ساختار فرآیندی تولید گاز کربن دیاکسید به روش پس از احتراق، روشهای مختلفی همچون جذب (فیزیکی و شیمیایی)، جذب سطحی، غشا، فرآیند کرایوژنیک وجود دارد. ولی در بین همه این روشها تولید کربن دیاکسید به روش جذب شیمیایی، پرکاربردترین روش بنابر مزایای زیر است:
- بازدهی مناسب
- هزینههای ثابت و عملیاتی کمتر
- سهولت در طراحی و اجرا و کنترل فرآیند
بسته به ظرفیت تولید کربن دیاکسید، خلوص محصول درخواستی و نوع گاز احتراقی ورودی، طراحی واحد جذب کربن دیاکسید میتواند دستخوش تغییراتی شود ولی در حالت کلی نمای سهبعدی فرآیند جذب با محصول گاز کربن دیاکسید با غلظت بالا بهصورت زیر است:
در مقاله بررسی
اگر pH بیشتر از 8.5 باشد: شیر سلنوید بسته میشود.
| نام تجهیز | برج شستوشو (Washing Tower) |
| غلظت حلال شستوشو | محلول 1% سدیم هیدروکسید (NaOH,1%) |
| pH (شرایط بازی باید باشد) | pH=8 to 10 |
| دمای ورودی گاز احتراقی به داخل برج شستوشو | 150 to 180 ̊C |
| دمای خروجی گاز احتراقی بدون 2SO | 40 ̊C |
| دمای ورودی حلال شستوشو | 35 to 37 ̊C |
| فشار ورودی حلال شستوشو | 1 to 2 bar |
مرحله سوم: برج جذب
کربن دیاکسید موجود در گازهای احتراقی شستوشو دادهشده (دمای پایین و عاری از گوگرد دیاکسید)، توسط برج جذب با حلال جاذب 12 الی 14 درصدی MEA تماس پیداکرده و در آن حل میشود. داخل برج جهت جلوگیری از افت فشار و طغیان در داخل آن، از چندین طبقه تشکیل شده است که در هر مرحله جذب کربن دیاکسید صورت میگیرد. طبقات با طراحیهای دقیق مهندسی از پرکنهایی با جنس سرامیک، پلاستیک و… جهت تماس فاز گاز و مایع چیده میشود. در برج جذب، MEA سه نرمال از بالای برج توسط توزیعکنندهایی روی سطوح پرکنها پخش میشود و گاز توسط پخشکن از پایین برج جریان پیدا میکند. بهطورمعمول جریان MEA عاریشده از کربن دیاکسید حاوی 0.12 الی 0.15 مول کربن دیاکسید به ازای هر مول MEA است، ازاینرو این محلول قادر به جذب 0.3 الی 0.35 مول کربن دیاکسید بهازای هر مول MEA در برج جذب خواهد بود. جریان MEA غنی از کربن دیاکسید از دمای 40 درجه سانتیگراد توسط جریان MEA عاریشده از کربن دیاکسید (از ریبویلر) تا 90 درجه سانتیگراد در مبدلهای صفحهای برای ورود به برج دفع گرم میشود. MEA عاریشده از کربن دیاکسید (حلال در حال چرخش) توسط آب برج خنککننده تا زیر 40 درجه سانتیگراد خنک میشود و از بالای برج جذب وارد فرآیند جذب میشود. گاز احتراقی بعد از آزادسازی کربن دیاکسید آن، به اتمسفر هدایت میشود.
بهمنظور کاهش میزان کربن دیاکسید در گازهای خروجی از برج جذب، از بستر دیگری که برج جذب ثانویه نامیده میشود، استفاده میگردد تا درصد کربن دیاکسید گازهای خروجی از برج جذب به حداقل کاهش یابد.
| نام تجهیز | برج جذب (Absorption Tower) |
| غلظت حلال جاذب | محلول 12 الی 14% مونو اتانول آمین (MEA,12-14%) |
| دمای MEA غنی از کربن دیاکسید | 40 ̊C |
| فشار MEA غنی از کربن دیاکسید | 1 to 2 bar |
اساسیترین بخش فرآیند، برج جذب کربن دیاکسید میباشد. برجهای جذب در دو نوع سینیدار و پرشده طراحی میشوند که با توجه به ملزومات مهندسی، اکثر برجهای جذب طراحیشده در این فرآیند، پرشده میباشند. ملزومات مهندسی مهمی که در طراحی برج جذب باید مدنظر گرفت عبارتنداز:
- افت فشار
- ماندگی و توزیع مایع
- طغیان
- انباشتگی
- کفزایی
علاوه بر ملزومات طراحی، یکی از مباحث مهم در بخش برج جذب، انتخاب حلال مناسب میباشد. انتخاب یک حلال مناسب برای یک فرآیند جذب در برج پرشده به شرایط دمایی، فشار عملیاتی سیستم، ترکیب درصد فازها و خلوص مورد نظر برای محصول بستگی دارد. MEA، از معمولترین آمینهایی است که سالهاست جهت جذب گازهای اسیدی از مخلوط گازی استفاده شده است. این ترکیب در مقایسه با دیگر آمینها بیشترین ظرفیت جذب (انتخابپذیری بالای کربن دیاکسید) گازهای اسیدی را دارد. در دسترسبودن، قیمت پایین، وزن مولکولی کم، ظرفیت جذب زیاد در غلظتهای متوسط، قلیاییت زیاد و سادگی احیا از مزایای دیگر آن میباشد.
فرآیند خط تولید گاز کربن دیاکسید CO2
مرحله چهارم: برج دفع
حلال جاذب غنیشده از کربن دیاکسید جهت آزادسازی گاز کربن دیاکسید در دمای بالای 90 درجه سانتیگراد به برج عاریسازی (یا دفع) هدایت میشود و تحت حرارت و دمای بالا، گاز کربن دیاکسید آزاد میشود و حلال عاریشده از گاز کربن دیاکسید جهت جذب دوباره گاز کربن دیاکسید، بعد از خنکسازی (توسط حلال غنیشده و آب خنککننده) به برج جذب انتقال مییابد. جهت بالا بردن دمای برج دفع، از دمای بالای گازهای احتراقی خروجی یا ریبویلر استفاده میگردد. این برج نیز شامل طبقاتی است که از پرکنها پرشده است.
تعریف، خصوصیات کلی و کاربردهای گاز کربن دیاکسید CO2
مرحله پایانی: خنکسازی و متراکمسازی
جریان گاز داغ غنیشده از کربن دیاکسید خروجی از برج دفع، جهت کاهش دما و جداسازی بخارات حلال جاذب (MEA) و بخار آب به کندانسور هدایت و در آنجا عمل تقطیر انجام میگیرد و بخارات بهصورت مایع به برج دفع برگشت داده میشوند. جهت تضمین عدم وجود بخارات حلال جاذب که وجود آن در گاز باعث بروز مشکلات در مراحل بعدی میشود، گاز کربن دیاکسید وارد سامانهای به نام بافر تانک میگردد که در این مخزن توسط نیروی گریز از مرکز قطرات مایع موجود در گاز به ته مخزن هدایت و ازآنجا به علت وجود احتمالی حلال جاذب در مایع تهنشین شده به بالای برج دفع پمپ میگردد. بهعلاوه اینکه گاز خروجی از برج دفع با توجه به سیستم خلأ موجود در بافر تانک به داخل این محفظه مکش میگردد و بعد از انباشتگی و رسیدن به یک فشار و حجم مشخص توسط فن مکیده میشود. جهت تغلیظ بیشتر و یا مصارف صنایع غذایی و… در انتهای فرآیند ممکن است از فیلترهای کربن فعال برای حذف هرگونه آلودگی و بوی نامطبوع استفاده شود و نهایتاً گاز کربن دیاکسید در صورت نیاز متراکم و توسط سیستم تبرید مایعسازی میگردد و آماده ذخیرهسازی در تانکهای ذخیره میشود.
مزایای طراحی خط تولید گاز کربندیاکسید توسط شرکت OMS:
| ویژگی | مزیت |
| طرحبندی انعطافپذیر | طراحی تجهیزات فشرده و استفاده از فضای موجود و پوشش انواع چیدمانهای مختلف که منجر به نصب سریع و آسان و کمهزینه میشود. |
| مشعل | استفاده از مشعلهای قابلاعتماد و ایجاد شرایط برای احتراق کامل و پاک با بازدهی بالا |
| سیستم گردش و تصفیه آب داخلی شستوشو دهنده | بهطورکلی باعث کاهش میزان آب مصرفی و سازگار با محیطزیست میشود. |
| برجهای فرآیندی | امکان طراحی برجها برای تمام موقعیتها و ظرفیتهای موردنیاز |
| سیستم انتقال سیالات | انتخاب و استفاده از بهینهترین پمپها و بلورها (در صورت نیاز کمپرسور هم استفاده میشود) با مصرف انرژی کم |
| جنس تجهیزات | استفاده از متریالهای مقاوم در برابر خوردگی، زنگزدگی، شوک حرارتی و … |
| اتاق کنترل | امکان طراحی اتاق مانیتورینگ با پیشرفتهترین سامانههای کنترلی دنیا |
| مبدلهای حرارتی | استفاده از انتگراسیون حرارتی و تکنولوژی پینچ جهت استفاده از همه ظرفیت حرارتی سیستم و جلوگیری از هدر رفت انرژی |
| حلالهای شستوشو | استفاده از حلالهای ابداعی شرکت با بالاترین قدرت جذب (بنا به درخواست مشتری) |
| محیطزیست | طراحی فرآیند با درنظرگرفتن آخرین استانداردهای محیطزیستی |
| طراحی فرآیند | طراحی بهینه و بروز مهندسی با امکان افزایش ظرفیت فرآیند تولید |
جداسازی N2، O2 و آرگون:
هوای موجود در اتمسفر کره زمین دارای 78.12 درصد حجمی نیتروژن و 20.95 درصد حجمی اکسیژن و 0.932 درصد آرگون است. نیتروژن، اکسیژن و آرگون بطورکامل از هوا بازیابی میشوند.
برای تولید این گازها سه روش عمده زیر وجود دارد:
غشا: دارای نفوذپذیری انتخابی میباشد و فقط نیتروژن را میتوان با این روش تا غلظت 99.5 درصد و ظرفیت 1000 مترمکعب بر ساعت تولید کرد.
جذب سطحی با تناوب فشار (PSA): تمایل جذب گازها به مایعات و جامدات در فشارهای بالاتر زیاد است. در این روش از این واقعیت استفاده میشود. جداسازی گاز نیتروژن و اکسیژن با استفاده از این روش میسر است و میتوان به غلظت 99.99 درصد و ظرفیت 5000 مترمکعب بر ساعت رسید.
کرایوژنیک: در این روش از تکنولوژیهای فرآیندی در دماهای بسیار پایین استفاده میشود. این روش نسبت به روشهای قبلی بسیار پیچیده میباشد ولی میتوان به درصدهای خلوص خیلی بالا مانند ppb (یک قسمت در میلیارد) نیز رسید. ظرفیت تولید نیز تا 400 هزار مترمکعب بر ساعت میرسد. این روش قادر به جداسازی گاز آرگون نیز میباشد.
مراحل بعدی در پست و مقالات بعدی اروم ماشین صنعت پیمان گستر منتشر خواهد شد برای مشاهده به قسمت مقالات مراجعه نمایید. باتشکر
یدالله اکبری
سلام. ایده خوبیه که کربن دی اکسید حاصل از احتراق مشعل رو در کوره ها جذب کنین. هم از نظر اقتصادی به صرفه هست هم از نظر محیط زیستی.
بنظرم پکیج جالبی رو ارائه میدین.
خسته نباشید.