Производство

В промышленных количествах диоксид углерода выделяется из дымовых газов или получается как побочный продукт химических процессов, например, при разложении природных карбонатов или производстве алкоголя. Смесь полученных газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании или при пониженном давлении разлагается, высвобождая углекислоту. В современных установках получения углекислого газа вместо гидрокарбоната чаще применяется водный раствор моноэтаноламина, который при определенных условиях способен абсорбировать CO2, содержащийся в дымовом газе, а при нагреве отдавать его.

Также углекислый газ получают на установках разделения воздуха, как побочный продукт получения чистого кислорода, азота и аргона.

В зависимости от концентрации углекислого газа его источники условно можно разделить на три группы.

Первую группу составляют источники сырья, из которых можно производить чистый диоксид углерода без специального оборудования для повышения его концентрации. В эту группу входят:

  • газы химических и нефтехимических производств с содержанием 98–99 % CO2;
  • газы спиртового брожения с 98–99 % CO2;
  • газы из естественных источников с 92–99 % CO2.

Вторую группу формируют источники сырья, использование которых обеспечивает получение чистого диоксида углерода методом фракционной конденсации.

К этой группе относят газы некоторых химических производств с содержанием 80–95 % CO2.

Для извлечения углекислоты из газов первой и второй группы предназначены установки рекуперации CO2. Газы, получаемые в процессах брожения при производстве спирта или пива, представляют собой практически чистый углекислый газ, содержащий водяные пары и следы органических соединений (сернистый ангидрид, сероводород, сивушные масла и альдегиды), легко отмываемые водой. Содержание двуокиси углерода в экспанзерных газах зависит от типа технологических процессов химических производств и может составлять до 99,9 %. Остальной объем занимают пары воды и низкокипящие примеси, преимущественно водород. Эти установки оснащаются системой ректификационной (дистилляционной) очистки.

В третью группу включены источники сырья, использование которых дает возможность производить чистый диоксид углерода только с помощью специального оборудования. В эту группу входят:

  • продукты сгорания углеродсодержащих веществ, например, природного газа, жидкого топлива, кокса в котельных, газопоршневых и газотурбинных установках с содержанием 8–20 % CO2;
  • отходящие газы известковых и цементных заводов с 30–40 % CO2;
  • колошниковые газы доменных печей с 21–23 % CO2;
  • биогаз и свалочный газ из биореакторов с 30–45 % CO2;
  • сопутствующие газы при добыче природного газа и нефти с содержанием 20–40 % CO2.

При использовании источников сырья третьей группы чаще всего применяются углекислотные станции абсорбционно-десорбционного типа с жидкими химическими абсорбентами. Это один из основных промышленных способов получения чистого CO2. Наиболее распространенным сырьем для производства двуокиси углерода являются дымовые газы, а природный газ считается оптимальным источником сырья. При сжигании природного газа в дыме отсутствуют соединения серы и механические примеси.

Типичная схема получения СО2 выглядит так: обогащенный пар CO2 поступает в скрубберы, где оделяются механические примеси и тяжелые углеводороды. Газ сжимается и прогоняется через очиститель, в котором удаляются влага и нежелательные газы.