Post on 06-Jul-2018
transcript
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
1/18
1. Metode de retinere a dioxidului de carbon din gaze
Absorbtia CO2 intr-un lichid
Arderea combustibililor fosili elibereaza in atmosfera cantitati impresionante degaze cu efect de seră, dintre care cel mai important este dioxidul de carbon. Crestereacontinua a concentraţiei de CO2 in atmosfera duce la amplificarea efectului de sera, şideci are loc incalzirea globala a planetei. Datele statistice arata ca din 1!" pana in1## concentratia globala de CO2 a crescut de la 2#" ppm pana $%" ppm, adica ocrestere de 2"&. 'n 2""2, sectorul energetic a (contribuit( cu cea mai mare cota de CO2 emisă )reodată, peste # miliarde tone.
*e langa emisii de CO2, in urma arderii combustibililor fosili, in atmosfera sunte)acuate cantitati uriase de oxizi de sulf, oxizi de azot, +idrocarburi şi pulberi.
O alternati)a la energie con)entionala ar fi utilizarea si dez)oltarea surselorregenerabile de energie, dintre care biomasa probabil )a reprezenta cea mai importantăsursă de energie.
Una din metodele de separare a dioxidului de carbon din gazele de ardere
foloseste alcanolaminele. Cea mai utilizata solutie este monoetanolamina, dar mai suntutilizate si aminele secundare, tertiare sau un amestec dintre ele.
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
2/18
azele de ardere inainte de a fi introduse in coloana de absorbtie trec prin maimulte etape de tratare si epurare. -ai intai, gazele arse sunt desprafuite apoi sunt trecute printrun sistem de racire, unde gazele sunt racite pana la temperaturi necesare procesului de desulfurare. Desulfurarea gazelor are loc intrun scruber unde oxizii desulf sunt retinute. /O2 reactioneaza cu solutia amina formand un compus din care amina
nu se mai regenereaza. 0educerea continutul de sulf in gazele de ardere, inainte deabsorber, micsoreaza riscul degradarii rapide a solutiei amine in timpul procesului deabsorbtie. azele desulfurate sunt introduse prin parte inferioara a absorberului. /olutia -A esteinectata prin niste duze, instalate in parte superioara a coloanei. Contactul intre celedoua faze are loc in contracurent, circuland printrun strat de umplutura format din inele0asc+ig.
0eactia intre CO2 si -A este re)ersibila. 3a temperaturi oase are loc absorbtia de CO2de amina, in sc+imb cand este incalzita ea eliberează cea mai mare parte de CO2. Astfel,
din absorber, absorbantul bogat in CO2 este introdus intrun sc+imbator de caldura. Aici,in contracurent solutia este incalzita de gazele de ardere fierbinti pana la temperaturinecesare separarii -A de CO2. Absorbantul sarac este apoi recirculat in absorber. *rezenta altor emisii in gazele de ardere afecteaza procesul de absorbtie si duc ladegradarea sol)entului utilizat. ste ne)oie de a micsora concentratia lor pentru o mai buna eficienta a procesului de absorbtie.
Captarea si stocarea geologica a dioxidului de carbon
Captarea si stocarea carbonului 4CC/5 este o abordare pentru a atenua incalzireaglobala prin captarea dioxidului de carbon 4CO25 din surse mari punctiforme, cum ar ficentralele electrice cu combustibil fosil si stocarea lui in locul eliberarii in atmosfera.Desi CO2 a fost inectat in formatiuni geologice pentru diferite scopuri, depozitare petermen lung a emisiilor de CO2 constituie un concept care inca nu a fost incercat si panain prezent 42""5 nici o uzina de mare putere nu functioneaza cu un sistem complet decaptare si stocare a carbonului. Carbonul este emis in atmosfera 4sub forma de dioxid decarbon, numit si CO25, ori de c6te ori si oriunde ardem un combustibil. Cele mai mari
surse sunt automobilele si camioanele, precum si centralelenenucleare cele care ardcarbune, petrol sau gaze naturale, altfel cunoscute sub numele de combustibili fosili.*entru a pre)eni crearea concentratiilor mari de dioxid de carbon in atmosfera 4posibil producand incalzire globalea si cu siguranta pro)ocand acidifierea oceanelor5, putemcapta si stoca CO2. Deoarece am a)ea ne)oie sa stocam mii de milioane de tone de CO2,nu putem sa folosim doar containere, ci trebuie sa folosim si facilitatile de depozitarenaturale. -ai os este prezentata o diagrama de locatii posibile pentru stocarea subteranade CO2 , luata dintrun raport '*CC.
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
3/18
Fig.1 3ocatii posibile pentru stocarea subterana de CO2
fectele dioxidului de carbon in atmosfera sunt contro)ersate. Cu toate acestea,temperatura medie a *am6ntului este in crestere, mai ales daca este masurata la poli.Astfel, temperatura medie a suprafetei *am6ntului se coreleaza bine cu cantitatea de CO2 din atmosfera 4adica daca creste ni)elul de CO2 in atmosfera, creste simultan si
temperatura de suprafata5.
Captarea CO2
Captarea de CO2 se poate aplica surselor punctiforme mari, cum ar fi sursele mari decombustibili fosil sau instalatiile de energie din biomasa, industriile cu emisii maore deCO2, industrii de prelucrare a gazelor naturale, uzine cu combustibil de sinteza si de uzinede producere a +idrogenului pe baza de combustibili fosili. 7n general exista trei tipuridiferite de te+nologii8 post-combustie, pre-combustie, si arderea combustibilului pe
baza de oxygen 4Ox9fuel5.
• 7n post-combustie, emisiile de CO2 sunt eliminate dupa arderea combustibililorfosili : acest sistem sar aplica la centralele electrice con)entionale. Aici, dioxidulde carbon este captat din gazele de ardere la centralele electrice. ;e+nologia este bine cunoscuta si utilizata in prezent la alte aplicatii industriale.
http://en.wikipedia.org/wiki/Flue_gashttp://en.wikipedia.org/wiki/Fossil_fuel_power_planthttp://en.wikipedia.org/wiki/Flue_gashttp://en.wikipedia.org/wiki/Fossil_fuel_power_plant
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
4/18
• ;e+nologia pre-combustie este aplicata pe scara larga la producerea deingrasaminte, combustibil c+imic, gazos 4
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
5/18
Dupa captare, CO2 trebuie transportat la siturile de stocare adec)ate. ;ransportulse face prin conducte, care constituie, in general, cea mai ieftina forma de transport. 7n2"", in /tatele @nite au existat aproximati) %."" m de conducte de CO2 . Acesteconducte sunt utilizate in prezent pentru transportul CO2 la c6mpurile de productie petrolifera, unde productia de CO2 este inectata in campuri mai )ec+i pentru producerea
titeiului. 'nectarea CO2 pentru producerea de petrol este, in general, numita (recuperaremarita de titei( sau O0. 7n plus, exista cate)a programe pilot, aflate in diferitele stadii pentru testarea stocarii pe termen lung a emisiilor de CO2 in formatiuni geologiceneproducatoare de petrol. /e mai pot utiliza sisteme COA de banda rulanta sau na)e.Aceste metode sunt in prezent folosite la transportul de CO2 pentru alte aplicatii.
Fig.2 -etode de transport si stocare geologica a CO2
!tocarea CO2
*entru stocare permanenta a CO2 au fost concepute diferite recipiente. Acesteainclud stocare gazoasa in diferite formatiuni geologice aflate la adancime 4inclusi)
formatiuni saline si zacaminte de gaze epuizate5, stocare lic+ida in ocean si de stocaresolida prin reactia CO2 cu oxizi metalici pentru a produce carbonati stabili.
1. !tocarea geologica"
Cunoscuta deasemenea ca geosec+estrare, aceasta metoda implica inectareadioxidului de carbon, in general in stare supracritica, direct in formatiunile geologice dinsubsol. Ca locuri de stocare au fost sugerate campurile petrolifere, campurile gazeifere,
http://en.wikipedia.org/wiki/Oxidehttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbonatehttp://www.co2club.ro/ro/informatii-utile-CCS.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/Oxidehttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbonate
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
6/18
formatiunile saline, zacamintele de carbuni neexploatabile si formatiunile bazalticesubterane infiltrate cu apa sarata. Diferite mecanisme fizice 4ex. roca din acoperis foarteimpermeabile5 si mecanisme de captare geoc+imica ar pre)eni scaparea CO2 spresuprafata. @neori, CO2 este inectat in campurile petrolifere aflate in declin, pentrucresterea recuperarii titeiului 4cresterea gradului de recuperare5. Aceasta este o optiune
atracti)a deoarece costurile de depozitare pot fi partial compensate prin )anzareacantitatii suplimentare de titei extras. Deza)antaele campurilor petrolifere )ec+i suntdistributia lor geografica si capacitatea lor limitata, precum si faptul ca arderea ulterioaraa petrolului suplimentar astfel recuperat )a compensa in mare masura sau in totalitatereducerea emisiilor de CO2.
/traturile neexploatabile de carbune pot fi utilizate pentru stocarea CO2, deoareceCO2 se absoarbe la suprafata carbunelui. ;otusi, fezabilitatea te+nica depinde de permeabilitatea stratului de carbune. 7n procesul de absorbtie carbunele elibereazametanul adsorbit in prealabil, iar metanul poate fi recuperat 4cresterea gradului derecuperare a metanului din stratele de carbune5. ?6nzarea metanului pot compensa partial
costul stocarii CO2. Bormatiunile salifere contin saraturi puternic mineralizate si pana in prezent nu sa considerat ca ar putea aduce )reun beneficiu omului. 'n cate)a situatii,ac)iferele saline au fost utilizate pentru stocarea deseurilor radioacti)e. *rincipalula)anta al ac)iferelor saline este potentialul lor larg de stocare )olumetrica si ocurenta lor frec)enta. Acestea )or reduce distanta de transport a CO2. Deza)anataul maor alac)iferelor saline este faptul ca sunt putin cunoscute comparati) cu campurile petrolifere.*entru a mentine pretul stocarii la un ni)el acceptabil, se pot limita lucrarile de exploraregeofizica, ceea ce determina o mai mare incertitudine pri)ind structura ac)iferelor. /predeosebire de stocarea in campuri petrolifere sau in strate de carbuni, nu exista produsesecundare care sa compenseze costul stocarii. 'n cazul stocarii in ac)ifere, o problema o poate constitui scurgerea CO2 inapoi in atmosfera. ;otusi, cercetarile actuale arata ca
exista cate)a mecanisme de captare care imobilizeaza CO2 in subteran, reducand risculscurgerilor.
'n cazul siturilor de stocare geologica bine alese, proiectate si administrate, '*CCestimeaza ca CO2 ar putea fi captat pentru o durata de milioane de ani, iar siteurile ar putea retine peste ##& din CO2 inectat timp de peste 1.""" de ani.
2. !tocarea minerala"
Captarea carbonului prin reactia cu CO2 a mineralelor naturale care contin -g siCa, pentru a forma carbonati, are multe a)antae unice. Cel mai important este faptul ca,carbonatii au o stare energetica mai mica dec6t CO2, moti) pentru care carbonatareaminerala este fa)orabila termodinamic si apare in mod natural 4de exemplu, alterareasupergena a rocilor in cursul perioadelor geologice5. 7n al doilea r6nd, materiile prime,cum ar fi mineralele pe baza de magneziu, exista din abundenta. 7n cele din urma,carbonatii produsi sunt indiscutabil stabili, astfel ca nu se mai pune problema eliberariiCO2 in atmosfera. Cu toate acestea, la temperaturi si presiuni normale ale mediului
http://en.wikipedia.org/wiki/Enhanced_coal_bed_methane_recoveryhttp://en.wikipedia.org/wiki/Enhanced_coal_bed_methane_recoveryhttp://en.wikipedia.org/wiki/Enhanced_coal_bed_methane_recoveryhttp://en.wikipedia.org/wiki/Enhanced_coal_bed_methane_recovery
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
7/18
inconurator, reactiile con)entionale de carbonatare se produc lent. *ro)ocarea in acestcaz o constituie identificarea unui traseu )iabil din punct de )edere ecologic si industrial,care )a permite ca sec+estrarea minerala care urmeaza sa fie aplicata sa fie acceptabilasin din punct de )edere economic.
O ingriorare maora pri)ind CC/ o constituie raspunsul la intrebarea dacascurgerea de CO2 stocat )a compromite CC/ ca optiune de atenuare a sc+imbarilorclimatice. *entru situri de stocare geologica bine selectate, proiectate si administrate,'*CC estimeaza ca riscurile sunt comparabile cu cele asociate cu acti)itatea curenta indomeniul +idrocarburilor. misiile de CO2 ar putea fi captate pentru milioane de ani, iarlocurile de stocare bine selectate pot retine peste ##& din CO2 inectat pe o durata de peste 1""" de ani. 'n cazul depozitarii oceanice, retentia CO2 ar depinde de ad6ncime>'*CC estimeaza ca la ad6ncimi de 1"""$""" m, $"%& din CO2 stocat ar fi inca retinutdupa %"" ani. *entru stocarea minerala nu se considerata ca ar exista )reun risc descurgere.
;rebuie, de asemenea, remarcat faptul ca in conditiile de adancime in oceane4aproximati) ="" bari sau =" -*a, 2" 5, gradul de amestec intre apaCO2 4l5 estefoarte redus 4in cazul in care formarea de carbonatacidificarea limiteaza a )iteza dereactie5, dar este fa)orizata formarea +idratilor apaCO2 4un fel de cusca solida de apacare inconoara CO2 5.
#ibliografie"
• +ttp8EEE.co2club.ro• +ttp8energieregen.mec.upt.rocaptareFCO2.+tml• EEE.agir.ro• -A0'G/C@ -., H Parametrii termodinamici optimi pentru separatoarele si
racitoarele din instalatiile existente si proiectarea tehnologica a ariei reci din
instalatia de purificareI. 0ap.cerc. 22#!11##!, @*J.
2. D imensionarea schimbatorului de caldura
2.1 Proprietati fizice ale componentilor
Gazele de ardere inainte de a fi introduse in coloana deabsorbtie trec prin mai multe etape de tratare si epurare. Maiintai, gazele arse sunt desprafuite apoi sunt trecute printr-unsistem de racire, unde gazele sunt racite pana la temperaturinecesare procesului de desulfurare. Desulfurarea gazelor areloc intr-un scruber unde oxizii de sulf sunt retinute. SO2reactioneaza cu solutia amina formand un compus din careamina nu se mai regenereaza. Reducerea continutul de sulf ingazele de ardere, inainte de absorber, micsoreaza risculdegradarii rapide a solutiei amine in timpul procesului de
absorbtie. Gazele desulfurate sunt introduse prin parte inferioara aabsorberului. Solutia ME este in!ectata prin niste duze,instalate in parte superioara a coloanei. "ontactul intre celedoua faze are loc in contracurent, circuland printr-un strat deumplutura format din inele Rasc#ig.
Reactia intre "O2 si ME este re$ersibila. %a temperaturi !oaseare loc absorbtia de "O2 de amina, in sc#imb cand esteincalzita ea elibereaz& cea mai mare parte de "O2. stfel, dinabsorber, absorbantul bogat in "O2 este introdus intr-unsc#imbator de caldura. ici, in contracurent solutia esteSchema procesului de desulfurare, absorbtie si desorbti
http://www.co2club.rol/http://energieregen.mec.upt.ro/captare_CO2.htmlhttp://www.agir.ro/http://www.co2club.rol/http://energieregen.mec.upt.ro/captare_CO2.htmlhttp://www.agir.ro/http://www.co2club.rol/http://energieregen.mec.upt.ro/captare_CO2.htmlhttp://www.agir.ro/
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
8/18
a) Proprietati fizice pentru dioxidul de carbon
Dioxidul de carbon este un gaz incolor, prezent i Knș atmosfera terestră Kn concetra ieț
de aproximati) ","=&. ste unul din cele mai importante gaze cu efect de seră.
abelul 1.2 :Dependenta de temperatura a proprietatilor fizice
Dioxid de carbont (oC) c
(kcalkg!grd) $c%& λ
(kcalm!h!grd)
0 0.195 0.0138 0.0126
100 0.218 0.0184 0.0196
200 0.237 0.0226 0.0266
300 0.252 0.0264 0.0336
Figura 1' : Dependenta de temperatura a caldurii specifice
http://ro.wikipedia.org/wiki/Atmosferahttp://ro.wikipedia.org/wiki/Efect_de_ser%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Atmosferahttp://ro.wikipedia.org/wiki/Efect_de_ser%C4%83
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
9/18
Figura 11 : Dependenta de temperatura a )iscozitatii
Figura 12 : Dependenta de temperatura a conducti)itatii termice
b) Proprietati fizice pentru oxigen
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
10/18
Oxigenul este un gaz incolor, inodor, insipid i pu in solubil Kn apă. ste de 1,1 ori maiș țgreu dec6t aerul. Acesta se lic+efiază foarte greu la o temperatură de 1$ LC.
"abelul 2.2 - Dependenta de temperatura a proprietatilor fizice
#xigent (oC) c
(kcalkg!grd) $c%& λ
(kcalm!h!grd)
0 0.219 0.0192 0.0212
100 0.223 0.0244 0.0283
200 0.23 0.029 0.035
300 0.238 0.0331 0.0413
Figura 1( : Dependenta de temperatura a caldurii specifice
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
11/18
Figura 1) : Dependenta de temperatura a )iscozitatii
Figura 1* : Dependenta de temperatura a conducti)itatii termice
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
12/18
c) Proprietati fizice pentru azot
Azotul este un gaz incolor, inodor, insipid, de obicei inert, diatomic i nemetalic,șconstitutie !& din atmosfera *ăm6ntului i este o parte componentă a tuturor esuturilorș ț)ii. l formează numero i compu i c+imici, precumș ș aminoacizii, amoniacul, acidul nitric
iș cianurile.
"abelul $.2 - Dependenta de temperatura a proprietatilor fizice
%zott (oC) c
(kcalkg!grd) $c%& λ
(kcalm!h!grd)
0 0.248 0.0166 0.0209
100 0.249 0.0208 0.0271
200 0.251 0.0246 0.0331300 0.255 0.028 0.0386
Figura 1+ : Dependenta de temperatura a caldurii specifice
http://ro.wikipedia.org/wiki/Atmosfer%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Aminoacidhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Amoniachttp://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_azotichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cianur%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Atmosfer%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Aminoacidhttp://ro.wikipedia.org/wiki/Amoniachttp://ro.wikipedia.org/wiki/Acid_azotichttp://ro.wikipedia.org/wiki/Cianur%C4%83
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
13/18
Figura 1, : Dependenta de temperatura a )iscozitatii
Figura 1 : Dependenta de temperatura a caldurii specifice
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
14/18
2.2 Proprietati fizice medii ale amestecului gazos
Se prezinta relatiile de calcul ale caldurii specifice& 'iscozitatii siconducti'itatii termice medii ale amestecului in functie de compozitia acestuiasi 'alorile corespunzatoare ale acelorasi proprietati ale componentilor
calculate fiecare la temperatura medie aritmetica a amestecului !azos insc"im#atorul de caldura.
a) Caldura specifica a unui amestec !azos se calculeaza cu relatia$
siig,s cc ∑ω= %1&
in care$cs! ' caldura specifica a amestecului !azos la temperatura medie din sc"im#ator %()*! +&,
i ' fractia masica a componentului i in amestec,csi ' caldura specifica a componentului i la temperatura medie din sc"im#ator
%()*! +&.
cs/2 0.22620
cs/2 0.22666
cs2 0.25022
ῳ/2 0.1817
ῳ/2 0.0117
ῳ2 0.8066
cs!%*cal)*!+& 0.2456
b) iscozitatea dinamica a unui amestec !azos se calculeaza cu relatia$
nam i i
i 1am i
- 9 -
=
×=η η∑ %2&
unde am - este masa molara a amestecului de !aze,i - fractia molara a componentului i din amestec,i - masa molara a componentului i din amestec,
ηi - iscozitatea componentului i din amestec la temperatura medie din
sc"im#atorul de caldura,
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
15/18
/2 0.01984
/2 0.0268
2 0.02264
am)! 1357.9223
/2 0.124
/2 0.011
2 0.865
! %c& 0.0221
c) Conducti'itatea termica a unui amestec !azos se calculeaza cu relatia$
n
am i ii 1
9=
λ = × λ∑ %3&
unde i - este fractia molara a componetului i din amestec,
λi - conductiitatea termica a componentului i din amestec la temperatura
medie din sc"im#atorul de caldura.
/2 0.02282
/2 0.03162
2 0.02986
!%*cal)m"+& 0.0290
d) Densitatea unui amestec !azos se calculeaza cu relatia$
am "mam
- " m
- ; p
? p ;ρ = × × %4&
unde am - este masa molara a amestecului de !aze, - olumul molar,
p0 - aloarea presiunii in conditii normale de temperatura si presiune %1atm&,0 - aloarea temperaturii in conditii normale de temperatura si presiune%273 +&,pm - aloarea presiunii amestecului de !aze in sc"im#atorul de caldura%atm&,m - aloarea temperaturii medii a amestecului de !aze in sc"im#atorul de
caldura %+&.
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
16/18
am%*!)*mol& 30.028
: 22.4
;am%*!)m3& 1.3405
2.$ ilantul termic al schimbatorului de caldura
Debitul de caldura cedat de amestecul gazos in schimbatorul de caldurase calculeaza cu relatia$
gegig,sg,m ttcM −⋅= %5&
&,
?m! ' de#itul masic de amestec !azos %*!)s&,cs! ' caldura specifica a amestecului la temperatura medie din sc"im#ator
%()*! +&,t!i si t!e sunt mentionate in tema de proiectare.
?m!%*!)"& 6970.79
=%>& 461804.8339
De#itul masic de amestec !azos ?m! se calculeaza in functie de de#itul
olumetric de !aze de ardere %?!& cu relatia$
g
)g
g,m -$N""=,22
⋅
⋅= %6&
in care$
iig -9- ⋅=∑ %7&
este masa molara a amestecului de !aze de ardere %*!)*mol&,
i ' fractia molara a componentului i din amestec,i ' masa molara a componentului i %*!)*mol&.
?!%m3)"& 5200
am%*!)*mol& 30.028
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
17/18
8/17/2019 Bindar Cristiana Proiect
18/18