탄소는 탄소 산화물 (CO]]2]), 메탄 (CH]]4]]]]2]2]4]]]), 휘발성 유기 화합물(VOCs)과 같은 온실 가스를 캡처하는 데 탁월한 흡착 능력을 활용한 산업용 배출 제어를위한 중요한 도구로 출현했습니다. 탄소 배출량을 줄이기 위해 장착 압력 하에서 글로벌 산업을 통해 탄소 배출량을 줄이는 방법을 이해하는 것은 환경 공학, 환경 및 환경 관리에 필수적인 구성 요소입니다.

활성탄은 무엇입니까?

활성화된 탄소는, 또한 활성화한 목탄으로 알려져 있는, 탄소의 높게 다공성 모양 현미경 숨구의 수백만을 창조하기 위하여 가공됩니다. 이 숨구멍은 극적으로 물자의 표면 지역을 증가합니다 - 그램 당 1,000 평방 미터를 초과하는 것을 - 인간성에 알려진 가장 능률적인 흡착제의 한개.

생산 방법

활성화된 탄소를 위한 기본 물자는 어떤 탄화수소 물질일 수 있습니다: 나무, 석탄, 완두, 야자열매 포탄, 또는 농업 낭비. 2개의 1 차적인 활성화 방법은 이용됩니다:

  • Physical 활성화: 원료는 탄소화 (활성 대기에서 가열) 그리고 그 후에 증기, 이산화탄소, 또는 고열 (800-1000 °C)에 공기와 같은 산화 가스에 드러내. 이 단계는 다공성 구조를 창조합니다.
  • 화학 활성화:] 전복은 화학 대리인 (예를들면, 인산, 아연 염화물, 또는 칼륨 수산화물)로 낮은 온도 (450-900 °C)에서 가열하기 전에 임신됩니다. 화학 물질 외피는 나중에 세척될 수 있습니다.

Precursor와 활성화 방법의 선택은 최종 pore 크기 배급, 표면 화학 및 온실 가스 붙잡음 성과에 영향을 미치는 기계적인 힘을 dictates.

핵심 물리적 및 화학적 특성

  • 표면과 포어 볼륨: 고가 값은 일반적으로 더 큰 흡착 용량을 의미한다.
  • ]Pore 크기 분포 : Micropores (<2 nm)는 CO]2]와 같은 작은 가스 분자를 덫을 놓는 데 이상적입니다. mesopores (2-50 nm)는 더 빠른 확산을 촉진합니다. (> 50 nm) 가스 수송에 도움을줍니다.
  • 표면 기능 그룹: 산소 함유 그룹 (예: carboxyl, hydroxyl, carbonyl)는 극성 가스의 캡처를 강화하기 위해 화학 처리를 통해 도입 될 수 있습니다.
  • 재질: 일부 탄소는 열 또는 화학적으로 재생된 여러 번, 수명주기 비용을 낮출 수 있습니다.

산업 온실 가스 배출 : 문제의 범위

U.S. Environmental Protection Agency (EPA)]에 따르면, 글로벌 온실 가스 배출량의 약 23%의 산업용 공정 계정. 주요 소스는 다음과 같습니다.

  • Cement 생산: CO]2]] 화석 연료 연소와 석회석의 calcination에서 릴리스.
  • 화학 제조: CO]2]], CH]4, 질소 산화물 (N2O]) 부산물로 생산.
  • 올일 및 가스 작업: 메탄 누설 추출, 처리, 수송은 주요 관심사입니다.
  • 전력 세대: 석탄 연소 식물 방출 CO2, 뿐만 아니라 수은 및 VOCs의 추적량.

탄소 캡처 및 저장 (CCS) 기술 대상 대형 포인트 소스, 많은 산업 스트림은 흡착 기반 시스템을 사용하여 흡착 기반 시스템을 사용하여 낮은 농도에서 혼합 가스를 포함하지만, 비용 효율적인 확장 솔루션.

기계장치: 탄소 붙잡음 온실 가스를 활성화하는 방법

흡착 펀드

흡착은 가스 분자가 물리적 (밴더 와발) 또는 화학 채권을 통해 활성 탄소의 표면에 부착 할 때 발생합니다. 물리적 흡착은 온건한 온도 및 압력에서 대부분의 온실 가스에 대한 역전성 및 지배적이다. 화학 흡착 (화학 흡착)은 더 강한 접합을 포함하고 아민, 금속 산화물, 또는 다른 민감하는 대리인과 탄소를 함침하여 강화 될 수 있습니다.

CO2 캡처

CO2 분자(kinetic diameter ~0.33 nm)는 미세포스에서 효과적으로 흡착되어 있습니다. 그러나 효율성은 온도와 부분 압력에 따라 다릅니다. 포스트 연소 캡처 (예 : 발전소 굴뚝 가스에서)의 경우 활성탄은 온건한 온도 (25 ~ 75 °C) 및 CO2 [ 10] (FLT:3)] (FLT:3)] (FLT:7]) (FLT:3) (FLT:3) (FLT:3)) : 5] (FLT:7]) (FLT:0]) : 5 (FLT:4))) (FLT:4FLT:7]) (FLT:4FLT:3]) (FLT:3]) (FLT:3]) (FLT:3]) (FLT:3]) (FLT:3]) (FLT:3]) (FLT:3]) (FLT:3]) (FLT:3]) (FLT:3])

Methane 캡처

Methane (0.38 nm)는 CO]2]의 세계적인 온난화 잠재력을 가진 유력한 온실 가스입니다. 활성화된 탄소의 소수성 성격은 CH4]를 물 증기에 흡착하고, 송풍한 석탄 광산 가스, biogas, 또는 천연 가스 누출에서 메탄을 포착하기에 이상적입니다. 또한, VOCane은 탄소 손상을 제거하고, 손상을 제거할 수 있습니다.

VOCs 및 기타 Co-Pollutants

많은 산업 배출은 비옥한 유기 화합물을 포함해 간접적인 온실 가스 (예를들면, troposphere에서 오존 형성에 의하여). 활성화된 탄소의 넓은 흡착 스펙트럼은 CO]2]24를, 전반적인 방출 통제 체계를 간단하게 하는 VOCs의 동시 제거를 허용합니다.

Emission Reduction 용 활성탄의 산업 응용

1. 시멘트 기업

시멘트 식물은 부대 집 여과기에 있는 활성화한 탄소를 이용하고 수은과 추적 유기 화합물을 붙잡기 위하여 포장하 침대를 포장했습니다. CO ] 2] 시멘트 킬른 배기에서 제거는 아직도 신생하고, 조종사 프로젝트는 활성화한 탄소가 에너지 집중적인 cryogenic 또는 막 체계의 앞에 전 농도로 봉사할 수 있다는 것을 입증했습니다.

2. 화학 제조

식물에서 에틸렌, 프로필렌, 또는 암모니아, 활성화된 탄소 스크러버는 메탄, 에틸렌 및 다른 탄화수소를 포함하는 가스를 대우했습니다. 꼬리를 가진 주문을 받아서 만들어진 탄소 급료는 온실 가스를 포착하는 동안 더 높은 가치 탄화수소를 선정할 수 있습니다.

3. 힘 발생

석탄 연소 발전소는 활성화한 탄소 주입 (ACI)를 이용합니다 많은 지역에서 유동 가스에서 수은을 제거하는. 탄소는 또한 몇몇 CO ] 2]를 제거하고 공동 이익으로 VOCs를 제거합니다. “탄소 화합물”에 있는 새로운 발달은 빨리 탄소 단위를 활성화할 수 있어 더 깊은 탄소 붙잡음을 위한 기존하는 수세공 체계로 직접 통합될 수 있습니다.

4. 기름 & 가스 및 매립 가스

천연 가스 생산 중에 방출 된 메탄은 활성탄으로 포장 된 압력 스윙 흡착 (PSA) 시스템을 사용하여 캡처 할 수 있습니다. 마찬가지로, 매립 가스 업그레이드 장치는 수소 황화물 및 사일록산을 제거하기 위해 활성탄을 재빨리 강화하고 훨씬 낮은 탄소 강도를 가진 파이프라인 품질의 바이오 메탄을 생산합니다.

다른 배출 통제 기술에 활성화된 탄소의 이점

  • Cost- effectiveness: 활성탄은 금속 무기 프레임, 중등, 또는 아민 스크럽 시스템보다 일반적으로 저렴하며, 자본 지출과 운영 비용 모두.
  • Versatility: 단일 탄소 등급은 여러 오염 물질을 동시에 처리할 수 있으며, 별도의 치료 열차에 필요한 감소를 제공합니다.
  • 모더니티: 흡착 시스템은 확장되거나 쉽게 할 수 있으며, 대형 CCS 식물이 네코믹 인 소형 산업용 사이트에 적합한 작은 중간 산업용 사이트를 만들기에 적합합니다.
  • Low energy 처벌: 용 매 기반 캡처와 달리, 활성 탄소 PSA 시스템은 중온의 스윙을 필요로하고 폐열에 의해 구동 될 수있다.
  • 재생 잠재력: 많은 탄소는 제대로 재생되는 경우에 수백 번의 재사용 될 수 있습니다, 더 낮은 수명주기 배출.

도전과제

재생과 장수

열 재생 (내부 가스에 있는 500-900 °C에 가열) 흡착 수용량을 복원할 수 있고 또한 에너지를 소비하고 반복한 주기에 pore 구조를 degrade 할지도 모릅니다. 화학 재생은 증기 또는 염기성 해결책 같이 용매를, 폐수 관리 문제점을 창조합니다. 전자 레인지 아시스트로 연구하고 초음파 재생은 이 drawbacks를 감소시키기 위하여 돕습니다.

활성탄 생산의 탄소 발자국

활성탄 자체가 CO]2]를 출시하여 석탄기반의 Feedstock가 사용되었을 때 특히, 이 내장탄의 순 방출 감소를 고려해야 합니다. 코코넛 쉘이나 목재 폐기물과 같은 재생 가능 전구체로 전환하면 전반적인 지속 가능성 균형을 향상시킬 수 있습니다.

선택성 및 습기 방해

산업용 배기가스는 흡착 부위에 대상 가스를 공급할 수 있습니다. 소수성 탄소 등급 또는 예비 건조 단계는이 문제를 완화하고 복잡성을 증가시킵니다. CO]2] 캡처를 위해서는 선택성을 높일 때 amine-impregnated carbons는 습기 방해를 감소시킵니다.

뱀 탄소의 취급

완전히 배출되면 활성탄을 유해 폐기물로 분류 할 수 있습니다. 유해 화합물 (예 : 수은, 중금속). 안전한 처리 또는 오프 사이트 반응 서비스 운영 비용을 추가합니다.

미래 지향과 혁신

Bio-Based 활성탄

농업 잔류물 (코코브, 짚, 쌀 껍질) 및 심지어 하수 슬러지 낮은 탄소 전구로 탐구되고있다. 이 자료는 일반적으로 향상된 CO[FLT : 0]]]2[[FLT :1]] 캡처 기능 그룹에서 탄소 표면을 풍부하게 만들 수있는 높은 산소 함량을 가지고 있습니다.

나노 구조 및 하이브리드 재료

금속 산화물 (예: MgO, CaO) 또는 금속 무기 프레임 워크를 가진 활성화된 탄소를 임신시키는 것은 개량한 선택성을 가진 고용량을 결합하는 잡종 흡착제를 창조합니다. 예를 들면, IEA 학문 는 이산화탄소]]를 붙잡을 수 있는 마그네슘 임신한 탄소를 강조합니다 2는 낮은 열 급료로 재생되는 동안 굴뚝 가스 온도에 유동합니다.

통합 탄소 캡처 및 활용 (CCU)

캡처 된 CO2]를 저장하는 것보다, 일부 프로젝트는 흡착 침대 내에서 건축 자재 또는 화학 물질로 직접 변환하는 것을 목표로합니다. 촉매는 CO2]를 캡처하고, 메탄올 또는 urea로 변환을 촉매로 촉구하고 있습니다.

고급 프로세스 구성

막 별거 또는 cryogenic 증류를 가진 활성화된 탄소 흡착은 에너지 소비를 감소시키기 동안 더 높은 붙잡음 비율 (≥95%)를 달성할 수 있습니다. 온도 그네 흡착 (TSA)와 압력 그네 흡착 (PSA) 단위는 침대 돌파와 일정 재생 주기를 자동적으로 예측하기 위하여 기계 학습과 낙관됩니다.

관련 기사

탄소 활성화는 이미 석유 가스 가동에 있는 메탄 붙잡음에 있는 발전소에서 수은 제거에서 산업 온실 가스 배출량을 감소시키기에 있는 중요한 역할을 합니다. 전수 선별, 지상 기술설계 및 재생 기술에 있는 지속적인 혁신으로, 그것의 기여는 현저하게 확장하기 위하여 놓입니다. 더 엄격한 탄소 수락 요구에 직면하는 기업을 위해, 활성화된 탄소는 입증된, 확장할 수 있고, 점점 지속 가능한 경로 앞으로 제안합니다.