湿式 CO2 除去法: 効果的? 

湿式排ガス洗浄、特に CO2 回収の文脈では、多くの人はすぐにノズルとアルカリ溶液を備えた標準的な洗浄装置のイメージを思い浮かべます。しかし、効率とは単に「90% 以上」という数字ではありません。インストールパスポートに記載されています。これは複雑な話で、理論が実際の運用と乖離することが多く、主な判断者はオペレーターと、試薬や汚泥の処理にかかる費用を計算する会計部門です。

「高効率」の裏には何が隠されているのでしょうか？あなたのパスポートには？

技術を提供するほぼすべてのメーカーやエンジニアリング機関は、95 ～ 99% のレベルの吸収効率に関するデータを提供しています。ただし、これらの数値はほとんどの場合、理想的で安定したガス流を備えた実験室条件またはパイロット プラントを指します。実際、大きな火力発電所やセメント工場では、ガスの組成が「踊る」のでは？ — SO2 濃度、粉塵、温度変化。そして、ここからニュアンスが始まります。

たとえば、クラシック湿式法スクラバー内のアミンベース (MEA) は、理論値に近い効率を実際に示すことができます。ただし、それはきれいで冷却され、乾燥した川について話している場合に限ります。実際の不純物、特に酸素を加えると、アミンの制御不能な酸化と分解が始まります。効率はすぐには低下しませんが、徐々に低下します。オペレーターは、同じ精製度を維持するために試薬の消費量が増加することによってのみこれを認識します。それは事故ではありません、それは「静かです」予算を食いつぶす。

したがって、彼らが CO2 回収プロジェクトの依頼で私たちの研究所に来たとき、最初の質問は「どのような効率が必要ですか?」ではなく、「微量不純物を含む入口ガスの正確かつ最悪の場合の組成は何ですか?」ということになります。 「使用済みの溶液や汚泥をどこに置くか?」これらの質問への答えがなければ、宣言された有効性は単なる単なる数字にすぎません。

パンフレットには書かれていない悩み

重要な問題の 1 つは腐食です。アルカリ環境、炭酸塩やアミンの高温溶液、さらには微量の塩化物の存在は、通常の炭素鋼を破壊する理想的な条件となります。プロジェクトでは、6 か月の稼働後に、スプラッシュゾーンの腐食ピットのため、予定外の修理のためにスクラバーを停止しなければならない状況に遭遇しました。当然この時点での効果はゼロだ。高価な合金や特殊なコーティングを敷設する必要があり、プロジェクト全体の経済性が劇的に変化します。

もう 1 つの問題は、持続的な堆積物と塩プラグの形成です。特に石灰スラリーを使用する場合。理論的には、すべてが単純です。Ca(OH)2 が CO2 と反応して、CaCO3 が生成されます。実際には、炭酸カルシウムはノズル、ノズル、熱交換器のチューブに付着します。洗い流すことは効果がありますが、停止する必要があります。停止が不可能な場合はどうなりますか?すると気体と液体の接触面積が減少するため、効率は徐々に低下します。

そしてもちろん、エネルギーコストもかかります。吸収プロセス自体は最もエネルギーを消費するわけではありません。しかし、溶液からの CO2 の脱着 (再生) には膨大な加熱コストが必要です。多くの場合、全営業費用の最大 70% がかかります。効率99%のスクラバーを構築することは可能ですが、火力発電所自体からの蒸気の半分が再生に費やされる場合、企業の全体的な効率はどの程度になるでしょうか?これは行き止まりです。

実際のプロジェクトでの経験: どこで妥協が求められたか

アンモニア プラントのプロジェクトの 1 つは、変換ストリームから CO2 を回収することでした。濃度も高かったですが、温度も高かったです。クラシック湿式法MEA を使用するにはガスを深く冷却する必要があったため、冷蔵庫に多額の資本コストがかかりました。代わりに、彼らは熱カリ洗浄 (K2CO3) を使用するオプションを提案し、それに取り組みました。紙上の吸収効率はより低く、約 85 ～ 90% でした。しかし、巨大な冷却ユニットと凝縮水コレクターを避け、より高い温度で再生が行われるため、別のプロセスの流れからの廃熱を利用することが可能になりました。プラントにとって、この「非効率」の最終的な経済効率は、化学の観点からは、この方法の方が高いことが判明しました。

もう 1 つのケースは、ヨーロッパのサプライヤーからの改良されたアミン溶液を小さなボイラー室で使用する試みでした。この溶液は酸化に対する高い耐性を約束しました。しかし、彼らはロシアの特徴、つまり燃料中の硫黄含有量が高いことを考慮していなかった。 SO2 は、前のステップで完全には捕捉されなかった微量であっても、アミンと不可逆的に結合し、熱に安定な塩を形成します。試薬はその活性を回復不能に失いました。残念なことに、このプロジェクトは仕様に達しませんでした。前処理システムを変更する必要があり、再び経済に打撃を与えました。

代替ソリューションとハイブリッド ソリューション

最近では、「乾式」法、膜、吸着剤について多くの話題が取り上げられています。しかし、エネルギーや冶金などの大規模産業では、湿式法スケーラビリティと洗練さの点でこれまでのところ他の追随を許しません。もう1つは、純粋な形ではなく、ハイブリッド回路の一部として使用されることが増えていることです。

例えば、第 1 段階では乾式または半乾式で粗洗浄と冷却を行い、第 2 段階ではスクラバーでの精密洗浄を行います。あるいはその逆も同様で、最初に湿式スクラバーで大部分の不純物と CO2 を除去し、次に吸着剤で研磨します。このような設計では、1 台の「スーパー スクラバー」ですべてを一度に実行する場合よりも、システム全体の効率が向上し、運用コストが低くなります。

自社のテクノロジーを積極的に宣伝している中国人の同僚は興味深い経験をしています。たとえば、デザイン研究所成都宜之科技有限公司(Huaxi Technology によって設立) は、産業向けソリューションにおいて、古典的なスクラバーと熱回収システムおよび高度な自動化を組み合わせて、負荷に応じて試薬消費をリアルタイムで最適化することがよくあります。彼らのウェブサイトでyzkjhx.ruこのような複雑なプロジェクトの説明を見つけることができます。彼らのアプローチは、いかなるコストを払ってでも最大の吸収効率を追求するのではなく、回収率と全体コストの間の最適なバランス点を追求することです。より大人っぽく実用的な印象です。

では、湿式法は効果があるのでしょうか？最終的な考慮事項

効率は多面的な概念です。物質移動のための気液接触技術として、湿式 CO2 除去法は非常に効果的であり、数十年にわたって実証されています。完成した「箱詰め」はどのように行われますか?どの企業にとってもテクノロジーはそうではありません。これは、特定の条件に合わせて非常に正確に選択して構成する必要があるツールです。

その主な利点は、高いユニット出力、信頼性 (適切な設計と材料による)、およびプロセスの予測可能性です。主な欠点は、耐食性材料の資本コストが高いこと、再生のための運転コストが高いこと、および廃棄物 (液体またはスラッジ) の問題です。

したがって、タイトルの質問に対する答えは次のとおりです。はい、湿式法は技術的に効果的です。しかし、それが特定の施設にとって経済的および運用上の観点から効果的であるかどうかは、綿密な監査、モデル化、妥協点の発見の問題です。ここでは、カタログからの既製のフィギュアは機能しません。スクラバー用のステンレス鋼のコストから炭酸スラッジを除去する物流に至るまで、ライフサイクル全体を考慮する必要があります。そのような計算のみが真の有効性を示します。