НОВЫЕ РЕШЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ДЕКАРБОНИЗАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

НАУЧНАЯ СТАТЬЯ

УДК 542.745.1+621.039.534.34

НОВЫЕ РЕШЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ДЕКАРБОНИЗАЦИИ

Людмила Александровна Тюрина1, 2 , Евгений Александрович Бабаков 2 3, Михаил Яковлевич Мельников1

1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет

2 ООО «Старт-Катализатор»

3

Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева Автор, ответственный за переписку: Михаил Яковлевич Мельников, [email protected]

Аннотация. Показано, что удаление СО2 из газа может быть реализовано в дисковом пленочном абсорбере с использованием воды в качестве абсорбента. Абсорбционная очистка газа от СО2 ориентирована на решение широкого круга проблем декарбонизации.

Ключевые слова: декарбонизация, абсорбер, физическая абсорбция DOI: 10.55959/MSU0579-9384-2-2023-64-6-539-541

Финансирование. Работа выполнена в рамках государственного задания по теме «Кинетика и механизм фотохимических, криохимических и каталитических процессов и создание новых материалов и технологий на базе молекулярно-организо-ванных систем» АААА-А21-121011590090-7.

Для цитирования: Тюрина Л.А., Бабаков Е.А., Мельников М.Я. Новые решения в технологии декарбонизации // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2023. Т. 64. № 6. С. 539-541.

ORIGINAL ARTICLE

NEW SOLUTIONS IN DECARBONIZATION TECHNOLOGY

1, 2 2, 3 1

Lyudmila A. Tjurina ' , Evgeny А. Babakov ' , Mikhail Ya. Melnikov

1 Lomonosov Moscow State University, Faculty of Chemistry

2 Start-Catalyst LLC

D.I. Mendeleev Russian University of Chemical Technology Corresponding author: Mikhail Ya. Melnikov, [email protected]

Abstract. It is shown that the removal of CO2 from the gas can be realized in a disk film absorber using water as an absorbent. The proposed technical solution is focused on solving various decarbonization problems.

Keywords: decarbonization, absorber, physical absorption

Financial Support. The work was carried out within the framework of the state task on the topic "Kinetics and mechanism of photochemical, cryochemical and catalytic processes and the creation of new materials and technologies based on molecular-organized systems" AAAAA-A21-121011590090-7.

For citation: Tjurina L.A., Babakov Е.А., Melnikov M.Ya. New solutions in decarbonization technology // Vestn. Mosk. un-ta. Ser. 2. Chemistry. 2023. T. 64. № 6. S.539-541.

© Тюрина Л.А., Бабаков Е.А, Мельников М.Я., 2023

Декарбонизация входит в число наиболее актуальных экологических проблем. Ее решение без удаления СО2 из различных газовых потоков, формируемых в технологиях добычи и переработки сырья, представляется маловероятной. Вместе с тем выбор технологий удале -ния СО2 ограничен, а их применение связано с объективными сложностями, особенно в случае очистки низконапорных газовых потоков, таких как технологические газы, атмосферные выбросы и дымовые газы.

В газовой промышленности для очистки технологических дымовых газов от примесей СО2 используют сорбцию жидкими или твердыми сорбентами, применяют мембраны. Перечисленные процессы, разные по базовому инжиниринговому решению, предъявляют практически одинаковые требования к рабочему давлению в условиях реализации процесса очистки. Так, абсорбция СО2 растворами аминоспиртов в рамках так называемой аминовой очистки и адсорбция СО2 твердыми сорбентами требуют повышения давления газа до 3 МПа и выше, в случае мембранной очистки рабочее давление составляет 10 МПа [1]. Эти требования существенно ограничивают возможности использования действующих технологий удаления СО2 в перечисленных выше процессах. В настоящей работе исследована возможность абсорбционной очистки газовых потоков от СО2 путем его физической абсорбции.

Экспериментальная часть

В настоящей работе удаление СО2 исследовано при давлении 0,12 МПа в лабораторной проточной установке. Установка включает дисковый пленочный абсорбер [2], систему подачи и отвода воды, расходомеры воды и газа. Диа-

метр абсорбера 108 мм, длина 250 мм, подача газа и воды в абсорбер предусмотрена противотоком. Содержание СО2 на входе в абсорбер составляло 10 об.% , температура воды 16 °С, давление газа 0,12 МПа, температура газа на входе 25-45 °С.

При проведении эксперимента на вход абсорбера декарбонизации поступала очищаемая газовая смесь (азот + СО2). Измерение концентрации СО2 на входе и выходе абсорбера проводили портативными газоанализаторами.

Результаты и их обсуждение

В отсутствие подачи воды концентрация СО2 на входе и выходе абсорбера, как и следовало ожидать, одинакова, однако подача воды в абсорбер сопровождалась снижением концентрации СО2 на выходе из абсорбера. Результаты некоторых из проведенных экспериментов приведены в таблице.

Как видно из таблицы, степень удаления СО2 из газа зависит от расхода абсорбента. Следует отметить, что при постоянной температуре воды изменение температуры газа в интервале 25-45 °С не оказывает влияния на степень удаления СО2. Этот результат может иметь важное прикладное значение в случае очистки дымовых газов.

Таким образом, по данным проведенных экспериментов определены возможности использования физической абсорбции СО2 для декарбонизации, протекающей без предварительного компримирования очищаемого газа. В качестве реактора декарбонизации использован дисковый пленочный аппарат оригинальной кон -струкции [2], позволивший показать перспективность его использования для удаления СО2 из низконапорных газовых потоков, а также совмещения декарбонизации и охлаждения газа.

Характеристики процесса удаления СО2 в абсорбере (содержание СО2 на входе 10%)

№ Расход воды, л/ч тв, °С Содержание на выходе СО2, % тг, °с

п/п вход выход

1 50 16 1 25 16

2 15 16 3 25 16

3 10 16 5 25 16

4 10 16 5 40 16

5 10 16 5 45 16

Последний факт может иметь важное значение в случае очистки природного газа от СО2 с получением товарного газа. Как известно, получение товарного газа включает осушку, эффективность которой повышается обратно пропорционально температуре осушки газа.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бусыгина Н.В., Бусыгин И.Г. Технологии переработки природного газа и газового конденсата. Оренбург, 2002. 432 с.

Технология физической абсорбции СО2, апробированная в настоящей работе, безусловно, требует серьезной проработки. Однако уже первые результаты показывают перспективу такого подхода для решения ряда проблемных вопросов декарбонизации.

2. Babakov E.A., Tyurin A.A. // RU Pat. 2768952. 2022 (Бабаков Е.А., Тюрин А.А. Пат. РФ. 2768952).

Информация об авторах

Людмила Александровна Тюрина - вед. науч. сотр. МГУ имени М.В. Ломоносова, генеральный директор ООО «Старт-Катализатор», докт. хим. наук (1)игта1а@ mai1.ru);

Евгений Александрович Бабаков - аспирант Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева ([email protected]);

Мельников Михаил Яковлевич - зав. кафедрой химической кинетики химического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, профессор, докт. хим. наук ([email protected]).

Вклад авторов

Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила в редакцию 05.04.2023; одобрена после рецензирования 12.04.2023; принята к публикации 14. 05.2023.