В ТПУ испытали улавливание CO₂ из дымовых газов с помощью газовых гидратов

Ученые Томского политехнического университета разработали и экспериментально проверили способ улавливания углекислого газа из дымовых выбросов с помощью газовых гидратов. Это кристаллические соединения, в которых молекулы воды образуют структуру, способную удерживать молекулы газа.

Для испытаний исследователи получили дымовые смеси при сжигании угля, мазута и природного газа. Смесь подавали в реактор с водой, где формировался гидрат. После удаления непрореагировавшего газа в реактор направляли новую порцию дымовой смеси, чтобы увеличить заполнение гидратной структуры.

Эффективность улавливания CO₂ превысила 92%.. Для продуктов сжигания природного газа показатель достиг 98,2%, мазута — 92,7%, угля — 92%.

Отдельно ученые оценили состав полученных гидратов. Доля углекислого газа в гидрате из продуктов сжигания природного газа составила 95,6%, мазута — 92,6%, угля — 92,2%. Наиболее чистый продукт получили из выбросов природного газа. Гидраты, сформированные из дымовых газов угля и мазута, потребовали дополнительной очистки от примесей.

После регазификации гидрата можно получить концентрированный CO₂ для последующего использования или хранения. По оценке авторов исследования, процесс требует примерно вдвое меньше энергии на единицу массы углекислого газа, чем сопоставимые технологии. Исследователи связывают это в том числе с использованием воды вместо дорогостоящих реагентов.

Сейчас для улавливания углекислого газа применяют абсорбционные, адсорбционные и криогенные методы. Их промышленное использование может сопровождаться высокими энергозатратами, расходом реагентов и коррозией оборудования. Гидратный способ рассматривается как возможная альтернатива, однако приведенные результаты получены в экспериментальных условиях.

Для отрасли переработки и вторичных ресурсов разработка важна в контексте снижения углеродной нагрузки производств, использующих ископаемое топливо. Потенциально технология может применяться на металлургических и перерабатывающих предприятиях с дымовыми выбросами, но испытания непосредственно на таких площадках в представленных материалах не описаны.

На основе экспериментов ученые составили математические уравнения для расчета состава газовой смеси, объема реактора, подачи дымовых газов, температуры и продолжительности разделения CO₂. Эти модели планируется использовать при дальнейшем масштабировании технологии.

В работе участвовали специалисты Инженерной школы энергетики и Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ. Исследование поддержала программа «Приоритет-2030», результаты опубликованы в Journal of Environmental Chemical Engineering.

Фото: ТПУ