Учёные ТПУ испытали технологию улавливания углекислого газа из дымовых выбросов с помощью газовых гидратов — соединений газа в водной оболочке. В экспериментах технология показала эффективность от 92% до 98,2% в зависимости от вида топлива.
Исследователи Томского политехнического университета разработали и проверили технологию, которая позволяет извлекать углекислый газ из реальных дымовых газов. В её основе лежат газовые гидраты — соединения, в которых вода формирует кристаллическую структуру и удерживает в ней молекулы газа.
Дымовые выбросы содержат кислород, оксиды азота и серы, угарный газ, метан и другие примеси. Как сообщает пресс-служба ТПУ, учёные предлагают подавать эту смесь в реактор с водой. При образовании гидрата его кристаллическая решётка захватывает CO₂, а другие газы остаются вне неё. Затем гидрат можно регазифицировать, чтобы получить концентрированный углекислый газ для дальнейшего использования или хранения.
Авторы работы сравнивают свой подход с криогенной дистилляцией, физической и химической адсорбцией. Эти распространённые методы требуют значительных энергозатрат и дорогостоящих реагентов, а также могут вызывать коррозию оборудования. Заведующий лабораторией газовых гидратов ИШФВП ТПУ Никита Шлегель рассказал, что новая технология использует вместо дорогих реагентов воду. По оценке исследователей, она потребует примерно вдвое меньше энергии на единицу массы CO₂, чем аналогичные технологии, а значит может снизить стоимость улавливания по сравнению с традиционной абсорбцией.
Технологию проверили на дымовых смесях, которые получили при сжигании угля, мазута и природного газа. Учёные подавали смесь в реактор с водой, а после образования гидрата удаляли непрореагировавший газ и добавляли новую порцию. Такой цикл позволил заполнить гидратную решётку газом.
Эффективность улавливания CO₂ превысила 92% для всех трёх видов топлива. Гидраты из выбросов при сжигании природного газа уловили 98,2% углекислого газа, при сжигании мазута — 92,7%, угля — 92%.
Исследователи также оценили состав гидратов. В гидрате из дымовых выбросов угля доля CO₂ составила 92,2%, природного газа — 95,6%, мазута — 92,6%. Наиболее чистый гидрат получили при сжигании природного газа: в его составе не было оксида серы. Гидраты, полученные из выбросов угля и мазута, требовали дополнительной очистки.
По итогам экспериментов команда вывела математические уравнения. Они позволяют рассчитать состав газовой смеси, объём реактора, объём подаваемых дымовых газов и температуру, а также спрогнозировать время разделения CO₂ в промышленных условиях. Эти расчёты исследователи планируют использовать для масштабирования технологии.
В работе участвовали учёные Инженерной школы энергетики и Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ. Результаты их работы опубликованы в журнале Journal of Environmental Chemical Engineering.
Фото: news.tpu.ru
Lx: 2894