Separacja CO2 z gazów spalinowych metodą V-PSA na zeolicie 13X

Spalanie paliw kopalnych przyczynia się do nadmiernej emisji gazów cieplarnianych, zaś największym emitentem dwutlenku węgla jest przemysł energetyczny. Jednym ze sposobów redukcji emisji CO2 do atmosfery jest jego wychwytywanie ze strumienia spalin oraz magazynowanie lub zastosowanie w przemyśle. Do wychwytywania dwutlenku węgla z gazów spalinowych zaproponowano metodę adsorpcyjną. Dokonano oceny właściwości komercyjnego zeolitu 13X poprzez przedstawienie charakterystyki pojemności sorpcyjnej za pomocą testu programowanej temperaturowo adsorpcji oraz możliwości jego regeneracji w układzie próżniowym TG-Vacuum (test wieloetapowej adsorpcji/regeneracji). W celu określenia przydatności zastosowanego adsorbentu do separacji dwutlenku węgla pochodzącego ze spalania węgla w konwencjonalnych elektrowniach przeprowadzono testy separacji CO2 z symulowanej mieszaniny gazów spalinowych techniką adsorpcji zmiennociśnieniowej z zastosowaniem próżni w etapie regeneracji złoża (V-PSA). W badaniach uwzględniono wpływ ciśnienia oraz czasu etapu adsorpcji/regeneracji złoża na średnie stężenie dwutlenku węgla, uzyskiwane w produkcie wzbogaconym, jak również na stopień odzysku dwutlenku węgla z gazu zasilającego.

Burning fossil fuels leads to increased greenhouse gas emissions into the atmosphere. One of the largest emitters of carbon dioxide is the power industry sector. Therefore, reduction in greenhouse gas emissions is the main priority of the EU energy policy. One way to reduce CO2 emissions can be carbon dioxide capture and storage, or utilization in the industry. The study proposes a method of adsorption to capture carbon dioxide from flue gases. Some properties of zeolite 13X were evaluated using characterization of sorption capacity by means of temperature-programmed adsorption test. The opportunities for its regeneration in the TG-Vacuum system by multi-stage adsorption/desorption test were also investigated. Furthermore, tests of separation of CO2 from a simulated mixture of flue gases were carried out by means of pres-sure swing adsorption technique using a vacuum in the regeneration step (V-PSA) in a two-bed installation. Six different adsorption/desorption times (from 300 s to 1800 s, with 300 s steps) and three different pressures in the bed (30 mbar, 100 and 200 mbar) were used during the regeneration step. The results obtained in the study were used to determine average concentration of carbon dioxide in the product and CO2 recovery from feed gas. The temperature-programmed test showed the CO2 adsorption capacity of about 125 mgCO2/g sorbent at 30°C while the multi-stage adsorption/desorption test demonstrated opportunities for reaching a cyclic steady state and invariable active sorption capacity. The test of separation of carbon dioxide from simulated mixture of flue gas using two-bed pressure swing adsorption system (V-PSA) confirmed the possibility of application of zeolite 13X in the separation process. The adsorption/regeneration time of 600 s seems to be the most appropriate parameter for the process. A relatively high concentration of CO2 in the product (58 and 60%) and the recovery of carbon dioxide from the feed gas of about 82 and 97% were achieved respectively at the de-sorption pressure of 100 and 30 mbar.