Badania absorpcji CO2 w wodnym roztworze amoniaku na potrzeby oczyszczania gazów odlotowych z przemysłu sodowego

(ProQuest: ... denotes formulae omitted.)

Korzyści stosowania technologii separacji dwutlenku węgla w przemyśle sodowym nie ograniczają się jedynie, jak to ma miejsce w wielu gałęziach przemysłu, do ograniczenia emisji CO2 do atmosfery, co przekłada się na zmniejszenie nakładów finansowych poniesionych na zakup praw do jego emisji. Wprowadzenie separacji CO2 w przemyśle sodowym może przyczynić się również do ograniczenia kosztów związanych ze zmniejszeniem zapotrzebowania na surowce wykorzystywane w produkcji. Zawrócenie emitowanego do atmosfery dwutlenku węgla do strumienia gazu procesowego zawierającego CO2 pozwala na intensyfikację procesu, a co za tym idzie - na ograniczenie zużycia węglanu wapnia w postaci kamienia wapiennego lub możliwość stosowania w tym procesie wapieni o gorszych parametrach procesowych [1].

W przemyśle stosowane są różne technologie usuwania dwutlenku węgla ze strumienia gazów - absorpcja fizyczna i chemiczna, adsorpcja, procesy membranowe, kriogeniczne oraz elektrochemiczne. Wybór technologii separacji CO2 w znaczący sposób zależy od jego właściwości - temperatury, ciśnienia, stężenia oraz strumienia objętości [2-4]. Jednakże najbardziej rozpowszechnionymi metodami separacji CO2 na skalę techniczną są procesy absorpcji fizycznej i chemicznej [5, 6], które są od lat wykorzystywane w przemyśle petrochemicznym do wydzielania dwutlenku węgla z mieszanin gazowych. Pozostałe metody usuwania CO2, takie jak adsorpcja, separacja membranowa i kriogeniczna są wykorzystywane na znacznie mniejszą skalę.

Jako absorbenty w metodzie absorpcji chemicznej stosowane są roztwory amin, takie jak monoetanoloamina (MEA), która jest absorbentem powszechnie używanym w instalacjach przemysłowych, a także inne aminy, jak dietanoloamina (DEA), diglikoloamina (DGA), N-metylodietanoloamina (MDEA), 2-amino-2-metylopropanol (AMP) oraz piperazyna (PZ) [7-9]. Oprócz roztworów amin stosowany jest również wodny roztwór amoniaku [10-12], który może stanowić rozwiązanie konkurencyjne w zakładach sodowych ze względu na jego wykorzystanie w produkcji. Tym samym uzasadnione jest prowadzenie testów badawczych, które mogą przyczynić się do rozwoju technologii absorpcji CO2 (badania w skali ćwierć- i półtechnicznej), co w przyszłości ułatwi wprowadzenie tej metody do praktyki przemysłowej w zakładach sodowych.

Podczas kontaktu wodnego roztworu amoniaku z dwutlenkiem węgla zachodzą reakcje chemiczne (1)-(3), w wyniku których tworzy się mieszanina soli amonowych - węglanu amonu ((NH4)2CO3), wodorowęglanu amonu (NH4HCO3) oraz karbaminianu amonu (Nh2C02NH4). Reakcje te są odwracalne i w zależności od temperatury mogą przebiegać w stronę substratów:

... (1)

... (2)

... (3)

Absorpcja CO2 w wodnym roztworze amoniaku jest reakcj ą egzoenergetyczną, stąd też prowadzi się ją w możliwie niskiej temperaturze, co polepsza skuteczność procesu....