Solid physical adsorbents (in packe

Solid physical adsorbents (in packed or fluidized adsorbent beds) possess significant advantages for energy efficiency compared with chemical and physical absorption approaches. In the case of adsorbents, however, there may be some practical difficulties in achieving the same heat exchange efficiency in the cycle between the hot and cold sections of the capture process. Whereas CO2 molecules dissolve into the bulk of the material in absorption, CO2 adsorption involves either physisorption (van der Waals) or chemisorption (covalent bonding) interactions between the gas molecules and the surface of a material. The CO2-laden solid is purified in stages using pressure, vacuum, or temperature swing adsorption cycles to remove and concentrate the CO2. Several authoritative review articles have discussed characteristics and examples of physical adsorbents, [12–14, 20, 21,44, 45] so rather than being exhaustive, we will focus on the latest and most promising developments in the field during the past few years. A key concern for physical adsorbents is balancing a strong affinity for removing an undesired component from a gas mixture with the energy consumption required for their regeneration. In addition to the adsorption capacity, the selectivity is a principal property relevant to adsorptive gas separation. While both factors are dependent on the operational temperature and pressure, as well as the nature of the adsorbent and the gas adsorbate, the factors which influence selectivity are more complicated. Possible mechanisms of adsorptive separation include: 1) the molecular sieving effect, which is based upon size/shape exclusion of certain components of a gas mixture; 2) the thermodynamic equilibrium effect, due to preferential adsorbate-surface or adsorbate packing interactions; and 3) the kinetic effect, due to differences in the diffusion rates of different components of a gas mixture. [16] A variety of solid physical adsorbents have been considered for CO2 capture including microporous and mesoporous materials (carbon-based sorbents such as activated carbon and carbon molecular sieves, zeolites, and chemically modified mesoporous materials), metal oxides, and hydrotalcitelike compounds, amongst others. [13] Metal oxides (such as CaO and MgO) are promising capture materials given their ability to retain high adsorption capacities at temperatures above 3008C. [13,46] The operation of the materials can be defined by a carbonation–calcination cycle: the carbonation reaction of CO2 with solid CaO at 600– 650 8C precipitates calcium carbonate (CaCO3), while the reverse calcination reaction regenerates the oxide at 800– 850 8C. On the downside, adsorbent degradation has been observed after several cycles. Improved oxide materials containing lithium, such as Li2ZrO3 and Li4SiO4 have recently attracted attention for their high CO2 adsorption capacities. [47] The class of anionic and basic clays known as hydrotalcites and their derivatives have also been shown to be suitable as CO2 adsorbents for precombustion processes at temperatures as high as 4008C. [13,48] These compounds belong to a family of layered double hydroxide solids with the general stoichiometry M2+ 1!xM3+ x(OH)2Am! x/m·yH2O where the divalent ion is typically Mg2+, the trivalent ion is typically Al3+, and the anion (A) is Cl!, NO3 ! or CO3 2!. The majority of studies have focused on the most inexpensive and common naturally occurring form of hydrotalcites, Mg-Al-CO3, although recent work has demonstrated that the substituted hydrotalcites such as those containing Ga3+ substituted for some fraction of the Al3+ exhibit enhanced CO2 adsorption properties. [49] The “Dry Carbonate Process” is currently in the experimental stages of development and is nearing implementation in postcombustion coal- and natural-gas pilot plants. [50] Here, flue gas mixes with a solid dry powdered carbonate sorbent (e.g., Na2CO3 or K2CO3) in a fluidized bed[8] (in the presence of water) to form the corresponding hydrogen carbonate salt (NaHCO3 or KHCO3). The regenerative decarbonation reaction can be achieved at a relatively low temperature of ca. 1208C.

Kết quả (Việt) 1:

Rắn adsorbents vật lý (trong bữa hoặc fluidized tấm giường) có lợi thế đáng kể cho hiệu quả năng lượng so với phương pháp tiếp cận hấp thụ hóa học và vật lý. Trong trường hợp của adsorbents, Tuy nhiên, có thể có một số khó khăn thực tế trong việc đạt được hiệu quả cùng một trao đổi nhiệt trong chu kỳ giữa nóng và lạnh phần của quá trình chụp. Trong khi co 2 phân tử hòa tan vào phần lớn các vật liệu hấp thụ, hấp phụ CO2 bao gồm physisorption (van der Waals) hoặc chemisorption (liên kết cộng hoá trị) tương tác giữa các phân tử khí và bề mặt của một vật liệu. CO2-laden rắn tinh khiết trong giai đoạn bằng cách sử dụng áp lực, chân không, hoặc nhiệt độ swing chu kỳ hấp phụ để loại bỏ và tập trung các khí CO 2. Một số thẩm quyền xem xét bài viết đã thảo luận về đặc điểm và các ví dụ của vật lý adsorbents, [12-14, 20, 21,44, 45] Vì vậy chứ không phải là đầy đủ, chúng tôi sẽ tập trung vào những phát triển mới nhất và hứa hẹn nhất trong lĩnh vực trong vài năm qua. Một mối quan tâm chính cho vật lý adsorbents cân bằng một mối quan hệ mạnh mẽ để loại bỏ một thành phần không mong muốn từ một hỗn hợp khí với mức tiêu thụ năng lượng cần thiết để tái sinh của họ. Ngoài khả năng hấp phụ, chọn lọc là một tài sản chính có liên quan đến bộ khí tách. Trong khi cả hai yếu tố được phụ thuộc vào nhiệt độ hoạt động và áp lực, cũng như bản chất của sắc và adsorbate khí, các yếu tố có ảnh hưởng đến chọn lọc là phức tạp hơn. Các cơ chế có thể tách bộ bao gồm: 1) có hiệu lực sieving phân tử, mà dựa trên kích thước/hình dạng loại trừ trong một số thành phần của một hỗn hợp khí; 2) tác dụng cân bằng nhiệt, do ưu đãi adsorbate-bề mặt hoặc adsorbate đóng gói tương tác; và 3) có hiệu lực động lực, do sự khác biệt trong tỷ lệ phổ biến của các thành phần khác nhau của một hỗn hợp khí. [16] một số rắn adsorbents vật lý đã xem xét để nắm bắt CO2 bao gồm vật liệu lụa và mesoporous (cacbon dựa trên chất hấp thụ như than và cacbon sàng phân tử, zeolit, và vật liệu sửa đổi về mặt hóa học mesoporous), oxit kim loại và các hợp chất hydrotalcitelike, trong số những người khác. [13] kim loại ôxít (ví dụ như CaO và ôxít magiê) được hứa hẹn chụp tài liệu cho khả năng của mình để giữ lại năng lực cao hấp phụ ở nhiệt độ trên 3008 C. [13,46] hoạt động của các vật liệu có thể được định nghĩa bởi một chu kỳ cacbonat-calcination: phản ứng cacbonat của CO2 với rắn CaO tại 600-650 8 c kết tủa canxi cacbonat (CaCO3), trong khi phản ứng ngược calcination regenerates ôxít tại 800-850 8C. Điểm bất lợi, tấm suy thoái đã được quan sát thấy sau khi một vài chu kỳ. Ôxít cải tiến tài liệu có chứa liti, chẳng hạn như Li2ZrO3 và Li4SiO4 gần đây đã thu hút sự chú ý nhất của khả năng hấp phụ CO2 cao. [47] lớp đất sét anion và cơ bản được gọi là hydrotalcites và dẫn xuất của cũng đã được chứng minh là phù hợp như CO2 adsorbents cho các quy trình precombustion ở nhiệt độ cao như 4008C. [13,48] các hợp chất này thuộc về một gia đình lớp đôi hydroxit chất rắn với chung stoichiometry M2 + 1! xM3 + x (OH) 2 Am! x / m·yH2O nơi ion tương là thường Mg2 +, trivalent ion là thường Al3 +, và anion (A) là Cl!, NO3! hoặc CO3 2!. Phần lớn các nghiên cứu đã tập trung vào không tốn kém và phổ biến hình thức hydrotalcites, Mg-Al-CO3 nguồn gốc tự nhiên, mặc dù tác phẩm gần đây đã chứng minh rằng hydrotalcites nhóm thế chẳng hạn như những người có tên gọi Ga3 + thay thế cho một số phần của triển lãm Al3 + tăng cường CO2 hấp phụ thuộc tính. [49] "khô cacbonat tuïc Ngoaïi leä" là hiện đang trong giai đoạn thử nghiệm phát triển và sắp thực hiện trong postcombustion than - và khí tự nhiên-thực vật thí điểm. [50] ở đây, khói khí hỗn hợp với một rắn khô bột cacbonat sorbent (ví dụ như, Na2CO3 hoặc K2CO3) một fluidized giường Anh [8] (sự hiện diện của nước) để hình thành tương ứng hiđrô cacbonat muối (NaHCO3 hoặc KHCO3). Phản ứng tái sinh decarbonation có thể đạt được ở nhiệt độ tương đối thấp của ca. 1208C.

Kết quả (Việt) 2:

Chất hấp phụ vật lý (dạng đóng gói hoặc tầng sôi giường hấp phụ) có lợi thế đáng kể cho hiệu quả năng lượng so với các phương pháp hấp thụ hóa học và vật lý. Trong trường hợp của các chất hấp phụ, tuy nhiên, có thể có một số khó khăn thực tế trong việc đạt được hiệu suất trao đổi nhiệt cùng trong chu kỳ giữa các phần nóng và lạnh của quá trình chụp. Trong khi đó các phân tử CO2 hòa tan vào trong một khối vật liệu hấp thụ, hấp phụ CO2 liên quan đến hoặc physisorption (van der Waals) hoặc chemisorption (kết cộng hóa trị liên kết) tương tác giữa các phân tử khí và bề mặt của một vật liệu. Các CO2-laden rắn được tinh chế trong giai đoạn sử dụng áp suất, chân không, hoặc nhiệt độ chu kỳ hấp phụ để loại bỏ và tập trung CO2. Một số bài báo tổng quan có thẩm quyền đã thảo luận về đặc điểm và các ví dụ của các chất hấp phụ vật lý, [12-14, 20, 21,44, 45] như vậy chứ không phải là đầy đủ, chúng tôi sẽ tập trung vào những phát triển mới nhất và hứa hẹn nhất trong lĩnh vực này trong vài năm qua . Một mối quan tâm chính đối với các chất hấp phụ vật lý được cân bằng một ái lực mạnh mẽ để loại bỏ một thành phần không mong muốn từ một hỗn hợp khí với mức tiêu thụ năng lượng cần thiết cho sự tái sinh của họ. Ngoài những khả năng hấp phụ, độ chọn lọc là một tài sản chủ yếu có liên quan đến tách khí hút bám. Trong khi cả hai yếu tố phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất hoạt động, cũng như tính chất của các vật liệu hấp phụ và adsorbate khí, các yếu tố ảnh hưởng chọn lọc phức tạp hơn. Cơ chế có thể tách hút bám bao gồm: 1) tác dụng sàng phân tử, mà là dựa trên loại trừ kích thước / hình dạng của các thành phần nhất định của một hỗn hợp khí; 2) tác động cân bằng nhiệt động lực học, do ưu đãi adsorbate mặt hoặc tương tác đóng gói adsorbate; và 3) tác động, do sự khác biệt về tỷ lệ khuếch tán của các thành phần khác nhau của một hỗn hợp khí. [16] Một loạt các chất hấp phụ vật lý chất rắn đã được xem xét để thu giữ CO2 bao gồm cả vật liệu xốp và mao (Chất hấp thụ các-bon như than hoạt tính và vật liệu carbon mao sàng, zeolit, và biến đổi hóa học phân tử), oxit kim loại, và các hợp chất hydrotalcitelike, giữa những người khác. [13] oxit kim loại (như CaO và MgO) đang hứa hẹn vật liệu chụp được khả năng của mình để giữ lại khả năng hấp phụ cao ở nhiệt độ trên 3008C. [13,46] Các hoạt động của các vật liệu có thể được xác định bởi một chu trình cacbonat hóa-nung: phản ứng cacbonat của CO2 với rắn CaO tại 600 650 8C kết tủa canxi cacbonat (CaCO3), trong khi các phản ứng nung ngược lại khả năng tái tạo các oxit ở 800 - 850 8C. Mặt khác, sự xuống cấp chất hấp phụ đã được quan sát thấy sau một vài chu kỳ. Cải thiện vật liệu oxit có chứa lithium, chẳng hạn như Li2ZrO3 và Li4SiO4 gần đây đã thu hút được sự chú ý cho khả năng hấp thụ CO2 cao của họ. [47] Các lớp học của đất sét anion và cơ bản được gọi là hydrotalcites và các dẫn xuất của họ cũng đã được chứng minh là phù hợp như các chất hấp phụ CO2 cho quá trình precombustion ở nhiệt độ cao như 4008C. [13,48] Các hợp chất này thuộc về một gia đình của các lớp chất rắn hydroxit đôi với lượng pháp chung M2 + 1! XM3 + x (OH) 02:00! x / m · yH2O nơi ion hóa trị hai là thường Mg2 +, ion hóa trị ba là thường Al3 +, và các anion (A) là Cl !, NO3! hoặc CO3 2 !. Phần lớn các nghiên cứu đã tập trung vào hình thức tự nhiên rẻ tiền nhất và phổ biến của hydrotalcites, Mg-Al-CO3, mặc dù công việc gần đây đã chứng minh rằng các hydrotalcites thay thế chẳng hạn như những người có chứa GA3 + thay thế cho một số phần của Al3 + triển lãm đặc tính hấp phụ tăng cường CO2 . [49] Các "Process Carbonate khô" hiện đang trong giai đoạn thử nghiệm phát triển và sắp thực hiện trong postcombustion than và nhà máy thí điểm khí đốt tự nhiên. [50] Ở đây, khói thải trộn với một chất hấp thụ khô cacbonat bột rắn (ví dụ, Na2CO3 hoặc K2CO3) trong một tầng sôi [8] (trong sự hiện diện của nước) để tạo thành các muối tương ứng hydro cacbonat (NaHCO3 hoặc KHCO3). Phản ứng decarbonation tái sinh có thể đạt được ở nhiệt độ tương đối thấp của ca. 1208C.