Metodo di rimozione della CO2 a umido: efficace? 

Quando si parla di lavaggio a umido dei fumi, soprattutto nel contesto della cattura di CO2, molte persone evocano immediatamente l'immagine di un depuratore standard con un ugello e una soluzione alcalina. Ma l'efficienza non è solo una cifra del ?90%+? nel passaporto di installazione. Si tratta di una storia complessa, dove la teoria spesso diverge dalla pratica operativa, e i giudici principali sono gli operatori e la contabilità, che calcola i costi dei reagenti e dello smaltimento dei fanghi.

Cosa si nasconde dietro l’“alta efficienza”? nel tuo passaporto?

Quasi tutti i produttori o istituti di ingegneria che offrono tecnologia forniscono dati sull'efficienza di assorbimento al livello del 95-99%. Tuttavia, questi dati si riferiscono quasi sempre a condizioni di laboratorio o a un impianto pilota con un flusso di gas ideale e stabile. In realtà, in una grande centrale termoelettrica o in un cementificio, la composizione del gas “balla?” — la concentrazione di SO2, polveri, variazioni di temperatura. Ed è qui che iniziano le sfumature.

Ad esempio, classicometodo umidoa base amminica (MEA) in uno scrubber può effettivamente mostrare un'efficienza vicina a quella teorica. Ma solo se stiamo parlando di un flusso pulito, raffreddato ed essiccato. Se si aggiungono vere impurità, soprattutto ossigeno, si dà inizio all'ossidazione e alla degradazione incontrollata dell'ammina. L'efficienza non diminuisce immediatamente, ma gradualmente, e l'operatore lo vede solo dal crescente consumo di reagente per mantenere lo stesso grado di purificazione. Non è un incidente, è ?tranquillo? divorando il budget.

Pertanto, quando si presentano al nostro istituto con una richiesta per un progetto di cattura della CO2, la prima domanda non è “quale efficienza desideri?”, ma “qual è la composizione esatta e peggiore del gas in ingresso, comprese le impurità in tracce?” e “dove mettere la soluzione esaurita o i fanghi?”. Senza risposte a queste domande, qualsiasi efficacia dichiarata è solo un bel numero.

Problemi di cui non si parla negli opuscoli

Uno dei problemi principali è la corrosione. Ambienti alcalini, soluzioni calde di carbonati o ammine e la presenza anche di tracce di cloruri sono una ricetta ideale per la distruzione del normale acciaio al carbonio. Nei progetti, abbiamo riscontrato situazioni in cui, dopo sei mesi di funzionamento, lo scrubber doveva essere fermato per riparazioni non programmate a causa di cavità di corrosione nella zona degli spruzzi. L'efficacia in questo momento, naturalmente, era zero. È necessario posare leghe costose o rivestimenti speciali, il che cambia radicalmente l'economia dell'intero progetto.

Un altro grattacapo è la formazione di depositi persistenti e di tappi salini. Soprattutto quando si utilizzano liquami di calce. In teoria, tutto è semplice: Ca(OH)2 reagisce con CO2, dando origine a CaCO3. In pratica, il carbonato di calcio si attacca all'ugello, agli ugelli e ai tubi dello scambiatore di calore. Il lavaggio aiuta, ma richiede l'interruzione. E se fermarsi fosse impossibile? Quindi l'efficienza diminuisce gradualmente a causa della diminuzione dell'area di contatto tra gas e liquido.

E, naturalmente, i costi energetici. Il processo di assorbimento in sé non è il più dispendioso in termini energetici. Ma il desorbimento della CO2 dalla soluzione (rigenerazione) richiede enormi costi di riscaldamento. Spesso fino al 70% di tutte le spese operative. È possibile costruire uno scrubber con un'efficienza del 99%, ma se metà del vapore della centrale termica stessa viene spesa per la rigenerazione, di che tipo di efficienza complessiva dell'impresa possiamo parlare? Questo è un vicolo cieco.

Esperienza da progetti reali: dove si cercava il compromesso

Un progetto per un impianto di ammoniaca prevedeva la cattura di CO2 dal flusso di conversione. La concentrazione era alta, ma lo era anche la temperatura. Classicometodo umidocon MEA era necessario un raffreddamento profondo del gas, il che comportava ingenti costi di capitale per i frigoriferi. Invece, hanno proposto e lavorato su un’opzione con lavaggio a base di potassio caldo (K2CO3). L'efficienza di assorbimento sulla carta era inferiore, circa 85-90%. Ma abbiamo evitato un'enorme unità di raffreddamento e collettori di condensa e la rigenerazione è avvenuta a una temperatura più elevata, il che ha reso possibile utilizzare il calore di scarto di un altro flusso di processo. Per l'impianto, l'efficienza economica finale di questo ?meno efficiente? dal punto di vista della chimica il metodo si è rivelato più elevato.

Un altro caso riguardava il tentativo di utilizzare una soluzione amminica migliorata di un fornitore europeo in un piccolo locale caldaie. La soluzione prometteva un'elevata resistenza all'ossidazione. Ma non hanno tenuto conto delle specificità russe: il maggiore contenuto di zolfo nel carburante. La SO2, anche in tracce, non completamente catturata nella fase precedente, si lega irreversibilmente con l'ammina formando sali termostabili. Il reagente ha perso irrimediabilmente la sua attività. Il progetto, purtroppo, non ha raggiunto le sue specifiche. È stato necessario modificare il sistema di pretrattamento, il che ha nuovamente colpito l'economia.

Alternative e soluzioni ibride

Oggigiorno si parla molto di metodi “a secco”, di membrane, di adsorbenti. Ma nelle industrie su larga scala, come quella energetica o metallurgica,metodo umidofinora senza rivali in termini di scalabilità e sofisticatezza. Un'altra cosa è che viene sempre più utilizzato non nella sua forma pura, ma come parte di un circuito ibrido.

Ad esempio, la prima fase è un metodo a secco o semi-secco per la pulizia grossolana e il raffreddamento, la seconda fase è la pulizia fine in uno scrubber. O viceversa, viene prima utilizzato uno scrubber a umido per rimuovere la maggior parte delle impurità e della CO2, quindi procedere alla lucidatura con un adsorbente. In tali progetti, l’efficienza complessiva del sistema può essere maggiore e i costi operativi inferiori rispetto a quelli con un “super scrubber” che cerca di fare tutto in una volta.

I colleghi cinesi che promuovono attivamente le loro tecnologie hanno un'esperienza interessante. Ad esempio, un istituto di designChengdu Yizhi Technology Co.(fondata da Huaxi Technology) combina spesso i classici scrubber con sistemi di recupero del calore e sofisticate automazioni nelle sue soluzioni per l'industria, ottimizzando il consumo di reagenti in tempo reale a seconda del carico. Sul loro sito webyzkjhx.ruPuoi trovare descrizioni di progetti così complessi. Il loro approccio non è quello di perseguire la massima efficienza di assorbimento ad ogni costo, ma di cercare il punto di equilibrio ottimale tra il tasso di recupero e i costi complessivi. Questo è un aspetto più maturo e pratico.

Quindi il metodo bagnato è efficace? Considerazioni finali

L’efficienza è un concetto dalle molteplici sfaccettature. Come tecnologia di contatto gas-liquido per il trasferimento di massa, il metodo di rimozione della CO2 a umido è estremamente efficace ed è stato dimostrato per decenni. Come è finito? Inscatolato? la tecnologia per qualsiasi azienda non lo è. Questo è uno strumento che deve essere selezionato e configurato in modo molto preciso per condizioni specifiche.

I suoi principali vantaggi sono l'elevata potenza dell'unità, l'affidabilità (con progettazione e materiali adeguati) e la prevedibilità del processo. I principali svantaggi sono gli elevati costi di capitale per i materiali resistenti alla corrosione, gli elevati costi operativi per la rigenerazione e i problemi con i rifiuti (liquidi o fanghi).

Quindi la risposta alla domanda del titolo è: sì, il metodo bagnato è tecnicamente efficace. Ma se sarà efficace da un punto di vista economico e operativo per la vostra struttura specifica è una questione di audit approfonditi, modellazione e ricerca di compromessi. Nessuna figura già pronta dal catalogo funzionerà qui. È necessario considerare l'intero ciclo di vita: dal costo dell'acciaio inossidabile per lo scrubber alla logistica di rimozione dei fanghi carbonatici. Solo un calcolo del genere mostrerà la vera efficacia.