Sorbenty fizyko-chemiczne do usuwania dwutlenku węgla

Sorbenty fizyko-chemiczne do usuwania dwutlenku węgla

Sorbenty fizyko-chemiczne do usuwania
dwutlenku węgla
mgr inż. Dominika Bukalak
POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA
Wysowa, 04-07 maja 2010
SLAJD
1
Problem emisji CO2
Rys. 1 Emisja dwutlenku węgla na świecie [1]
Rys. 2 Udział emisji CO2 z poszczególnych sektorów na świecie [2]
Protokół z Kioto
Redukcja antropogenicznej emisji gazów cieplarnianych o około 5% poniżej poziomu z
1990 roku w okresie od 2008 do 2012 roku.
SLAJD
2
Techniki usuwania CO2 po procesie spalania
Separacja membranowa
™ membrana separacyjna
™ membrana adsorpcyjna
CO2
wysokie
ciśnienie
niskie
ciśnienie
Rys. 3 Schemat oddzielenia CO2 metodą separacji membranowej [3]
SLAJD
3
Wstęp
Techniki usuwania CO2 po procesie spalania
Separacja kriogeniczna
zawracanie tlenu
do obiegu
recyrkulacja spalin
kocioł
energetyczny
urządzenie
kriogeniczne
spaliny
sprężarka
tlen
układ
wytwarzania tlenu
kwaśna woda
CO2
azot
Rys. 4 Ideowy schemat metody kriogenicznej [3]
SLAJD
4
Wstęp
Techniki usuwania CO2 po procesie spalania
Absorpcja chemiczna z zastosowaniem skruberów aminowych
CO2
Desorber
Absorber
gazy spalinowe bez CO2
spaliny
węgiel
komora
spalania
Najczęściej stosowane
ciecze absorpcyjne:
™ monoetyloamina MEA
™ dietyloamina DEA
™ wodny roztwór amoniaku
™ wodny roztwór
kwaśnego węglanu potasu
sorbent
CIEPŁO
sorbent +CO2
powietrze
Rys. 6 Schemat usuwania CO2 ze spalin metoda absorpcyjną [3]
SLAJD
5
Techniki usuwania CO2 po procesie spalania
Adsorpcja z zastosowaniem adsorbentów fizycznych
Najczęściej stosowane adsorbenty:
™ węglowe sita molekularne
™ węgiel aktywny
™ żel glinowy i krzemionkowy
™ mezoporowate sita molekularne
™ zeolity syntetyczne 4A, 5A, 13X
™ zeolity syntezowane z popiołów lotnych Na-A, Na-X, Na-P1
NOWA IDEA
Sorbent fizyko-chemiczny
Badania nad otrzymaniem efektywnego sorbentu CO2
poprzez impregnację podłoża fizycznego roztworami amin.
SLAJD
6
Procedura syntezy zeolitów z popiołów lotnych
Metody syntezy zeolitów z popiołów lotnych
METODA HYDROTERMALNA
METODA FUZJI
stałe NaOH
roztwór NaOH
stapianie
mielenie
H 2O
ogrzewanie filtracja
przemywanie produktu wodą destylowaną
produkt
ANALIZA XRD
Rys. 7 Metodyka prowadzenia syntezy zeolitów z popiołów lotnych [lit]
SLAJD
7
Impregnacja podłoża fizycznego aminami- etap I
1.
Podłoże fizyczne – zeolity komercyjne 4A, 5A
2.
Amina użyta do impregnacji – trietanolamina TEA
3.
Stężenie aminy w roztworze – 50%
4.
Stosunek zeolit : amina- 1:2
podłoże fizyczne zeolity
wytrząsanie w czasie
4h
sączenie
suszenie w
temperaturze
pokojowej
roztwór aminy
Rys. 8 Schemat prowadzenia impregnacji podłoża fizycznego aminami
SLAJD
8
Wstępne badania sorpcji CO2 na sorbencie fizyko-chemicznym z
zastosowaniem termograwimetru
110
I II III
VI
V
IV
100
90
temperatura [ °C]
80
70
60
50
40
30
20
0
100
200
300
400
500
600
700
czas procesu [min]
ETAP
temperatura początkowatemperatura końcowa [°C]
I
25°C÷100°C
II
100°C
III
100°C÷25°C
IV
25°C
V
25°C÷100°C
VI
100°C
czas
[min]
stopień nagrzewania/chłodzenia
[°C/min]
gaz
przepływ gazu
[ml/min]
20°C/min
N2
50ml/min
N2
50ml/min
N2
50ml/min
CO2
50ml/min
CO2
50ml/min
N2
50ml/min
30
2°C/min
120
0,25°C/min
120
SLAJD
9
Wstępne wyniki badań
zeolit 5A + 50% TEA
10,2
6,5
10,0
6,4
masa próbki [mg]
masa próbki [mg]
6,6
zeolit 4A + 50% TEA
10,4
9,8
9,6
9,4
6,3
6,2
6,1
9,2
6,0
9,0
5,9
0
100
200
300
400
500
600
czas procesu [min]
Zdolność sorpcyjna dla próbki 4A(50)
wyniosła 66,94mgCO2 / g sorbentu
700
0
100
200
300
400
500
600
700
czas procesu [min]
Zdolność sorpcyjna dla próbki 5A(50)
wyniosła 48,93mgCO2 / g sorbentu
SLAJD
10
Literatura:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Strona Internetowa: http://www.money.pl/gospodarka/wiadomosci/artykul/kto;zalapie;sie;na;bezplatne;trucie,45,0,565293.html
Strona Internetowa: http://www.segreguje.org.pl/1,Aktualnosci.html
„SPOSOBY REDUKCJI EMISJI CO2 Z PROCESÓW ENERGETYCZNYCH” Janusz Kotowicz, Katarzyna Janusz „Rynek Energii”- nr
1/2007
ADAMCZYN Z, BIAŁECKA B,HALSKI M, 2005, „Hydrotermalna synteza zeolitów z odpadów paleniskowych Elektrowni Łaziska” in:
Prace Naukowe GIG, Górnictwo i Środowisko, 1/2005, pp.49-56
GONI S, GUERRERO A, LORENZO M.P,2006 „Efficiency of fly ash belite cement and zeolite matrices for immobilizing cesium”, in:
Journal of Hazardous Materiale, B137, pp. 1608-1617.
HOLLMAN G.G, STEENBRUGGEN G. JANSSEN-JURKOVICOVA M.; 1999, „ A two- step process for synthesis of zeolites from coal
fly ash” in: Fuel vol.78, pp.1225-1230
INADA M, YUKARI E, ENOMOTO N, HOJO J.;2004 „Synthesis of zeolite from coal flu ashes with different silica-alumina
composition” in: Fuel, vol. 84 pp.299-304
MAJCHRZAK-KUCĘBA I, NOWAK W, 2005 „A termogravimetric study of the adsorption of CO2 on zeolites synthesised from fly ash”,
in:Thermochemica Acta, 437, pp.67-74.
QUEROL X i in.; 2007, „Synthesis of high ion Exchange zeolites from coal fly ash” in: Geologia Acta. Vol. 5, No. 1, pp. 49-57
QUEROL X i in., 1996, „ Synthesis of Na-zeolites from fly ash”, in: Fuel, vol.76, No.8, pp.793-799.
QUEROL X i in. , 1994,”Synthesis of zeolites by alkaline activation of feroo-aluminous fly ash” in: Fuel, vol.14, No.8, pp.1226-1231.
QUEROL X i in., 2000 „Synthesis of zeolites from fly ash at pilot plant scale. Examples of potential applications”, in: Fuel, vol.80,
pp.857-865.
STEENBRUGGEN G, HOLLMAN G.G. ; 1997, „The synthesis of zeolites from fly ash and the properties of zeolite products”, in
Journal of Geochemical Exploration, vol. 62, pp.305-309
SUCHECKI T.T, 2005 „Zeolity z popiołów lotnych. Otrzymywanie i aplikacje w inżynierii środowiska” Zakład Narodowy im.
Ossolińskich- Wydawnictwo Wrocław
WANBOK K, SEUNG-HOON J, BYOUNG JOON A.;1997 „Synthesis of Na-P1 zeolite from coal fly ash” in: Journal of
Ind.&Eng.Chemistry, vol.3, No.3, pp.185-190
SLAJD
11
Dziękuję za uwagę
SLAJD
12