自社ガス排出削減における活性炭の役割

活性炭は、産業排出制御のための重要なツールとして登場しました。, 二酸化炭素(CO_{])などの温室効果ガスを捕獲する優れた吸着能力を活用, 2}]]), メタン(CH[_]]4[[]]]), 揮発性有機化合物(VOC). 炭素排出量を削減するために、マウント圧力のグローバル産業で, 活性化がどのように配置することができるかを理解する - 製造設備のメカニズムと再生成のための重要な技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再生成技術, 再構成, 再構成, 再構成, 再構成, 再構成, 再構成,

活性炭とは?

活性炭とも呼ばれる活性炭は、何百万もの微小孔を生成するために処理される炭の多孔質な形態です。これらの気孔は、材料の表面面積を飛躍的に増加させ、グラムあたり1,000平方メートルを超えるため、人類に知られる最も効率的な吸着剤の1つとなっています。

生産方法

活性炭の基材は、あらゆる炭素物質であることができます。木材、石炭、泥炭、ココナッツシェル、または農業廃棄物。2つの第一次活性化方法が使用されます。

] 物理活性化:[]] 原料は炭酸塩(不活性大気で加熱)、蒸気、二酸化炭素、高温での空気などの酸化ガス(800〜1000 °C)にさらされます。このステップは多孔質構造を作成します。
[化学的活性化:]]]プレカーサーは、低温(450〜900 °C)で加熱される前に、化学剤(例えば、リン酸、亜鉛塩化亜鉛、またはカリウム水酸化物)で含浸されます。化学エッチング孔は、後に洗浄することができます。

プレカーサーおよび活性化方法の選択は最終気孔のサイズ分布、表面化学、および機械的強度を予測します。これにより、温室効果ガスキャプチャ性能が影響します。

重要な物理的および化学的特性

]表面領域と気孔の容積:[高値は、一般的により大きな吸着能力を意味します。
] 孔サイズ分布:] 微小孔(<2 nm)は、CO[_{] 2[}; 溶孔(2〜50 nm) などの小さなガス分子をトッピングするのに理想的で、より高速な拡散を促進します。マクロポーレス(>50 nm) ガス輸送を支援します。
]表面機能グループ:[]酸素含有グループ(例えば、カルボキシル、ヒドロキシル、カルボイル)は、極性のガスの捕獲を高めるために化学的治療を通して導入することができます。
信頼性:]] いくつかの炭素は、熱的にまたは化学的に複数の回再生することができ、ライフサイクルコストを削減します。

企業の温室効果ガス排出量:問題の規模

[U.S.環境保護庁(EPA)[によると、グローバル温室効果ガス排出量の約23%の産業プロセスアカウント。主要情報は次のとおりです。

セメント生産:]] CO₂]]を化石燃料燃焼と石灰岩の焼成から発売しました。
化学製造:] 生成 CO[_]2、CH[₄、および窒化物(N₂O]) 副産物として。
石油・ガス事業:[] 抽出、処理、輸送からのメタン漏れは大きな懸念です。
発電:]石炭火力発電所がCO_2[]]を発し、水銀やVOCの微量をトレースする。

カーボン・キャプチャとストレージ(CCS)技術は、大小のポイント・ソースをターゲットにしていますが、吸着ベース・システムが特に活性炭を使用して、特にコスト効率の高いスケーラブルなソリューションを低濃度に混合ガスが含まれている多くの産業ストリーム。

メカニズム:カーボン・キャプチャーの温室効果ガスを活性化する方法

吸着の基礎

吸着は、ガス分子が活性炭の表面に物理的(長角形)や化学結合を付着させるときに発生します。物理的な吸着は、適度な温度と圧力でほとんどの温室効果ガスに対して可逆性および優勢です。化学吸着(化学吸着)は、より強い結合を伴い、アミン、金属酸化物、または他の反応剤で炭素を含浸することにより、強化することができます。

CO₂]] キャプチャ

CO[[[[_]2]]分子(運動径〜0.33nm)は、マイクロポーで効果的に吸着されます。しかし、効率は温度と部分圧に依存します。後燃焼キャプチャ(例えば、発電所の排ガスから)のために、活性炭は適度な温度(25〜75 °C)とCO₂濃度は10〜15%〜15%の炭素が生成される[FLT]は、炭素が4:FLTF]を含有する。 [FLTF]4:F]

メタン・キャプチャ

メタン(0.38 nm)は、CO_]]の2のグローバル温暖化の潜在的能力を持つ強力な温室効果ガスです。活性炭の疎水性性を好むCH[_]]4[[]]]を水蒸気に吸着し、換気された炭鉱ガス、バイオガス、または天然ガス漏れからメタンを捕捉するのに理想的です。 VOCは、ガスやガスを活性化するガスを燃焼させることができる。

VOC・その他共同利用者

多種工業排出量は、間接的な温室効果ガス(例えば、トポ圏内のオゾンを形成することによって)として作用する揮発性有機化合物を含みます。活性炭の広範囲吸着スペクトルは、CO[_]2[]またはCH[[[_]]]4を同時にVOCの除去を可能にし、全体的な排出制御システムを簡素化します。

排出削減のための活性炭の産業用途

1. セメント産業

セメント工場は、袋内フィルターおよびパックベッドの吸着材で活性炭を使用して、水銀およびトレース有機化合物をキャプチャします。 CO_]]2セメントキルン排気からの除去はまだ発生していますが、パイロットプロジェクトは、より多くのエネルギー集中的な低温学または膜システムの前に活性炭が前コンセントレイターとして役立つことができることを実証しています。

2. 化学製造

植物はエチレン、プロピレン、またはアンモニア、活性炭のスクラブバーを産生する植物で、メタン、エチレン、および他の炭化水素を含むオフガスを処理します。カスタマイズされたカーボングレードの穴のサイズは、温室効果ガスを捕獲しながら、高値の炭化水素を選択的に回復することができます。

3. 発電

石炭火力発電所は、活性炭注射(ACI)を利用して、フルートガスから水銀を除去し、多くの地域で処理された技術が使用されます。また、炭素は、CO₂とVOCを共同燃焼として除去します。「カーボンカーボンカーボン複合材料」の新しい開発は、活性炭モジュールを既存のスクラブシステムに直接統合し、より深いカーボン回収を可能にすることができます。

4. オイル及びガスおよび埋め立てのガス

天然ガス生産中に出るメタンは、活性炭で詰まった圧力スイング吸着(PSA)システムを使用して捕獲することができます。同様に、埋込ガス増量ユニットは、活性炭に依存して水素硫酸化物やシロキサンを除去し、はるかに低い炭素強度を有するパイプライン品質のバイオメタンを収穫します。

活性炭の他排出制御技術の利点

Cost-Effectness:] 活性炭は、一般的に、金属組織のフレームワーク、ゼオライト、アミンスクラブシステムよりも安価で、資本支出と運用コストの両方で。
汎用性:]] 単体カーボングレードは、複数の汚染物質を同時に処理し、別の治療訓練の必要性を減らすことができます。
モージャリティ:] 吸着システムが簡単にスケールアップまたはダウンすることができ、大型CCSプラントが非経済的である中小規模の産業現場に適しています。
低エネルギーペナルティ:[]]]溶剤ベースのキャプチャとは異なり、活性炭PSAシステムは、適度な温度スイングしか必要で、無駄な熱で供給することができます。
再生の可能性:]]] 再生が適切に再生されると、さらにライフサイクル排出量を削減する場合、多くの炭素が数百回再使用することができます。

課題と限界

再生と長寿

熱再生(熱再生は、インサートガス中の500〜900 °Cに加熱)は、吸着能力を回復することができますが、エネルギーを消費し、繰り返しサイクルを経ち、気孔構造を劣化させる可能性があります。化学再生は、排水管理の問題を作成する蒸気や苛性溶液などの溶剤を使用しています。マイクロ波アシストおよび超音波再生の研究は、これらの欠点を減らすことを目指しています。

活性炭生産のカーボンフットプリント

活性炭自体を生産するCO₂を、特に石炭ベースの飼料が使用されるとき。純排出量削減は、この埋め込まれた炭素のために考慮する必要があります。ココナッツシェルや木材廃棄物などの再生式前駆者に切り替えると、全体的な持続可能性バランスを改善することができます。

選択性とモイストの干渉

産業排気の水蒸気は吸着場所のためのターゲットガスと競争できます。疎水性カーボン等級か予備乾燥のステップはこの問題を軽減しますが、複雑性を高めて下さい。CO_の2のために、捕獲は、アミン浸透させたカーボン選択性を高める間湿気の干渉を減らします。

被覆炭素の取扱い

十分に排出されると、活性炭を吸着性有毒化合物(例えば、水銀、重金属)を持っている場合、有害廃棄物として分類することができる。安全な処分またはオフサイト再活性化サービスは、運用コストに追加されます。

未来の方向と革新

バイオベース活性炭

農業残留物(トウモロコシ、ストロー、ライスハスク)、さらには下水汚泥が低炭素化プレカーサーとして探索されています。これらの材料は通常、高酸素含有量を持ち、強化されたCO_]2の機能グループが豊富な炭素表面を作成するために活用することができます。

ナノ構造・ハイブリッド材料

酸化金属(MgO、CaO)や金属組織のフレームワークで活性炭を含浸させると、高容量の高容量化と、選択性の向上が実現するハイブリッド吸着剤が生成されます。例えば、IEAの試験は、CO₂を低熱で生成する間、排ガス温度で回収できるマグネシウム含浸炭を強調表示します。

カーボン・キャプチャと活用(CCU)

捕獲したCO₂:1]を貯えるよりもむしろ、吸着ベッド内の建築材料や化学物質に直接変換することを目指しています。 CO_2[]を捕獲する触媒活性炭はメタノールまたは尿素への変換を触媒作用する分野を表します。

高度なプロセス構成

膜分離または低温学蒸留による活性炭吸着を組み合わせることで、エネルギー消費を削減しながらより高いキャプチャ率(≥95%)を達成することができます。温度スイング吸着(TSA)と圧力スイング吸着(PSA)ユニットは、ベッドのブレークスルーを予測し、自動再生サイクルをスケジュールするために機械学習で最適化されています。

コンテンツ

活性炭は、すでに、発電所の水銀除去から石油およびガス事業におけるメタン回収まで、産業温室効果ガス排出量の削減に重要な役割を果たしています。先行販売、表面工学、再生技術の継続的な革新により、その貢献は大幅に拡大する予定です。厳しい炭素コンプライアンス要件に直面している業界にとって、活性炭は実証済みのスケーラブルで、より持続可能なパスを提供します。