Дешеві технології утилізації CO з димового газу? 

Коли чуєш про дешеві? Методи уловлювання CO, відразу хочеться запитати: а що вважати дешевим? Нуль витрат? Чи просто дешевше, ніж конверсія у метанол? У галузі часто плутають здешевлення експлуатації з здешевленням капвкладень. Мій досвід підказує, що якщо йдеться саме про димові гази, де концентрація CO може плавати від одиниць до десятків відсотків, а поряд повно азоту та вологи, то ?дешевизна? часто виявляється міфом, якщо не брати до уваги варіантів з прямим допалом для тепла. Але навіть тут не все просто.

Ключова помилка: дешево? значить? просто?

Багато замовників, особливо на невеликих виробництвах, приходять із запитом: "Нам потрібно утилізувати CO з газів, що відходять, бюджет обмежений". Мають на увазі, як правило, встановлення каталітичного дожигателя. Так, це відносно недорого з обладнання. Але коли починаєш рахувати, вилазять деталі. По-перше, якщо CO у суміші менше 0.5-1%, його часто вже не вигідно допалювати з підведенням палива — енерговитрати з'їдають усю економію. По-друге, склад газу. Сірка, пил, фосфор - звичайні супутники димових газів металургії або сміттєспалювання. Вони вбиваютьдешевий каталізаторза місяці, а то й тижні. Говориш про необхідність дорогого багатоступеневого очищення — і бачиш, як згасає інтерес. Виходить, дешева технологія впирається у дорогу підготовку. Це перший камінь спотикання.

Був у нас проект газу з феросплавної печі. CO близько 12%, здавалося б, чудова концентрація для утилізації. Але там був пил із вмістом цинку та лужних металів. Стандартні адсорбенти на основі цеолітів або навіть мідно-цинкові каталізатори швидко втрачали активність. Довелося проектувати електрофільтр та скрубер мокрого очищення, що збільшило вартість установки у півтора рази. Клієнт відмовився, вирішили просто розсіювати через високу трубу. Економія? Тільки на папері і лише у короткостроку.

Тому моє перше правило: дешева технологія починається з точного та чесного аналізу газу протягом тривалого періоду. Не одноразового виміру, а моніторингу. Інакше всі розрахунки летять у тартарари.

Адсорбційні методи: де прихована реальна вартість?

PSA (короткоциклова адсорбція) часто рекламується якефективне рішеннядля виділення CO. Технологія, у принципі, відпрацьована. Але її дешевизна? для димових газів – питання спірне. Основна стаття витрат – не самі адсорбери, а попередня осушка. CO2 та водяна пара конкурують з CO за активні центри адсорбенту, різко знижуючи його ефективність. Значить, потрібен серйозний блок осушки, часто із глибоким охолодженням. Це енерговитратно.

Працювали з установкою на одному з китайських хімічних заводів, проект курирувала Chengdu Yizhi Technology Co. Їхні фахівці пропонували комбіновану схему: абсорбція моноетаноламіном для видалення основного обсягу CO2, потім адсорбційна осушка, і тільки потім PSA на вуглецевих молекулярних ситах. За розрахунками, це давало прийнятну собівартість виділеного CO. Ключовим було використання рекуперації тепла з інших процесів заводу для регенерації адсорбентів. Без цього ?безкоштовного? тепла економіка ставала хиткою.

Цікавий момент відYizhi Technology: вони наголошували на кастомізації циклів адсорбції під конкретний, ?брудний? профіль газу. Чи не брали готові рішення з каталогу, а моделювали процес. Це якраз та деталь, яка відрізняє проектну роботу від продажу обладнання. На їх сайті можна знайти кейси, але там, звичайно, все подано більш гладко, ніж у реальності з її нескінченними пуско-наладками.

Каталітичні перетворення: не лише допалення

Чому всі думають лише про окиснення до CO2? Є реакції, наприклад, гідрування до метану (метанування) або синтез Фішера-Тропша. Але вони потребують водню. Звідки його брати дешево? Якщо поруч є джерело, наприклад, лужний електроліз, можна розглядати. Але знову упираємося в комплексну логістику та вартість H2.

Пробували розглядати варіанткаталітичного окисненняз рекуперацією тепла для утилізатора котла. Технічно – робоча схема. Але економіка сильно залежить від стабільності тиску та витрати газу. На одному з цементних заводів коливання у роботі печі призводили до того, що котел то працював на проектній потужності, то просто ганяв повітря. Тепло знімалося нерівномірно, паровий цикл працював із перебоями. Дешевий, начебто, спосіб утилізації тепла перетворювався на головний біль для експлуатаційників.

Ще один тонкий момент – вибір каталізатора. Дешевий мідно-хромовий каталізатор працює у вузькому температурному вікні і боїться зайвого? кисню. Дорогий платиновий — стійкіший, але його крадіжка стає реальним ризиком на деяких майданчиках. Це та практична нісенітниця, про яку у статтях не пишуть.

Біотехнологічні підходи: майбутнє чи нішеве рішення?

Чув про досвід використання карбоксидотрофних бактерій, що поглинають CO. Звучить футуристично і "дешево", адже бактерії нібито самі розмножуються. Але в житті — величезні біореактори, які потребують суворого контролю за температурою, pH, подачею поживних речовин. І головне - що робити з біомасою? Її також треба утилізувати.

Бачив одну дослідну установку на лісопереробному комбінаті. Брали газ із котла на деревних відходах. Проблема була в інгібіторах – смоли та феноли пригнічували культуру бактерій. Система очищення перед біореактором за вартістю зрівнялася із самим реактором. Проект затих на стадії пілотних випробувань. Висновок: такі методи поки що для дуже чистих та стабільних потоків газу, яких у реальній промисловості майже не буває.

Інтеграція в процес: єдиний шлях до дешевизни?

На моє глибоке переконання,дешева утилізація CO- Це не окрема установка, а вшита в технологічний цикл підприємства опція. Найвдалішим прикладом, який я бачив, є використання CO як відновник у тій же металургії або для карбонілювання в хімічному синтезі. Тобто не утилізація, а корисне використання без кардинальної обробки потоку.

Наприклад, на одному із заводів з виробництва оцтової кислоти потік димового газу з підвищеним вмістом CO після очищення підмішували до основного сировинного синтез-газу. Це зажадало тонкого налаштування каталізатора та додаткового моніторингу, але дозволило заощадити на сировині. Ініціатором доопрацювань виступала проектна команда, у тому числі із залученням інженерів із Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd. – це проектний інститут, створений Chengdu Huaxi Chemical Technology Co., Ltd. Їхня роль була саме в адаптації технології під існуючу інфраструктуру, а не у продажу ?коробкового? рішення.

Підсумок мій такий: шукати чарівну дешеву технологію? безглуздо. Потрібно дивитися на конкретний газ, на конкретний завод, на його енергетичний та матеріальний баланс. Іноді найдешевший спосіб - це підвищити ефективність основного процесу, щоб CO утворювалося менше. А іноді – вкластися в очищення та продавати CO як товарний продукт. Все упирається в деталі, які видно лише при зануренні у проблему. Решта – розмови на конференціях.