Sement sanoati tutun gazlaridan karbonat angidridni ajratish jarayonini modellashtirish Текст научной статьи по специальности «Техника и технологии»

d ) https://dx.doi.org/10.36522/2181-9637-2023-6-1 UDC: 66.071.6(045)(575.1)

SEMENT SANOATI TUTUN GAZLARIDAN KARBONAT ANGIDRIDNI AJRATISH JARAYONINI MODELLASHTIRISH

To'raqulov Zafar Safarovich,

tayanch doktorant, ORCID: 0000-0002-8664-5306, e-mail: webdastur@gmail.com

Toshkent kimyo-texnologiya instituti

Annotatsiya. Hozirgi kunda yer yuzi aholisi iqlim o'zgarishlari ta'siridan aziyat chekmoqda. Iqlim o'zgarishlarining asosiy sabablaridan biri - bu issiqxona gazlari, xususan, karbonat angidridning atmosfera-dagi konsentratsiyasi oshib ketishidir. Antropogen ta'sirlar tufayli karbonat angidridning atmosferadagi konsentratsiyasi sanoat inqilobi boshlangandan buyon qariyb 1,5 barobar ortgan. Sement ishlab chiqarish jarayoni ham CO2 emissiyasining asosiy manbalaridan biri hisoblanib, global miqyosda yiliga 2,3 Gt CO2 ni atmosferaga emissiya qilmoqda. Ushbu ishda sement ishlab chiqarish sanoatida tutun gazlaridan CO2 ni ajratish jarayoni tahlil qilindi. Dastlab yiliga 1 Mt sement ishlab chiqarish zavodi Aspen Plus dasturida modellashtirildi. Keyingi bosqichda esa sement zavodi tutun gazlari tarkibidagi CO2 ni kamaytirishga qaratilgan usullardan membrana vositasida ushlab qolish texnologiyasi modeli tuzildi. Ushbu model asosida 90 %dan kam bo'lmagan ushlab qolish samaradorligi hamda 95%dan kam bo'lmagan CO2 tozaligi shartlari uchun zarur membrana yuzasi va bosimlar farqi qiymatlari aniqlandi.

Kalit so'zlar: CO2 emissiyasi, membrana, CO2 ni ushlab qolish, sement zavodi, modellashtirish, tutun gazi.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА СЕПАРАЦИИ КАРБОНАТ-АНГИДРИДА ИЗ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ЦЕМЕНТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Туракулов Зафар Сафарович,

базовый докторант

Ташкентский химико-технологический институт

Аннотация. В настоящее время население Земли страдает от последствий изменения климата. Одной из основных причин изменения климата является увеличение концентрации

Kirish

XXI asrga kelib, Yer sayyorasi ekotizimga o'z ta'sirini ko'rsatayotgan iqlim o'zgarishlari muammolari bilan yuzlashmoqda. Sanoat evolyutsiyasi boshlangandan buyon atmosferaga turli issiqxona gazlari - karbonat angidrid (CO2), metan (CH4), oltingugurt hamda azot oksidlari va ftor tarkibli gazlar turli antropogen ta'sirlar tufayli ajralib chiqmoqda. Natijada atmosfera qatlamlarida ushbu gazlarning ulushi oshishi natijasida "issiqxona effekti" yuzaga kelib, o'rtacha haroratning ko'tarilishi va muzliklar erishi kabi iqlim o'zgarishlari ro'y bermoqda. CO2 gazi issiqxona gazlari ichida eng ko'p emissiyalanayotgan gaz hisoblanib, umumiy issiqxona gazlarining qariyb 76% qismini tashkil qiladi (Yoro & Daramola, 2020).

Odatda, atmosferaga CO2 tabiiy va antropogen usullar yordamida ajralib chiqadi. Vulqon otilishi, o'rmon yong'inlari va ozuqa moddalarning parchalanishi kabi omillar tabiiy emissiyaga sababchi bo'lsa, turli yoqil-g'i (ko'mir, tabiiy gaz va neft mahsulotlari) va biologik moddalarning yonishi, CO2ning ajralishiga sababchi reaksiyalar antropogen manbalarga kiradi.

Turli antropogen ta'sirlar tufayli CO2 ning atmosferadagi konsentratsiyasi sanoat evolyutsiyasi boshlangandan buyon qariyb 1,5 barobar ortib, 420 ppm ga yetgan. Shu sababli CO2 ning iqlim o'zgarishlariga ta'sirini minimallashtirish orqali global o'rtacha

02.00.16 - KIMYO TEXNOLOGIYASI VA OZIQ-OVQAT ISHLAB CHIQARISH JARAYONLARI VA APPARATLARI

harorat oshishini to'xtatish maqsadida 2015-yilda Parij bitimi imzolangan bo'lib, hozirda 200 ga yaqin davlatlar ushbu bitimni ratifikatsiyalagan (Morgan & Patomaki, 2021). O'zbekiston Respublikasi ham ushbu davlatlar ro'yxatida bo'lib, 2018-yil 2-oktabrda Parij bitimini ratifikatsiyalagan.

Sement sanoati ham global CO2 emis-siyasida eng yirik ulushlardan biriga ega bo'lib, yiliga 2,3 Gt atrofida CO2ni atmosferaga chiqaradi (Kamolov, et al., 2023). Butun dunyo bo'ylab aholining o'sishi, urbanizatsiyalash darajasining oshishi va infrastrukturalar-ning rivojlanishi tufayli sementga bo'lgan talab yildan-yilga ortib bormoqda. Bu esa ushbu sanoat miqyosiga to'g'ri keladigan CO2 emissiyasining oshishiga olib keladi (Turakulov, et al., 2023). Shu munosabat bilan 2009-yilda Xalqaro Energetika Agentligi hamda Barqaror Rivojlanish uchun Jahon Biznes Kengashi tomonidan "Sement texnolo-giyasi yo'l xaritasi 2009: karbonat angidrid emissiyasini 2050-yilgacha pasaytirish" yo'l xaritasi ishlab chiqildi (IEA, 2009). Ushbu yo'l xaritasiga ko'ra, sement ishlab chiqarishda CO2 emissiyasini pasaytirish uchun issiqlik -elektr tejamkorligini qo'llash, sement asosi - klinkerni muqobil moddalar bilan almash-tirish, muqobil yoqilg'i manbalaridan foydalanish hamda CO2ni ushlab qolish texnologiyalarini (KAUQT) joriy qilish chora-larini o'z ichiga olgan asosiy to'rtta richag mavjud. Ularning har biri o'z tarkibida sement sanoatining uglerod izini kamaytirish-ga qaratilgan usullar va texnologiyalarni mujassamlashtirgan (1-rasmga qarang).

Sement ishlab chiqarish katta miqyosda issiqlik energiyasi isrof bo'ladigan ja-rayonlardan biri hisoblanadi. Masalan, 1 tonna klinker ishlab chiqarishda tutun gazlari orqali taxminan 756 MJ, klinkerni sovitishda ishlatiladigan havo orqali esa 784 MJ miqdorda issiqlik atmosferaga chiqarib yuboriladi (Irungu, et al., 2017). Shu bois ortiqcha chiqindi issiqlikdan karbonat angidridni ushlab qolishda foydala-nish potensiali yuqori bo'lgan usullardan biri deb baholanmoqda.

в атмосфере парниковых газов, в частности CO2. Из-за антропогенного воздействия концентрация СО2 в атмосфере с начала индустриальной революции увеличилась почти в 1,5 раза. Процесс производства цемента также считается одним из основных источников выбросов CO2: во всём мире в атмосферу выбрасывается 2,3 Гт CO2 в год. В данной работе был проанализирован процесс сепарации CO2 из дымовых газов цементной промышленности. Первоначально в программном обеспечении Aspen Plus был смоделирован завод по производству цемента мощностью 1 млн т в год. На следующем этапе была построена модель технологии мембранной сепарации, состоящая из способов снижения CO2 в дымовых газах цементного завода. На основе разработанной модели определены необходимая площадь мембраны и значения перепада давления для условий эффективности улавливания СО2 не менее чем 90 % и его чистоты не менее чем 95 %.

Ключевые слова: выбросы CO2, мембрана, улавливание CO2, цементный завод, моделирование, дымовые газы.

MODELING OF CARBONATE-ANHYDRIDE SEPARATION PROCESS FROM FLUE GASES OF THE CEMENT INDUSTRY

Turakulov Zafar Safarovich,

Basic Doctoral Student

Tashkent Institute of Chemical Technology

Abstract. Currently, the population of the Earth is suffering from problems caused by climate change. One of the main reasons for climate change is the increased concentration of greenhouse gases, in particular carbon dioxide (CO2), in the atmosphere. Owing to anthropogenic effects, the CO2 concentration in the atmosphere has increased by almost 1.5 times since the pre-industrial revolution. The cement production process is also considered one of the main sources of CO2 emissions, globally emitting 2.3 Gt of CO2 per year into the atmosphere. This study looks into the process of CO2 capture from flue gases in the cement plant. Initially, a cement plant with a 1 Mt/year capacity was modeled in Aspen Plus software. At the next stage, a model of membrane-based CO2 capture was built in order to reduce CO2 emissions in cement plants. According to the developed model, the required membrane surface and pressure drop values have been determined for the constraints of capture efficiency as at least 90% and CO2 purity as not less than 95%.

Keywords: CO2 emission, membrane, CO2 capture, cement plant, modeling, flue gas.

1-rasm. Sement sanoatida CO2 emissiyasini pasaytirish yo'llari

Yuqorida ko'rsatilgan usullar ichida KAUQT eng yaxshi potensialga ega ekanligi ko'plab tadqiqotlarda qayd etilgan. Zhou va boshqalar (Zhou, et al., 2016) Xitoy sement sanoatida CO2ni ushlab qolish uchun tur-li ssenariylarni tahlil qilishgan. Ular kuniga 5000 tonna sement ishlab chiqarish zavodi uchun amin asosida absorbsiyalash, kislorod-yoqilg'i usulida CO2ni ushlab qolish va issiq-lik integratsiyalash ssenariylarini texnik-iqti-sodiy tomonlama baholashgan. Rumayor va boshqalar esa (Rumayor, et al., 2022) o'z tad-qiqotlarida sement ishlab chiqarishda CO2ni ushlab qolishga kompleks holda yondashish kerakligi, shuningdek, ushlab qolingan CO2ni xomashyo sifatida qaysi sanoat sektorlariga yuborish mumkinligini o'rganishgan. Shuningdek, CO2ni ushlab qolish bilan birga uni utilizatsiyalash masalasi ham eng dolzab ekanligini ta'kidlab, metanol ishlab chiqa-rish misolida CO2ni ushlab qolish va utilizatsi-yalash texnologiyasini tadqiq qilishgan.

Hozirgi kunda tutun gazlari tarkibidagi CO2ni ushlab qolish uchun amin yordami-da absorbsiyalash usuli texnologik jihatdan eng yetuk darajasiga erishgan (Garcia, et al., 2022). Asosiy yutuvchi sifatida monoetalo-amin ishlatilib, tutun gazi tarkibidan CO2ni 90 %dan ko'p miqdorda ajratib olish mumkin. Odatda, bu texnologiya yordamida 1 tonna

CO2ni ushlab qolish uchun 50-100 AQSh dolían talab qilinadi (Bains, et al., 2017), (Rak-sajati, et al., 2013). Ushbu usul texnologik jihatdan samarali bo'lsa-da, yutuvchini rege-neratsiyalashda ko'p miqdorda energiya talab qilganligi sababli ikkinchi avlod KAUQT talablariga (95% CO2ni ushlab qolish, 98% CO2 tozaligi va 30-40 AQSh dollari /t CO2 ush-lab qolish narxi) javob bermaydi.

Tutun gazlari tarkibidan CO2ni membrana yordamida ajratish jarayoni KAUQT ichida eng tez rivojlanayotgan texnologiya hisoblanadi (Chen, et al., 2022). Membrana yordamida CO2 ni ajratish jarayoni ikkinchi avlod KAUQT sin-figa kirib, hozirgi kunda uning texnologik ye-tukligi 0 dan 9 gacha shkalada 6 va 7 darajaga yetishgan (Janakiram, et al., 2020), (Kamolov, et al., 2023).

Maqolada yiliga 1 Mt sement ishlab chiqa-rish quvvatiga ega sement ishlab chiqarish zavodi ("Jizzakh cement plant" MCHJ) tutun gaz-laridan CO2ni membrana vositasida ushlab qolish texnologiyasini sement ishlab chiqarish jarayonini to'liq o'rganish asosida kom-pleks modellashtirish usuli tahlil qilingan.

Material va metodlar

Sement ishlab chiqarish zavodidagi tex-nologik jarayonlar texnik-texnologik jihatdan o'rganildi. Texnologik jarayonni to'liq tahlil qilish uning mukammal modelini yaratishda

s

eng muhim bosqichlardan biri hisoblanadi. Ushbu tadqiqot usuli ko'p bosqichli tizim-li tahlil, tizimli fikrlash va tizimli yondashuv usuliga asoslangan bo'lib, tizim dastlab "katta tizimdan kichik tizimga o'tish" prinsipi asosi-da tahlil qilinadi. Keyingi bosqichda esa tahlil qilingan kichik tizimlar ierarxik tarzda "kichik tizimdan katta tizimga o'tish" prinsipida bir-lashtiriladi. Tizimli fikrlash, ko'p bosqichli tizimli o'rganish, texnologik jarayonlarni tah-lil qilish hamda modellashtirish asosida xo-rijlik tadqiqotchilardan Thilo Rixter, Serdar Erishen, Viktor Kafarov, o'zbekistonlik olim-lardan esa Asqar Artikov, Zulxumor Mashari-pova, Nodirbek Yusupbekovlar qator izla-nishlar olib borishgan (Artikov, et al., 2022), (Eriken, 2023), (Mkandawire, et al., 2021), (Richter, et al., 2019), (Sevinov, et al., 2022).

Ko'p bosqichli tizimli tahlil asosida sement ishlab chiqarish texnologik jarayonlarini tahlil qilish va modellashtirish quyidagi bosqichlar-ni o'z ichiga oladi:

1-bosqich. Muammoni aniqlash. Yuqori-da ta'kidlanganidek, sement ishlab chiqa-rish jarayoni iqlim o'zgarishlariga sababchi bo'layotgan CO2 gazi emissiyasining asosiy sababchilaridan biri. Shuningdek, mavjud sement ishlab chiqarish zavodlari tarkibidagi texnologik jarayonlar energiya samarador-ligi jihatidan juda yomon ko'rsatkichga ega. Jumladan, O'zbekistondagi nam usulda sement ishlab chiqarish liniyalarida ideal deb hisoblanadigan sement ishlab chiqarish lini-yasiga nisbatan 2,1-2,6 barobar ko'p shartli yoqilg'i sarflansa, quruq usulda sement ish-lab chiqarish liniyalarida esa bu ko'rsatkich 1,19 ga teng (Turakulov, et al., 2023). Shuningdek, tutun gazlar va yuqori haroratda-gi klinkerni sovituvchi havo orqali ortiqcha chiqindi issiqlik atmosferaga chiqarib yubo-riladi. Ushbu chiqindi gazlardagi umumiy issiqlik energiyasidan foydali energiya olish orqali energiyaga bo'lgan ehtiyojni bilvosi-ta kamaytirish yoki CO2ni ushlab qolish tex-nologiyasiga talab qilinadigan energiyaga ishlatish mumkin.

2-bosqich. Tizimni dekompozitsiyalash. Jarayon va tizimlarning tuzilayotgan mate-

matik va kompyuter modelining aniqlik dara-jasi ushbu tizim yoki jarayonni dekompozit-siyalashga bevosita bog'liq. Ushbu bosqichda sement ishlab chiqarish jarayoni bo'lim - ja-rayon - qurilma ierarxiyasida strukturaviy va parametrik tahlil qilindi.

3-bosqich. Jarayon va qurilmalarni mate-matik va imitatsion modellashtirish. Mazkur bosqichda dekompozitsiyalangan jarayon va qurilmaning matematik tavsifi shakllantirildi. Har bir jarayon yoki qurilma uchun tuzilayot-gan modelga qo'yilayotgan talabga binoan, kvazi-jarayon yoki kvazi-qurilma modeli ish-lab chiqildi. Olingan matematik model asosida jarayonning kompyuter modeli tuzildi. Imitatsion modellashtirishda kimyo - texnologik tizimlarni modellashtirishga mo'ljallangan AspenOne paketining Aspen Custom Modeler va Aspen Plus dasturlari tanlandi. Aspen Custom Modeler dasturiga konstruktiv va texnologik parametrlar, matematik ifodalar hamda qurilma strukturasini ifodalash shart-lari kiritildi. Tuzilgan model komplyatsiya-lanib, blok ko'rinishida Aspen Plus model-lashtirish muhitiga eksport qilindi. Aspen Plus dasturida jarayonning fizik-kimyoviy xususi-yatlari sozlanib, qurilmalarni ifodalaydigan har bir blok ketma-ketlikda birlashtiriladi.

4-bosqich. Modelni tekshirish. Sement ish-lab chiqarish jarayonining Aspen Plus dastu-ridagi modeliga 1 Mt sement ishlab chiqarish quvvatiga ega sement zavodi uchun zarur bo'ladigan xomashyo sarfi, qurilma o'lcham-lari kiritilib, dastlabki natijalar olindi va olin-gan natijalar haqiqiy sement ishlab chiqarish jarayoni natijalari bilan solishtirildi.

5-bosqich. Modelni energiya oqimlari bo'yi-cha tahlil qilish. Sement ishlab chiqarish jara-yonini modellashtirishning asosiy maqsadla-ridan biri - bu sement ishlab chiqarish jara-yoni uchun eng kam energiya yo'qotishlariga ega texnologiya yaratish uchun mavjud mu-ammolarni tahlil qilish va sinashdir. Aspen-One paketining Aspen Energy Analyzer dastu-rida tuzilgan model uchun eng yuqori energi-ya samaradorlik beradigan ssenariylar shakl-lantirildi. Shu asosda jarayon uchun issiqlikni integratsiyalash tarmog'i sxemasi tuzildi.

PRINT ISSN 2181-9637 ILM-FAN VA INNOVATSION RIVOJLANISH

ONLINE ISSN 2181-4317 НАУКА И ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ

6 / 2023 SCIENCE AND INNOVATIVE DEVELOPMENT

6-bosqich. Tutun gazlari tarkibidagi CO2 ni membranali ajratish texnologiyalari yor-damida ushlab qolish texnologiyasini o'r-ganish. Membrana yordamida ajratish texnologiyalari hozirgi kunda gaz, suyuqlik va ionlarni ilg'or separatsiyalashda eng istiqbolli texnologiyalardan biridir. Membrana vosi-tasida ajratish suv tozalash, tabiiy gazni nor-don gazlardan tozalash va ion almashinish jarayonlarida texnologik jihatdan eng yetuk darajaga yetishgan (Eshbobaev, et al., 2023), lekin sanoat tutun gazlari tarkibidan CO2ni ajratishda hali o'rganilishi kerak bo'lgan ji-hatlar ko'p. Birinchidan, hozirgi kungacha CO2 uchun yuqori o'tkazuvchanlik va tutun gazi tarkibidagi boshqa komponentlarga (N2, O2, H2O, CO, SOx va NOx) nisbatan yuqori selektiv-likka ega membrana materiali to'liq o'rganil-magan. CO2ni ushlab qolish uchun noorganik, polimer va gibrid shaklda membrana mate-riallaridan foydalanish mumkin (Kamolov, et al., 2023). Noorganik membranalarning yuqori bosimga chidamliligi va membrana modulining ishga yaroqlilik vaqti kamida o'n yil bo'ladi, lekin ularning asosiy kamchiligi membrana materialini tayyorlash qiyinligi tu-fayli tannarxining yuqoriligi hamda CO2 gazi uchun past o'tkazuvchanligidir. Polimer mem-branalar gazlarni separatsiyalashda yaxshi o'tkazuvchanlikka ega va tannarxi noorganik membranalarga nisbatan sezilarli darajada pastligi sababli ishlab chiqaruvchilar va tad-qiqotchilar e'tiborini jalb qilmoqda. Shunga qaramay, membrana materialining ko'p sepa-ratsiyalash siklida sifatining pasayishi ham-da termik ta'sirlar va yuqori bosimga membrana materialining dosh bera olmasligi kabi jihatlar ularning asosiy kamchiligidir. Gibrid shakldagi membranalar hali tutun gazlari komponentlarini separatsiyalash bo'yicha izlanishlar bosqichida bo'lganligi bois uning xususiyatlari haqida oldindan aytib bo'lmaydi.

7-bosqich. Membrana vositasida CO2ni ushlab qolish jarayonini matematik mo-dellashtirish. Tutun gazi tarkibidagi CO2ni ajratishda tanlangan membrana modulining soddalashtirilgan sxemasi 2-rasmda keltiril-gan.

2-rasm. CO2ni ushlab qolish uchun tanlangan membrana moduli (Kamolov et al., 2023)

Tutun gazi membrana moduliga beril-gandan keyin CO2 gazi bosim va kon-sentratsiyalar farqi tufayli membrana qatlamidan o'ta boshlaydi. Membrana qatlamidan o'tgan gaz permit, o'tmay qolgan gazlar esa retentat deb nomlanadi. Membrana qatlamidan o'tayotgan i komponentning yuza birligiga to'g'ri keladigan sarfi quyidagi tenglamadan aniqlanadi:

Ji (Fret " ~ Pperm ' Yi)

Bu yerda k. - membrana materialining i komponent uchun o'tkazuvchanligi, m3/m2 • soat • atm;

A - membrana materiali qalinligi, m;

P , P - retentat va permit bosimlari,

ret perm r

atm;

x, y. - i komponentning retentat va permit tomondagi konsentratsiyasi, kmol/kmol.

Permit tomondagi i komponent sarfini quyidagi differensial tenglama bilan ifodalash mumkin:

dR

perrrii

dx

= JfS

Bu yerda x - membrana materialining eni, m; S - membrana moduli yuzasi, m2. Retentat va permit tomondagi i komponentning sarflari F = F munosabatda

° permi reti

bo'ladi. Yuqorida keltirilgan ifodalarni umumlashtirib, quyidagi tenglamalar hosil qilindi:

02.00.16 - KIMYO TEXNOLOGIYASI VA OZIQ-OVQAT ISHLAB CHIQARISH JARAYONLARI VA APPARATLARI

dF permi Pi

dx A

dFrett Pi

dx A

1 perm

1 perm

Retentat va permit tomondagi gazlarning umumiy sarfi har bir komponent sarfi yig'indisiga teng:

F = F + F + F + F

ret um retCO2 retN2 retH2O retO2

perm um permCO2 permN2 permH2O retO2

8-bosqich. Aspen Custom Modeler dastu-rida membrana moduli uchun matematik ifo-dalar asosida model tuzildi. Dastlab barcha o'zgaruvchilar e'lon qilinib, ularning fizik xususiyatiga mos maxsus tur tanlandi. Model skripti Aspen Custom Modeler muhitida yozildi. Quyida model skripti listingidan fragment keltirilgan.

for i in (x.Interior + x.EndNode) do

for comp in ComponentList do J(comp,i)=(K(comp)/d)*(Pr*yRet(comp,i)-Pp*yPerm(comp,i));

-FRet(comp,i).ddx = J(comp,i)*S; FPerm(comp,i).ddx=J(comp,i)*S;

FRtotal(i) = sigma(FRet(comp,i));

FPtotal(i)= sigma(Fperm(comp,i));

yret(comp,i)=Fret(comp,i)/(FRtotal(i));

yperm(comp,i) = FPerm(comp,i) / FPtotal(i);

sigma (yperm(comp,i)) = 1;

EndFor

EndFor

9-bosqich. Membrana vositasida CO2ni ushlab qolish jarayoni modelini sement ishlab chiqarish jarayoni modeli bilan birlashtirish. Membrana moduli blok ko'rinishda komplyat-siya qilingandan keyin Aspen Plus dasturiga eksport qilindi. Sement ishlab chiqarish jarayo-nidagi asosiy model bilan membrana moduli birlashtirilib, modellashtirish natijalari olindi.

Tadqiqot natijalari

Sement ishlab chiqarish jarayonida qayta ishlangan asosiy xomashyo tarkibida taxminan CaCO3 - 86 %, SiO2 - 12 %, Al2O3 - 1 % va Fe2O3

- 1 % mavjud bo'ladi. Ushbu xomashyodan klinker hosil qilish uchun dastlab birlamchi isitish, kalsinatsiyalash va aylanma pechda kuydirish amalga oshirilishi kerak. Aylanma pechdan chiqishdagi to'liq holda hosil bo'lgan klinker harorati 1450 °C gacha yetadi. Model natijalariga ko'ra, 227,68 t/soat sarfda birlamchi isitish uchun ko'p bosqichli siklonlarga uzatilayotgan xomashyo 600 °C haroratga yetgandan keyin uning tarkibidagi CaCO3 parchalanishni boshlaydi (1-jadval). Ushbu bosqichda gaz holatda CO2 va qattiq holatda CaO hosil bo'ladi. Keyingi bosqich-larda esa CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 ishtirokida klinker hosil bo'lish reaksiyalari amalga oshadi. Kalsinatsiyalash davrida hosil bo'lgan CO2 tutun gazlari bilan birgalikda atmosfera-ga chiqarib yuboriladi. Klinkerni hosil qilish-da aylanma pechni qizdirishda tabiiy gazdan foydalanilgan bo'lib, talab qilingan jarayon uchun uning sarfi 9,86 t/soatga teng bo'lishi kerak. Tabiiy gaz yonishidan hosil bo'lgan tutun gazi va issiqlik tashuvchi havo ara-lashmasi sochiluvchan qattiq moddalar bilan teskari yo'nalishda kontaktga kirishganligi sababli ushbu issiq gaz o'z issiqlik energiyasini maksimal uzatishga erishadi.

1-jadval

Sement ishlab chiqarish jarayonini

modellashtirish nati alari

Modellashtirish natijalari Sement zavodi qiymatlari

Massaviy sarflar, t/soat

Xomashyo 227,68 227,60

Klinker 141,58 141,50

Tabiiy gaz 9,86 10,00

Tutun gazi 404,274 400,00

CO2 112,937 O'lchanmagan

N2 232,891 O'lchanmagan

O2 33,066 O'lchanmagan

H2O 21,410 O'lchanmagan

NO , SO , NO va Ar x x' 3,97 O'lchanmagan

Tutun gazlari tarkibidagi CO2 ni membrana yordamida ajratib olish jarayonini tahlil qilish

02.00.16 - KIMYO TEXNOLOGIYASI VA OZIQ-OVQAT ISHLAB CHIQARISH JARAYONLARI VA APPARATLARI

va modellashtirish bo'yicha Atlaskin, Bradani, Miroshnichenko, Boyang Li, Eviani kabi olimlar tadqiqot olib borishgan (Atlaskin, et al., 2023), (Bocciardo, et al., 2013), (Eviani, et al., 2021), (Li, et al., 2022), (Miroshnichenko, et al., 2023). Membrana yordamida CO2 ni ajratishga doir tadqiqotlarda ma'lum bir o'tkazuvchanlik va selektivlikka ega membrana materiali uchun temperatura va bosim ta'siri, membrana yuzasining CO2 konsentratsiyasiga bog'liqligi hamda turli konfiguratsiyali membrana modullarining ushlab qolish va tozalash ko'rsatkichlariga bog'liqligi keltirib o'tilgan.

Sement zavodi tutun gazlari tarkibidagi CO2 issiqlik elektrostansiyalari tutun gazla-ridagiga nisbatan sezilarli darajada ko'proq bo'ladi. Sement sanoati tutun gazlari tarkibi-da CO2 konsentratsiyasining yuqoriligi bevo-sita CaCO3 ning dekompozitsiyalanishi tufay-li amalga oshmoqda. Odatda, aralashma gaz tarkibida biror komponentning yuqoriligi uni ushlab qolish tannarxining tushishiga olib keladi. Membrana vositasida CO2 ni separat-

siyalash jarayoni aynan CO2 konsentratsiyasi yuqori bo'lgan gaz aralashmalari uchun qulay texnologiyalardan biri hisoblanadi. Jarayon uchun yuqori bosimga chidamli seolit asos-li noorganik membrana (CO2/N2 selektivli-gi 170, CO2 uchun o'tkazuvchanligi esa 4120 GPU (1 GPU = 2,736 * 10-3 m3/m2-soat-atm)) tanlandi (Chen, et al., 2022).

CO2 ni ushlab qolish texnologiyasiga 90 %dan kam bo'lmagan ushlab qolish sa-maradorligi hamda 95 %dan kam bo'lmagan CO2 tozaligi kabi maqsad va shartlar qo'yildi. CO2 ni ushlab qolish texnologiyasiga kapital xarajatlarning kamroq bo'lishi uchun kamroq membrana yuzasi bo'lishi talab etiladi. Shu sababli yuzani kamaytirish maqsadida permit va retentat gazlari bosimlarining farqla-rini oshirish zarur. Modellashtirish natijalari asosida texnologiyaga qo'yilgan maqsad va shartlarga erishish uchun talab qilinadigan bosimlar farqiga mos zaruriy membrana yu-zasi qiymatlari aniqlandi. 3-rasmda permit va retentat gaz bosimlari farqining talab qilinadi-gan membrana yuzasiga bog'liqligi aks etgan.

03

CT4

<4-4

c3

И O

m

20

15 --

10 --

5 -

-1-

10000

—I— 20000

30000 40000 50000

Membrana yuzasi, m2

—i— 60000

3-rasm. Permit va retentat gaz bosimlari farqining talab qilinadigan membrana yuzasiga

bog'liqligi

Tanlangan membrana yuzasining kam bo'lishi kapital xarajatlarning pasayishi va operativ xarajatlarning oshishiga olib kela-di. Sement ishlab chiqarish jarayonida hosil bo'lgan tutun gazlari tarkibida o'rtacha 5,3 %

massaviy ulushda suv bug'lari mavjudligi sa-babli membrana g'ovaklari suv bug'i kondensati bilan to'lib qolishining oldini olish maq-sadida tutun gazini yuqori bosim sharoitida namsizlantirish kerak. Seolit asosli membrana

s

materiali yuqori bosimga bardoshli ekanligi tufayli jarayon uchun talab qilinadigan minimal yuzaning kam bo'lishiga olib keladi.

Xulosalar

Mazkur maqolada iqlim o'zgarishlarining asosiy sababchilaridan biri bo'lgan CO2 gazi emissiyasining Yer ekotizimiga salbiy oqi-batlari, CO2 emissiyasining asosiy manbalari, sement sanoatining global CO2 emissiyasida-gi o'rni, sement ishlab chiqarishdagi asosiy muammolar va ularni yechish yo'llari bayon qilindi. Shuningdek, umumiy texnologik jara-yonni batafsil tahlil qilish, matematik va imitatsion modellashtirish orqali CO2 emissiya-sini pasaytirish usullari yoritildi.

Tadqiqotdan quyidagi umumiy xulosalar olindi:

- sement ishlab chiqarish sanoatining global CO2 emissiyasidagi o'rni yuqori bo'lib, bu yerda yiliga taxminan 2,3 Gt CO2 atmosfe-raga chiqariladi;

- 1 t sement ishlab chiqarish jarayoni-da o'rtacha 1,5 GJ issiqlik energiyasi chiqindi issiqlik sifatida atmosferaga chiqariladi;

- membrana vositasida tutun gazi tarki-bidan CO2 ni ushlab qolish texnologiyasi hali o'z takomiliga yetmagan;

- noorganik membranalar polimer mem-branalarga qaraganda past o'tkazuvchanlikka ega, lekin yuqori bosimga chidamliligi sabab-li tutun gazi tarkibidagi CO2 ni ushlab qolish uchun tanlanib, uning ustida tadqiqotlar olib borildi.

REFERENCES

1. Artikov, A., Narziev, M., & Musaeva, N. (2022). System thinking in the analysis of the juice evaporation plant in the food industry. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1112(1), 012095. doi:10.1088/1755-1315/1112/1/012095

2. Atlaskin, A.A., Petukhov, A.N., Stepakova, A.N., Tsivkovsky, N.S., Kryuchkov, S.S., Smorodin, K.A., Moiseenko, I.S., Atlaskina, M.E., Suvorov, S.S., Stepanova, E.A., & Vorotyntsev, I.V. (2023). Membrane Cascade Type of «Continuous Membrane Column» for Power Plant Post-Combustion Carbon Dioxide Capture. Part 1: Simulation of the Binary Gas Mixture Separation. Membranes, 13(3), 270. doi:10.3390/membranes13030270

3. Bains, P., Psarras, P., & Wilcox, J. (2017). CO2 capture from the industry sector. Progress in Energy and Combustion Science, 63, 146-172. doi:10.1016/j.pecs.2017.07.001

4. Bocciardo, D., Ferrari, M.-C., & Brandani, S. (2013). Modelling and Multi-stage Design of Membrane Processes Applied to Carbon Capture in Coal-fired Power Plants. Energy Procedia, 37, 932-940. doi:10.1016/j.egypro.2013.05.188

5. Chen, G., Wang, T., Zhang, G., Liu, G., & Jin, W. (2022). Membrane materials targeting carbon capture and utilization. Advanced Membranes, 2, 100025. doi:10.1016/j.advmem.2022.100025

6. Eri^en, S. (2023). A Systematic Approach to Optimizing Energy-Efficient Automated Systems with Learning Models for Thermal Comfort Control in Indoor Spaces. Buildings, 13(7), 1824. doi:10.3390/buildings13071824

7. Eshbobaev, J., Norkobilov, A., Turakulov, Z., Khamidov, B., & Kodirov, O. (2023). Field Trial of Solar-Powered Ion-Exchange Resin for the Industrial Wastewater Treatment Process. ECP 2023, 47. doi:10.3390/ECP2023-14626

8. Eviani, M., Devianto, H., Widiatmoko, P., Sukmana, I. F., Fitri, H. R., & Yusupandi, F. (2021). Simulation of CO2 Capture Process for Coal based Power Plant in South Sumatra Indonesia. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1143(1), 012047. doi:10.1088/1757-899X/1143/1/012047

9. Garcia, J. A., Villen-Guzman, M., Rodriguez-Maroto, J. M., & Paz-Garcia, J. M. (2022). Technical analysis of CO2 capture pathways and technologies. Journal of Environmental Chemical Engineering, 10(5), 108470. doi:10.1016/j.jece.2022.108470

10. Cement Technology Roadmap: Carbon Emissions Reductions up to 2050 (2009). IEA. Retrieved from: https://www.iea.org/reports/cement-technology-roadmap-carbon-emissions-reductions-up-to-2050

11. Irungu, S.N., Muchiri, P., & Byiringiro, J.B. (2017). The generation of power from a cement kiln waste gases: A case study of a plant in Kenya. Energy Science & Engineering, 5(2), 90-99. doi:10.1002/ese3.153

12. Janakiram, S., Espejo, M.J.L., Yu, X., Ansaloni, L., & Deng, L. (2020). Facilitated transport membranes containing graphene oxide-based nanoplatelets for CO2 separation: Effect of 2D filler properties. Journal of Membrane Science, 616, 118626. doi:10.1016/j.memsci.2020.118626

13. Kamolov, A., Turakulov, Z., Rejabov, S., Díaz-Sainz, G., Gómez-Coma, L., Norkobilov, A., Fallanza, M., & Irabien, A. (2023). Decarbonization of Power and Industrial Sectors: The Role of Membrane Processes. Membranes, 13(2), 130. doi:10.3390/membranes13020130

14. Li, B., Yu, J., Feng, F., Zhang, Z., & Guo, X. (2022). Simulation Study on Separation of CO2 from Flue Gas in Coal-Fired Power Plant by Membrane Method. In J. Lyu & S. Li (Eds.), Clean Coal and Sustainable Energy (pp. 633-641). Springer Singapore. doi:10.1007/978-981-16-1657-0_49

15. Miroshnichenko, D., Shalygin, M., & Bazhenov, S. (2023). Simulation of the Membrane Process of CO2 Capture from Flue Gas via Commercial Membranes While Accounting for the Presence of Water Vapor. Membranes, 13(8), 692. doi:10.3390/membranes13080692

16. Mkandawire, B., Thole, B., Mamiwa, D., Mlowa, T., McClure, A., Kavonic, J., & Jack, C. (2021). Application of Systems-Approach in Modelling Complex City-Scale Transdisciplinary Knowledge Co-Production Process and Learning Patterns for Climate Resilience. Systems, 9(1), 7. doi:10.3390/systems9010007

17. Morgan, J., & Patomaki, H. (2021). Planetary good governance after the Paris Agreement: The case for a global greenhouse gas tax. Journal of Environmental Management, 292, 112753. doi:10.1016/j.jenvman.2021.112753

18. Raksajati, A., Ho, M.T., & Wiley, D.E. (2013). Reducing the Cost of CO 2 Capture from Flue Gases Using Aqueous Chemical Absorption. Industrial & Engineering Chemistry Research, 52(47), 16887-16901. doi:10.1021/ie402185h

19. Richter, T., Witt, J.-H., Gesk, J.W., & Albers, A. (2019). Systematic modeling of objectives and identification of reference system elements in a predevelopment project. Procedia CIRP, 84, 579-585. doi:10.1016/j.procir.2019.04.258

20. Rumayor, M., Fernández-González, J., Domínguez-Ramos, A., & Irabien, A. (2022). Deep Decarbonization of the Cement Sector: A Prospective Environmental Assessment of CO2 Recycling to Methanol. ACS Sustainable Chemistry&Engineering,10(1),267-278.doi:10.1021/acssuschemeng.1c06118

21. Sevinov, U., Artikov, A., Narziev, M., & Khamroev, K. (2022). Development of a computer model and investigation of the process of extraction of oil fuze on the basis of system analysis. Universum: Technical Sciences, 97(4-9). doi:10.32743/UniTech.2022.97.4.13365

22. Turakulov, Z., Kamolov, A., Turakulov, A., Norkobilov, A., & Fallanza, M. (2023). Assessment of the Decarbonization Pathways of the Cement Industry in Uzbekistan. ECP 2023, 2. doi:10.3390/ECP2023-14639

23. Yoro, K.O., & Daramola, M.O. (2020). CO2 emission sources, greenhouse gases, and the global warming effect. In Advances in Carbon Capture (pp. 3-28). Elsevier. doi:10.1016/B978-0-12-819657-1.00001-3

24. Zhou, W., Jiang, D., Chen, D., Griffy-Brown, C., Jin, Y., & Zhu, B. (2016). Capturing CO2 from cement plants: A priority for reducing CO2 emissions in China. Energy, 106, 464-474. doi:10.1016/j.energy.2016.03.090

Taqrizchi: Siddiqov I.H., t.f.d., "Axborotlarga ishlov berish va boshqarish tizimlari" kafedrasi professori, Toshkent davlat texnika universiteti.