Химики создали технологию очистки газовых смесей от углекислого газа

Ученые Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева и Нижегородского государственного технического университета им. Н. И. Алексеева (НГТУ) разработали новую технологию газоразделения, позволяющую производить очистку газовых смесей от двуокиси углерода. Специалисты предложили использовать особые кристаллические соединения — газовые гидраты, способные впитывать углекислый газ в объеме, в 170 раз превышающем собственный.

За прошедшее столетие концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере увеличилась почти вдвое, что привело к ощутимому повышению температуры на планете.

Сейчас для улавливания углекислого газа, который выделяют ТЭЦ, чаще всего применяют химическую адсорбцию. Особое внимание отрасли привлекают и потенциальные альтернативы, такие как мембранная сепарация газа, криогенная дистилляция, адсорбция под давлением и абсорбция жидкости.

В новой работе исследователи из РХТУ и НГТУ экспериментировали с еще одним решением — технологией газовой кристаллизации. Так, при изменении давления и температуры, а также наличия определенных добавок в газовой смеси образуются кристаллические соединения, впитывающие углекислый газ.

Новый гибридный метод с использованием газовых гидратов при участии поверхностно-активных веществ (ПАВ) и соли бромида тетрабутиламмония (TBAB) позволит очистить воздух и получить качественный химический продукт в виде чистой углекислоты.

«Уникальность нового метода в том, что газовый гидрат обладает высокой емкостью и селективностью. Поэтому единичный объем газового гидрата способен вмещать в себя до 170 объемов газа», — рассказал научный руководитель исследования, профессор, доктор технических наук, и. о. ректора РХТУ Илья Воротынцев.

Ученые использовали модульную газовую смесь, имитирующую воздух в ТЭЦ, два распространенных ПАВ Tween80 и SDS, которые испытывались в различных концентрациях и интенсифицировали все переходные процессы за счет увеличения площади контакта газовой среды с поверхностью гидратообразователей, а также соль TBAB, позволяющую снижать давление в смеси в 5—7 раз. Эксперименты проводились в реакторе периодического действия.

Разрушение газовых гидратов в ходе экспериментов происходило во время нагрева смеси: высвобождались упомянутые 170 объемов CO2 и происходил резкий скачок давления.

Этот перепад также можно использовать в практических целях, в том числе для снижения нагрузок на компрессорные установки. При этом сам углекислый газ получился уже чистым, готовым к транспортировке, хранению, дальнейшему использованию и любой последующей трансформации.

Эффективность нового метода очистки может быть предельно высокой, однако у него есть экономическое ограничение, которое еще предстоит преодолеть, пояснил Илья Воротынцев. Ученые продолжат работу по экономической оптимизации новой технологии.

« Наша задача — забрать те выбросы, которые производят предприятия, и превратить их в товарный продукт. По моему глубокому убеждению, CO2 должен трансформироваться в другие химические продукты, которые будут использоваться в дальнейших технологических цепочках, а не загрязнять атмосферу.

Это могут быть метиловый спирт, этиловый спирт и другие продукты. Также существуют и разрабатываются новые технологии физической сорбции — улавливания углерода с помощью особых твердых сорбентов (MOF, metal organic frameworks).

Потом при десорбции эти MOF могут использоваться как аккумуляторы CO2 для улучшения роста агропромышленных культур. Применяются и различные мембранные методы, в том числе разработки нашего коллектива, пусть пока они и не нашли ещё массового применения», — заключил Илья Воротынцев.

Результаты исследования опубликованы в журнале Separation Science and Technology

• #Химия