Технологии получения и очистки углекислого газа

Углекислый газ (CO₂) используется в химической, пищевой промышленности, сельском хозяйстве, энергетике и медицине. Поэтому продажи углекислоты существенно возросли в последние годы. Но важно не только получать CO₂, но и очищать его, чтобы использовать в различных технологиях и безопасно утилизировать. Поэтому нужно рассмотреть методы получения углекислого газа, способы его очистки и разделения для дальнейшего использования.

Технологии получения углекислого газа

Для получения углекислоты используются различные способы в зависимости от назначения и источника газа:

1. Один из распространённых методов получения CO₂ – добыча из природных газов. Зачастую углекислота получается путем очищения и разделения природных газов.

2. Вулканическая активность и геотермальные источники позволяют добывать углекислый газ. CO₂ получается непосредственно из подземных источников, таких как геотермальные поля или вулканические зоны, где газ выходит на поверхность.

3. CO₂ извлекается при сжигании биомассы или природных материалов. Этот процесс обычно включает улавливание углекислого газа, который впоследствии перерабатывается для дальнейшего использования.

На выбор способа получения CO₂ влияют объемы, которые нужны для решения задач в промышленности, медицине, сельском хозяйстве.

Способы получения CO₂ в промышленности

Один из основных источников углекислого газа в промышленности – сжигание угля, нефти или газа. В процессе горения углерод, содержащийся в этих видах топлива, соединяется с кислородом из воздуха, образует углекислый газ.

CO₂ также получается в результате ферментации, например, в производстве спиртных напитков. В процессе брожения сахар расщепляется микроорганизмами, что приводит к выделению газа.

CO₂ выделяется при протекании химических реакций, например, при взаимодействии кислот и углекислых соединений, таких как кальций карбонат (известняк). При нагреве он разлагается на известь (CaO) и углекислый газ (CO₂). Это используется в различных химических процессах, например, в производстве цемента.

Получение углекислого газа в процессе добычи и переработки нефти

В процессе добычи нефти углекислый газ может использоваться для повышения нефтеотдачи. Этот метод называется газлифтным. Его суть заключается в закачке CO₂ в нефтяные резервуары. Это позволяет вытолкнуть нефть на поверхность. Затем углекислый газ собирается и очищается для дальнейшего использования.

Методы очистки и разделения углекислого газа

Углекислый газ требует очистки от различных примесей, таких как водяные пары, сернистые соединения, оксиды азота, углеводороды и другие загрязнители. Выбор методов отделения сторонних компонентов зависит от источника CO₂ и содержания сторонних компонентов.

Абсорбция с помощью жидкостей

Это один из наиболее распространенных методов очистки. Его суть заключается в растворении углекислого газа в жидкости. Существует несколько вариантов абсорбции с помощью жидкостей:

С использованием аминов. CO₂ поглощается растворами аминов, таких как моноэтаноламин (MEA), которые образуют слабосвязанные соединения с углекислым газом. После этого смесь подвергается термической регенерации, и углекислота освобождается для дальнейшего использования.

С использованием карбонатов. Этот способ основан на абсорбции в растворе натриевого или калиевого карбоната. Он используется в производстве натриевого гидроксида.

Адсорбция с использованием твердых материалов

Углекислый газ связывается с поверхностью твердых материалов, таких как цеолиты или активированный уголь. Этот процесс используется для его очистки от других газов и примесей. Цеолиты – это пористые материалы, которые эффективно поглощают CO₂. Этот метод часто используется для его очистки в промышленных установках.

Мембранные технологии

Для отделения CO₂ от других газов используются полупроницаемые мембраны. Это специальные материалы, которые обеспечивают быстрое прохождение через них углекислоты, задерживают другие компоненты. Зачастую используются мембраны на основе полимеров. Они отделяют CO₂ от азота, кислорода, других газов.

Мембраны из углеродных материалов отличаются высокой проницаемостью для углекислого газа. Это делает их наиболее эффективным инструментом очистки углекислоты.

Криогенная дистилляция

Этот метод основан на охлаждении газовых смесей до низких температур, при которых углекислый газ конденсируется, переходит в жидкое состояние. Криогенная дистилляция используется для очистки, отделения углекислого газа от кислорода, азота и других компонентов.