1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Мембраны и мембранные технологии
  4. T. 13, № 5, 2023

Мембраны и мембранные технологии, 2023, T. 13, № 5, стр. 380-392

Деоксигенация абсорбента CO2 на основе моноэтаноламина в мембранных контакторах газ–жидкость с применением композиционных мембран

Д. О. Калмыков a, *, С. А. Широких a, Д. Н. Матвеев a, Т. С. Анохина a, С. Д. Баженов a

a Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук
119991 Москва, Ленинский пр., 29, Россия

* E-mail: denis.kalmykov@ips.ac.ru

Поступила в редакцию 26.04.2023
После доработки 28.05.2023
Принята к публикации 07.06.2023

Аннотация

Данная работа посвящена удалению растворенного кислорода из модельного абсорбента на основе моноэтаноламина (МЭА) для предотвращения его окислительной деструкции в процессе абсорбционной очистки дымовых газов от диоксида углерода. Разработаны композиционные мембраны на основе пористых керамических и полимерных подложек с нанесенным тонким селективным слоем из поли[1-(триметилсилил)-1-пропина] и его смеси с поливинилтриметилсиланом. На их основе созданы мембранные контакторы газ–жидкость. Показано, что с их применением в режиме вакуумирования из модельного абсорбента может быть удалено до 60% растворенного кислорода.

Ключевые слова: мембранный контактор, композиционная мембрана, деоксигенация, алканоламин, абсорбция, диоксид углерода

Список литературы

  1. Gür T.M. Carbon dioxide emissions, capture, storage and utilization: Review of materials, processes and technologies // Progress in Energy and Combustion Science. 2022. V. 89. P. 100965.

  2. Hansen J., Johnson D., Lacis A., Lebedeff S., Lee P., Rind D., Russell G. Climate Impact of Increasing Atmospheric Carbon Dioxide // Science. 1981. V. 213 № 4511. P. 957–966.

  3. Tapia J.F.D., Lee J.-Y., Ooi R.E., Foo D.C., Tan R.R. A review of optimization and decision-making models for the planning of CO2 capture, utilization and storage (CCUS) systems // Sustainable Production and Consumption. 2018. V. 13. P. 1–15.

  4. Bazhenov S., Chuboksarov V., Maximov A., Zhdaneev O. Technical and economic prospects of CCUS projects in Russia // Sustainable Materials and Technologies. 2022. V. 33. P. e00452.

  5. Новицкий Э.Г., Баженов С.Д., Волков А.В. Оптимизация методов очистки газовых смесей от диоксида углерода (обзор) // Нефтехимия. 2021. Т. 61. № 3.

  6. Голубева И.А., Дашкина А.В., Шульга И.В. Актуальные проблемы аминовой очистки природных газов, анализ и пути решения // Нефтехимия. 2020. Т. 60. № 1. С. 51–56.

  7. Buvik V., Høisæter K.K., Vevelstad S.J., Knuutila H.K. A review of degradation and emissions in post-combustion CO2 capture pilot plants // International J. Greenhouse Gas Control. 2021. V. 106 P. 103246.

  8. Kohl A.L., Nielsen R.B. Gas purification 5th ed // Houston: Gulf Publishing Company, 1997.

  9. Баженов С.Д., Новицкий Э.Г., Василевский В.П., Грушевенко Е.А., Биенко А.А., Волков А.В. Термостабильные соли и методы их выделения из алканоламиновых абсорбентов диоксида углерода (обзор) // Журн. прикладной химии. 2019. Т. 92. № 8. С. 957–979.

  10. Moser P., Wiechers G., Schmidt S., Monteiro J.G.M.-S., Charalambous C., Garcia S., Fernandez E.S. Results of the 18-month test with MEA at the post-combustion capture pilot plant at Niederaussem–new impetus to solvent management, emissions and dynamic behaviour // International J. Greenhouse Gas Control. 2020 V. 95. P. 102945.

  11. Choi Y.-S., Duan D., Nešić S., Vitse F., Bedell S.A., Worley C. Effect of Oxygen and Heat Stable Salts on the Corrosion of Carbon Steel in MDEA-Based CO2 Capture Process // Corrosion. 2010. V. 66. № 12. P. 125 004–125 004-10.

  12. Soosaiprakasam I.R., Veawab A. Corrosion and polarization behavior of carbon steel in MEA-based CO2 capture process // International J. greenhouse gas control. 2008. V. 2. № 4. P. 553–562.

  13. Popoola L.T., Grema A.S., Latinwo G.K., Gutti B., Balogun A.S. Corrosion problems during oil and gas production and its mitigation // International J. Industrial Chemistry. 2013. V. 4. № 1. P. 1–15.

  14. Gouedard C., Picq D., Launay F., Carrette P.-L. Amine degradation in CO2 capture. I. A review // International J. Greenhouse Gas Control. 2012. V. 10. P. 244–270.

  15. Supap T., Saiwan C., Idem R., Tontiwachwuthikul P.P. Part 2: Solvent management: solvent stability and amine degradation in CO2 capture processes // Carbon Management. 2011. V. 2. № 5. P. 551–566.

  16. Saeed I.M., Alaba P., Mazari S.A., Basirun W.J., Lee V.S., Sabzoi N. Opportunities and challenges in the development of monoethanolamine and its blends for post-combustion CO2 capture // International J. Greenhouse Gas Control. 2018. V. 79. P. 212–233.

  17. Morken A.K., Pedersen S., Nesse S.O., Flø N.E., Johnsen K., Feste J.K., de Cazenove T., Faramarzi L., Vernstad K. CO2 capture with monoethanolamine: Solvent management and environmental impacts during long term operation at the Technology Centre Mongstad (TCM) // International J. Greenhouse Gas Control. 2019. V. 82. CO2 capture with monoethanolamine. P. 175–183.

  18. Kladkaew N., Idem R., Tontiwachwuthikul P., Saiwan C. Studies on corrosion and corrosion inhibitors for amine based solvents for CO2 absorption from power plant flue gases containing CO2, O2 and SO2 // Energy Procedia. 2011. V. 4. P. 1761–1768.

  19. Udayappan B., Veawab A. Performance analysis of methionine as an environmentally friendly corrosion inhibitor for carbon steel in the amine based carbon capture process // International J. Greenhouse Gas Control. 2022. V. 114. P. 103565.

  20. Dumée L., Scholes C., Stevens G., Kentish S. Purification of aqueous amine solvents used in post combustion CO2 capture: A review // International J. Greenhouse Gas Control. 2012. V. 10. P. 443–455.

  21. Wang T., Hovland J., Jens K.J. Amine reclaiming technologies in post-combustion carbon dioxide capture // J. Environmental Sciences. 2015. V. 27. P. 276–289.

  22. Figueiredo R.V., Srivastava T., Skaar T., Warning N., Gravesteijn P., van Os P., Ansaloni L., Deng L., Knuutila H., Monteiro J. Impact of dissolved oxygen removal on solvent degradation for post-combustion CO2 capturew // International J. Greenhouse Gas Control. 2021. V. 112. P. 103 493.

  23. Баженов С.Д. Перспективы мембранной деоксигенации алканоламиновых абсорбентов CO2 для предотвращения их деградации (миниобзор) // Нефтехимия. 2022. Т. 62. № 4. С. 527–539.

  24. Gabelman A., Hwang S.-T. Hollow fiber membrane contactors // J. Membrane Science. 1999. V. 159. № 1–2. P. 61–106.

  25. Simons K., Nijmeijer K., Wessling M. Gas–liquid membrane contactors for CO2 removal // J. Membrane Science. 2009. V. 340. № 1–2. P. 214–220.

  26. Kim S., Scholes C.A., Heath D.E., Kentish S.E. Gas-liquid membrane contactors for carbon dioxide separation: A review // Chemical Engineering J. 2021. V. 411. Gas-liquid membrane contactors for carbon dioxide separation. P. 128468.

  27. Алентьев А.Ю., Волков А.В., Воротынцев И.В., Максимов А.Л., Ярославцев А.Б. Мембранные технологии для декарбонизации // Мембраны и Мембранные Технологии. 2021. Т. 11. № 5.

  28. Poyarkov A.A., Petukhov D.I., Eliseev A.A. Hollow fiber nanoporous membrane contactors for evaporative heat exchange and desalination // Desalination. 2023. V. 550. P. 116366.

  29. Petukhov D.I., Komkova M.A., Eliseev Ar.A., Poyarkov A.A., Eliseev An.A. Nanoporous polypropylene membrane contactors for CO2 and H2S capture using alkali absorbents // Chemical Engineering Research and Design. 2022. V. 177. P. 448–460.

  30. Tan X., Capar G., Li K. Analysis of dissolved oxygen removal in hollow fibre membrane modules: effect of water vapour // J. Membrane Science. 2005. V. 251. № 1–2. P. 111–119.

  31. Kishi M., Nagatsuka K., Toda T. Effect of membrane hydrophobicity and thickness on energy-efficient dissolved oxygen removal from algal culture // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2020. V. 8. P. 978.

  32. Li T., Yu P., Luo Y. Deoxygenation performance of polydimethylsiloxane mixed-matrix membranes for dissolved oxygen removal from water // J. Applied Polymer Science. 2015. V. 132. № 4.

  33. Lee J., Baek S.-M., Boo C., Son A., Jung H., Park S.S., Hong S.W. Water deoxygenation using a hollow fiber membrane contactor to prevent pipe corrosion for sustainable management of district heating systems: A pilot-scale study // J. Cleaner Production. 2020. V. 277. P. 124 049.

  34. Monteiro J., Figueiredo R.V., Bakker D., Stellwag I., Huizinga A., Zahra M.A., van Os P., Goetheer E. De-oxygenation as countermeasure for the reduction of oxidative degradation of CO2 capture solvents // 14th Greenhouse Gas Control Technologies Conference Melbourne. 2018. P. 21–26.

  35. Kattan O., Ebbers K., Koolaard A., Vos H., Bargeman G. Membrane contactors: An alternative for de-aeration of salt solutions? // Separation and purification technology. 2018. V. 205. P. 231–240.

  36. Wang R., Li D.F., Zhou C., Liu M., Liang D.T. Impact of DEA solutions with and without CO2 loading on porous polypropylene membranes intended for use as contactors // J. Membrane Science. 2004. V. 229. № 1–2. P. 147–157.

  37. Franco J.A., Kentish S.E., Perera J.M., Stevens G.W. Poly(tetrafluoroethylene) Sputtered Polypropylene Membranes for Carbon Dioxide Separation in Membrane Gas Absorption // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2011. V. 50. № 7. P. 4011–4020.

  38. Bottino A., Comite A., Costa C., Di Felice R., Varosio E. Wetting of polypropylene membranes by aqueous solutions in CO2 absorbing devices // Separation Science and Technology. 2015. V. 50. № 12. P. 1860–1869.

  39. Xu Y., Malde C., Wang R. Correlating physicochemical properties of commercial membranes with CO2 absorption performance in gas-liquid membrane contactor // J. Membrane Science and Research. 2020. V. 6. № 1. P. 30–39.

  40. Ibrahim M.H., El-Naas M.H., Zhang Z., Van der Bruggen B. CO2 capture using hollow fiber membranes: A review of membrane wetting // Energy & Fuels. 2018. V. 32. № 2. P. 963–978.

  41. Chabanon E., Roizard D., Favre E. Membrane contactors for postcombustion carbon dioxide capture: a comparative study of wetting resistance on long time scales // Industrial & engineering chemistry research. 2011. V. 50. № 13. P. 8237–8244.

  42. Лысенко А.А., Баженов С.Д., Василевский В.П., Новицкий Э.Г., Волков А.В. Мембранная регенерация водного раствора моноэтаноламина // Мембраны и мембранные технологии. 2012. Т. 2. № 4. С. 243–243.

  43. Bazhenov S.D., Dibrov G.A., Novitsky E.G., Vasilevsky V.P., Volkov V.V. Effect of absorbent vapor on stability of characteristics of a composite PTMSP membrane on nonwoven polyester support during regeneration of diethanolamine solution in membrane contactor // Petroleum Chemistry. 2014. V. 54. P. 617–621.

  44. Malakhov A.O., Bazhenov S.D. Carbon Dioxide Desorption from Amine Solution in a Nonporous Membrane Contactor // Petroleum Chemistry. 2018. V. 58. № 4. P. 330–337.

  45. Dibrov G.A., Volkov V.V., Vasilevsky V.P., Shutova A.A., Bazhenov S.D., Khotimsky V.S., Van de Runstraat A., Goetheer E.L.V., Volkov A.V. Robust high-permeance PTMSP composite membranes for CO2 membrane gas desorption at elevated temperatures and pressures // J. membrane science. 2014. V. 470. P. 439–450.

  46. Kalmykov D., Balynin A., Yushkin A., Grushevenko E., Sokolov S., Malakhov A., Volkov A., Bazhenov S. Membranes Based on PTMSP/PVTMS Blends for Membrane Contactor Applications // Membranes. 2022. V. 12. № 11. P. 1160.

  47. Матвеев Д.Н., Кутузов К.А., Василевский В.П. Влияние постфильерной вытяжки на морфологию половолоконных мембран из полисульфона // Мембраны и мембранные технологии. 2020. Т. 10. № 6. С. 373–379.

  48. Matveev D., Borisov I., Vasilevsky V., Karpacheva G., Volkov V. Spinning of Polysulfone Hollow Fiber Membranes Using Constant Dope Solution Composition: Viscosity Control via Temperature // Membranes. 2022. V. 12. № 12 P. 1257.

  49. Buvik V., Bernhardsen I.M., Figueiredo R.V., Vevelstad S.J., Goetheer E., van Os P., Knuutila H.K. Measurement and prediction of oxygen solubility in post-combustion CO2 capture solvents // International J. Greenhouse Gas Control. 2021. V. 104. P. 103205.

  50. Trusov A., Legkov S., Van Den Broeke L.J.P., Goetheer E., Khotimsky V., Volkov A. Gas/liquid membrane contactors based on disubstituted polyacetylene for CO2 absorption liquid regeneration at high pressure and temperature // J. Membrane Science. 2011. V. 383. № 1–2. P. 241–249.

  51. Трусов А.Н. Регенерация абсорбентов углекислого газа в мембранных контакторах высокого давления: Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук / А.Н. Трусов. М.: Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН), 2010.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Мембраны и мембранные технологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал