3-D друкований пристрій демонструє розширене захоплення викидів вуглекислого газу

Дослідники Національної лабораторії Дубового хребта Департаменту енергетики розробили та додатково виготовили перший у своєму роді алюмінієвий прилад, що сприяє захопленню вуглекислого газу, що виділяється з установок викопного палива та інших промислових процесів.

Рішення щодо зменшення глобальних викидів парникових газів, що утримують тепло, таких як СО2 вирішити питання щодо постійного використання недорогих побутових ресурсів викопного палива, пом'якшуючи при цьому можливі кліматичні наслідки.

Пристрій ORNL зосереджується на ключовій проблемі у звичайному поглинанні вуглецю з використанням розчинників: процес, як правило, виробляє тепло, що може обмежувати його загальну ефективність. Використовуючи виробництво добавок, дослідники змогли створити багатофункціональний пристрій, який значно підвищує ефективність процесу за рахунок видалення зайвого тепла, зберігаючи при цьому низькі витрати.

Поглинання, один з найбільш часто використовуваних та економних методів захоплення СО2, розміщує потік димових газів із димових труб у контакті з розчинником, таким як моноетаноламін, відомий як МЕА, або іншими аміновими розчинами, які можуть реагувати з газом.

Команда випробувала новий круговий пристрій, який інтегрує теплообмінник із обмінним контактором, всередині 1-метрова заввишки 8-дюймовою поглинальною колоною, що складається з семи комерційних пакувальних елементів з нержавіючої сталі. 3-D друкований посилений пристрій був встановлений у верхній половині стовпця між елементами упаковки.

Додаткове виробництво дозволило мати теплообмінник всередині колони, як частину пакувальних елементів, не порушуючи геометрію, тим самим максимізуючи площу контактної поверхні між потоками газу та рідини.

"Ми називаємо пристрій посиленим, оскільки він забезпечує посилену передачу маси (кількість CO2 переводиться з газу в рідкий стан) через охолодження на місці ", — сказав Костас Цуріс, один із провідних дослідників проекту ORNL." Контроль температури поглинання має вирішальне значення для захоплення вуглекислого газу ".

Коли СО2 взаємодіючи з розчинником, він виробляє тепло, яке може зменшити здатність розчинника реагувати з СО2. Зменшення цього локалізованого стрибка температури в колоні через охолоджуючі канали сприяє підвищенню ефективності СО2 захоплення.

"До розробки нашого 3-D друкованого пристрою було важко втілити концепцію теплообмінника в СО2 поглинаюча колона через складну геометрію елементів упаковки колони. За допомогою тривимірного друку масообмінник та теплообмінник можуть співіснувати в межах одного багатофункціонального інтенсифікованого пристрою ", — сказав головний дослідник проекту ORNL Xin Sun.

Вбудовані канали охолоджуючої рідини додавали всередину гофрованих листів пакувального елемента, щоб забезпечити можливість теплообміну. Кінцевий прототип вимірював 20,3 сантиметра в діаметрі, 14,6 сантиметра у висоту, загальною ємністю рідини 0,6 літра. Алюміній був обраний в якості вихідного матеріалу для посиленого пристрою через його чудову друкарність, високу теплопровідність та міцність конструкції.

"Пристрій також можна виготовити за допомогою інших матеріалів, таких як нові полімери та метали з високою теплопровідністю. Додаткові способи виготовлення, такі як 3-D друк, часто є економічно вигідними, оскільки потрібно менше зусиль та енергії для друку деталі порівняно з традиційним виготовленням методи », — сказав Лонні Лав, провідний науковий співробітник ORNL, який розробив пристосований пристрій.

Прототип продемонстрував, що він здатний істотно посилити захоплення діоксиду вуглецю розчином аміна, який був обраний тому, що він високо реагує на СО2.

У результатах, опублікованих у Журнал AIChE, Дослідники ORNL провели два окремі експерименти — один, який змінював СО2, що містить витрату газу та та, яка змінювала швидкість потоку розчинника MEA. Експерименти мали на меті визначити, які умови експлуатації принесуть найбільшу користь ефективності захоплення вуглецю.

Обидва експерименти призвели до значних поліпшень швидкості захоплення вуглецю і продемонстрували, що величина захоплення постійно залежала від швидкості потоку газу. Дослідження також показало пік захоплення при 20% концентрації вуглекислого газу, при цьому відсоток збільшення швидкості захоплення становить від 2,2% до 15,5% залежно від умов експлуатації.

"Успіх цього тривимірного друкованого посиленого пристрою представляє безпрецедентну можливість в подальшому підвищенні ефективності поглинання вуглекислого газу і демонструє доказ концепції", — сказало НД.

Майбутні дослідження будуть зосереджені на оптимізації робочих умов та геометрії пристроїв для отримання додаткових удосконалень у процесі поглинання вуглецю.

Facebook Comments