sprawdzonych schematówwychwytywanie na mokrodo specyficznych warunków Klienta – ciśnienie, skład gazu, wymagana czystość. Na ich stronie internetowejyzkjhx.ruwidać, że nacisk położony jest na inżynierię w pełnym cyklu, od projektu po instalację. Jest to cenne, ponieważ w naszym regionie piękna konfiguracja laboratoryjna i praca w hali produkcyjnej to dwie duże różnice. Ich doświadczenie jako spółki zależnej Huaxi Technology z solidnym kapitałem zakładowym wskazuje na powagę ich zamierzeń w sektorze separacji i oczyszczania gazów.

Wśród niepowodzeń: podjęto próbę zastosowania jako absorbentu nie MEA, a mieszaniny amin z dodatkami inhibitorów korozji od jednego niemieckiego dostawcy. Teoretycznie mniejsze zużycie energii na regenerację, mniejszy rozkład. W praktyce dodatki słabo zachowywały się przy wahaniach temperatury w desorberze, wytrącały się i zatykały dysze. Musiałem wrócić do klasycznego schematu z dokładniejszą kontrolą parametrów. Wniosek: każdy nowy odczynnik trzeba testować pilotażowo nie przez miesiąc, ale przynajmniej przez pełny cykl produkcyjny z możliwymi sytuacjami stresowymi.

Gospodarka i przyszłość: dokąd zmierza rynek?

Teraz trendem jest nie tylko łapanie, ale także znajdowanie zastosowania. CCS (wychwytywanie i składowanie) sprowadza się do logistyki i geologii. CCU (capture and use) - w rentowność. Najbardziej obiecującym produktem, moim zdaniem, jest metanol lub paliwo syntetyczne. Ale tutajmetoda mokra- dopiero pierwszy krok. Potrzebujemy także wodoru (najlepiej zielonego) i syntezy katalitycznej. Łańcuch technologiczny wydłuża się, rosną koszty kapitału.

Dlatego w najbliższym czasie głównymi produktami pozostaną: 1) CO2 komercyjny dla przemysłu spożywczego i spawalnictwa (gdzie cena jest wysoka), 2) CO2 do zatłaczania do złóż ropy naftowej (EOR), co na razie zapewnia przynajmniej pewną ekonomię w niektórych regionach oraz 3) zastosowanie w syntezie chemicznej (podobnie jak przy samej produkcji mocznika), gdzie istnieje gotowa infrastruktura.

Ciekawie obserwuje się rozwój technologii wykorzystujących wodę morską lub roztwory alkaliczne na bazie odpadów. Ale jest to nadal albo bardzo drogie, albo powiązane z lokalizacją (na przykład obok cementowni i oceanu). Nie ma uniwersalnego rozwiązania i prawdopodobnie nie będzie.

Myśli końcowe: proces jako produkt

W rezultacie odpowiadając na pytanie „produkty?”, można dojść do wniosku, że głównym produktem nowoczesnościmetoda mokrego wychwytywania CO2nie jest substancją, lecz usługą lub procesem technologicznym dostosowanym do potrzeb konkretnego przedsiębiorstwa. Niezawodność, przewidywalność kosztów eksploatacji, minimalizacja odpadów – to się sprzedaje. W ramach tego procesu rodzą się te same przepływy towarów: oczyszczony gaz, ciepło, a czasem węglany.

Wybór technologii to zawsze poszukiwanie równowagi pomiędzy CAPEX i OPEX, pomiędzy czystością produktu a zużyciem energii. I tutaj nie da się obejść bez głębokiej inżynierii, tego samego, co robią firmy takie jak wspomniana Chengdu Yizhi Technology Co. Ich rolą jest przekształcenie koncepcji teoretycznych w działające rurociągi, zbiorniki i systemy sterowania. Bez tego kroku wszelkie dyskusje na temat produktów do wychwytywania wilgoci pozostaną dyskusjami akademickimi.

Podsumowując: tak, istnieją produkty, a ich asortyment jest szerszy niż się wydaje. Jednak ich zdobycie nie jest automatycznym skutkiem zainstalowania płuczki. To złożone zadanie, w którym chemia, ciepłownictwo i ekonomia idą w parze. A o sukcesie decyduje się nie w laboratorium, ale na terenie przemysłowym, w codziennej walce z rzeczywistością.