Những công nghệ CCS mới, tiên tiến năm 2024 (Kỳ 12)

* Quá trình bảo vệ amine (AMINE GUARD PROCESSES)

Honeywell International Inc. (HW) là một tập đoàn đa quốc gia đặt trụ sở tại Charlotte, tiểu bang Bắc Carolina (Hoa Kỳ). HW chủ yếu hoạt động trong bốn lĩnh vực kinh doanh: hàng không vũ trụ, tự động hóa tòa nhà, vật liệu và công nghệ hiệu suất, cũng như các giải pháp an toàn và năng suất.

Công nghệ xử lý Honeywell UOP Amine Guard kết hợp dung môi hiệu suất cao với chuyên môn kỹ thuật của Honeywell UOP cho các ứng dụng loại bỏ khí acid. Quá trình dung môi tái sinh bằng nhiệt hoặc nhanh chóng sẽ loại bỏ CO₂, H₂S, COS và các thành phần lưu huỳnh khác. Sự thất thoát hydrocarbon, H₂ và CO là tối thiểu trong quá trình bảo vệ amine do độ hòa tan thấp trong dung môi. Hiện có sẵn các giải pháp tối ưu hóa quá trình tiết kiệm năng lượng, chẳng hạn như sơ đồ dòng tái tạo dung môi chỉ dùng đèn flash để loại bỏ CO₂ số lượng lớn. Công nghệ xử lý Honeywell UOP Amine Guard FS đã được giới thiệu từ hơn 20 năm trước đấy và cho đến nay đã có hơn 400 thiết bị được đưa vào sử dụng thương mại. Các nhà máy LNG hiện đang hoạt động ở khu vực Trung Đông thể hiện hiệu suất tuyệt vời của công nghệ xử lý được cấp phép UOP và các sản phẩm do UOP cung cấp (dung môi/chất hấp phụ/thiết bị).

Ảnh minh họa

Quá trình amine GUARD: (i) Ứng dụng: Được thiết kế cho các ứng dụng xử lý khí thể tích lớn có khả năng loại bỏ CO₂ và H₂S như khí tự nhiên, khí tổng hợp, khí hóa, khí lò cao cũng như các loại khí loại bỏ và tinh chế khác để đáp ứng các thông số kỹ thuật phù hợp. (ii) Mô tả: Khí acid hoặc khí thải được lọc sạch trong cột thập hấp thụ bằng dung môi UCARSOL dành cho ứng dụng. Dung môi giàu bây giờ sẽ chảy từ đáy thiết bị hấp thụ thông qua quá trình trao đổi nhiệt và được loại bỏ trong cột tháp tách, tại đó dung môi nghèo sau đó được tuần hoàn trở lại thiết bị hấp thụ để hấp thụ thêm CO₂. Nhiệt thải thường có thể được sử dụng để cung cấp hơi nước tách. (iii) Mức độ trưởng thành về công nghệ: Dung môi có công thức bảo vệ amine và bảo vệ amine (Formulated Solvent-FS) được cho là đạt mức TRL 9 và đã đi vào hoạt động thương mại từ những năm 1990 với hơn 400 đơn vị được lắp đặt trên toàn thế giới. (iv) Ưu điểm: Việc lựa chọn dung môi UCARSOL tối ưu cho từng trường hợp có thể tối ưu hóa nhu cầu năng lượng tái tạo. Cấu hình hai giai đoạn năng lượng thấp cũng có thể được thực hiện khi thích hợp.

BENFIELD: Được phát triển lần đầu tiên tại Cơ quan Khai mỏ Hoa Kỳ vào đầu những năm 1950, quá trình kali carbonate nóng (hot potassium carbonate-HPC) đã được sửa đổi và tối ưu hóa bởi Benson và Field và sau đó là hãng Honeywell UOP. Quá trình UOP Benfield là quá trình dung môi tuần hoàn được tái tạo nhiệt bằng cách sử dụng dung dịch kali carbonate nóng được kích hoạt và ức chế để loại bỏ CO₂, H2S và các thành phần khí acid khác. Hơn 700 thiết bị Benfield đã được đưa vào sử dụng thương mại. Ngoài việc sử dụng rộng rãi trong sản xuất ammonia và hydrogen, quá trình Benfield còn được áp dụng ở hơn 50 nhà máy khí đốt tự nhiên và các nhà máy khử quặng sắt trực tiếp. Sự hỗ trợ của HW kéo dài suốt vòng đời dự án từ các nghiên cứu khái niệm và tính khả thi, thông qua thiết kế kỹ thuật giao diện người dùng (Front End Engineering Design-FEED), khởi động vận hành và các dịch vụ trong suốt thời gian hoạt động. Honeywell còn có thể cung cấp công nghệ thông qua các gói kỹ thuật cơ bản cũng như các giải pháp modules để đáp ứng nhu cầu của khách hàng cũng như cung cấp bảo hành rộng rãi và đảm bảo hiệu suất.

Quá trình BENFIELD: (i) Ứng dụng: Được thiết kế cho các ứng dụng của các loại khí có thể tích lớn có chứa CO₂ và H₂S, chẳng hạn như khí đốt tự nhiên, khí tổng hợp ammonia, khí tổng hợp hydrogen, khí hóa, khí thải, oxygen hóa một phần cùng nhiều loại khí loại bỏ và tinh chế khác để đáp ứng các thông số kỹ thuật phù hợp. (ii) Mô tả: Khí thải hoặc khí acid được điều áp và lọc sạch trong cột tháp hấp thụ bằng dung dịch kali carbonate (có phụ gia Benfield để cải thiện hiệu suất và chống ăn mòn). Dung môi giàu chất hiện nay được tái sinh bằng cách giảm áp suất và loại bỏ trong tháp. Dung môi nghèo sau đó được tuần hoàn trở lại thiết bị hấp thụ để hấp thụ thêm CO₂. Nhiệt thải thường có thể được sử dụng để cung cấp hơi nước tách. (iii) Sự trưởng thành về công nghệ: Benfield được coi đạt mức TRL 9 và đã đi vào hoạt động thương mại từ những năm 1960 với hơn 700 chiếc trên toàn thế giới. (iv) Ưu điểm: Việc lựa chọn dung môi UCARSOL tối ưu cho từng trường hợp có thể tối ưu hóa nhu cầu năng lượng tái tạo. Cấu hình hai giai đoạn năng lượng thấp cũng có thể được thực hiện khi thích hợp.

Thu hồi carbon bằng dung môi tiên tiến (ADVANCED SOLVENT CARBON CAPTURE-ASCC): Đối với các ứng dụng khí thải, Honeywell UOP cung cấp công nghệ thu giữ carbon bằng dung môi tiên tiến (ASCC). Đây là quá trình lọc amine thế hệ thứ hai (2G). ASCC có thể thu giữ hiệu quả trên 95% lượng CO₂ được tạo ra từ nhiều ứng dụng khí thải khác nhau, bao gồm cả sản lượng khí thải của các nhà máy nhiệt điện than. Honeywell (ASCC) có những điểm khác biệt quan trọng giúp cải thiện hiệu quả hoạt động và giảm thiểu chi phí vốn đầu tư cho việc thu giữ CO₂ trong các ứng dụng khí thải. ASCC còn được hỗ trợ bởi hơn 20 năm phát triển và thử nghiệm liên tục. ASCC cũng đã chứng minh hơn 9.500 giờ thử nghiệm thành công tại Trung tâm thu giữ carbon quốc gia trên phạm vi khí thải từ 2%-15%. Honeywell đã thiết kế hơn 1.200 thiết bị dựa trên dung môi cho các ứng dụng xử lý khí. Sự hỗ trợ của HW kéo dài suốt vòng đời dự án từ các nghiên cứu khái niệm và tính khả thi, thông qua thiết kế kỹ thuật giao diện người dùng (FEED), khởi động vận hành và các dịch vụ trong suốt thời gian hoạt động. Honeywell có thể còn cung cấp công nghệ thông qua các gói kỹ thuật cơ bản cũng như các giải pháp modules để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Honeywell cũng còn cung cấp bảo hành rộng rãi và đảm bảo hiệu suất.

Công nghệ thu hồi carbon bằng dung môi tiên tiến (ASCC): (i) Ứng dụng: Được thiết kế cho các ứng dụng của khí có nồng độ thấp, thể tích lớn như sản xuất điện, xi-măng, sắt thép, công nghiệp (nồi hơi và lò đốt), bột giấy và giấy, bánh quy giòn xúc tác chất lỏng, v.v. (ii) Mô tả: Khí thải được lọc sạch trong cột tháp hấp thụ bằng dung môi chuyên dụng (AZ-108). Dung môi giàu chảy qua một loạt quá trình trao đổi nhiệt đã được cấp bằng sáng chế và được loại bỏ trong thiết bị tách áp suất cao, trong đó dung môi nghèo được tuần hoàn đến thiết bị hấp thụ để hấp thụ thêm CO₂. (iii) Độ trưởng thành về công nghệ: ASCC được coi đạt mức TRL 7 và đã được phát triển và mở rộng quy mô trong hơn 20 năm qua. Nhiều nghiên cứu về FEED đang được tiến hành vào thời điểm này. (iv) Ưu điểm: ASCC có thể giúp cắt giảm 30% chi phí vốn cho thiết bị hấp thụ, yêu cầu tái tạo năng lượng thấp (2,1 GJ/MT CO₂), loại bỏ ở áp suất cao (từ 6 barg-8 barg) giúp loại bỏ yêu cầu nén, tiết kiệm vốn đàu tư và chi phí vận hành.

Quá trình phân đoạn CO₂ làm lạnh kép ORTLOFF (ORTLOFF CRYOGENIC FRACTIONATION): Quá trình phân đoạn CO₂ làm lạnh kép (Dual Refrigerant CO₂ Fractionation-DRCF) của Ortloff giúp loại bỏ lượng lớn CO₂ khỏi dòng khí tự nhiên có hàm lượng CO₂ cực cao và thu hồi CO₂ dưới dạng sản phẩm lỏng đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng.

Phân đoạn CO₂ làm lạnh kép của Honeywell UOP Ortloff là một lựa chọn hoàn toàn bằng điện, không dung môi, thu giữ CO₂ dưới dạng sản phẩm lỏng có độ tinh khiết cao. Quá trình phân đoạn CO₂ làm lạnh kép (DRCF) của Ortloff giúp loại bỏ lượng lớn CO₂ khỏi khí tự nhiên, khí đuôi PSA và dòng sau đốt trong khi thu hồi CO₂ dưới dạng sản phẩm lỏng đồng thời giảm mức tiêu thụ năng lượng. Phân đoạn đông lạnh có thể được kết hợp với dung môi vật lý, như Selexol, PSA hoặc hệ thống màng để có sơ đồ dòng thu giữ carbon tích hợp và tối ưu hóa. Công nghệ phân đoạn CO₂ làm lạnh kép của Ortloff tạo ra dòng CO₂ lỏng có độ tinh khiết cao, có thể được bơm đến áp suất mong muốn để vận chuyển và lưu trữ. Các giải pháp đông lạnh của HW hoàn toàn bằng điện, tự động hóa cao và có thể tạo ra sản phẩm lỏng có độ tinh khiết cao sẵn sàng để vận chuyển. Sự phối hợp giữa hấp thụ dao động áp suất và phương pháp đông lạnh có thể giúp tiết kiệm chi phí. Sự hỗ trợ của HW kéo dài suốt vòng đời dự án từ các nghiên cứu khái niệm và tính khả thi, thông qua thiết kế kỹ thuật giao diện người dùng (FEED), khởi động vận hành và các dịch vụ trong suốt thời gian hoạt động. Honeywell còn có thể cung cấp công nghệ thông qua các gói kỹ thuật cơ bản cũng như các giải pháp modules để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Honeywell cũng còn cung cấp bảo hành rộng rãi và đảm bảo hiệu suất.

Công nghệ ORTLOFF CRYOGENIC FRACTIONATION: (i) Ứng dụng: Được thiết kế cho các ứng dụng thu hồi khí tự nhiên lỏng (NGL), khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), sản xuất khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), khí thải nhà máy lọc dầu và thu hồi carbon để đáp ứng các thông số kỹ thuật của đường ống. (ii) Mô tả: Công nghệ phân đoạn đông lạnh sử dụng các biện pháp kiểm soát nhiệt độ và áp suất để tách các vật liệu có điểm sôi khác nhau và tách các hóa chất cụ thể khỏi một dòng quá trình công nghiệp nhất định. Khi áp dụng cho CCUS, CO₂ được ngưng tụ trong khi phần còn lại của dòng quá trình vẫn ở trạng thái khí. Hệ thống Ortloff CO₂ Fractionation sử dụng hỗn hợp chất làm lạnh độc quyền để quản lý nhiệt độ của hệ thống, giảm thiểu số lượng thiết bị cần thiết và tối ưu hóa công suất cần thiết cho quá trình. (iii) Sự trưởng thành về công nghệ: Phân đoạn đông lạnh được đạt mức TRL 9 và đã đi vào hoạt động thương mại từ năm 1976 với hơn 400 đơn vị đang hoạt động. (iv) Ưu điểm: Phân đoạn đông lạnh là công nghệ hoàn toàn chạy bằng điện, tạo ra sản phẩm có độ tinh khiết cao và số lượng thiết bị thấp hơn so với dung dịch amine, giúp giảm diện tích vị trí, địa điểm.

Công nghệ màng POLYSEP (POLYSEP MEMBRANES): Hệ thống Polysep kết hợp công nghệ màng tổng hợp tiên tiến nhất với những tiến bộ trong khoa học polymer. Màng Polysep cung cấp các đặc tính phân tách (độ thấm, độ chọn lọc và khả năng chống ô nhiễm) cho phép thiết kế một hệ thống tối ưu để phù hợp với nhu cầu quá trình nhất định. Hệ thống màng Polysep là các đơn vị modules chứa các hộp màng sợi rỗng được tối ưu hóa về tính toàn vẹn cơ học và phân phối dòng chảy. Các hộp mực được đặt trong các modules, lần lượt được gắn trên một khung trượt theo cấu hình nối tiếp hoặc song song tùy thuộc vào lượng khí cấp và yêu cầu của sản phẩm. Mật độ đóng gói màng cao giúp giảm thiểu kích thước và chi phí hệ thống. Polysep được thiết kế để thu hồi và tinh chế hydrogen hiệu quả với quá trình điều khiển bằng áp suất giúp giảm thiểu các bộ phận chuyển động và sự tham gia của người vận hành, điều này khiến nó trở thành một giải pháp sáng tạo với các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau.

Ứng dụng màng POLYSEP: (i) Ứng dụng: Thu hồi và tinh chế hoặc loại bỏ hydrogen từ các dòng quá trình tinh chế, hóa dầu và hóa học khác nhau. Dòng nguyên liệu bao gồm khí thải của chất cải cách reformer chất xúc tác, khí làm sạch bằng hydrotreater và hydrocracker, và khí thải của quá trình cracker có chất xúc tác lỏng. Dòng nguyên liệu hóa học và hóa dầu bao gồm khí thải ethylene, khí thải nhà máy ammonia, khí thải nhà máy methanol, dòng khí tổng hợp từ quá trình tái sinh reforming hơi nước, quá trình oxygen hóa một phần và các công nghệ khí hóa khác. (ii) Sự miêu tả: Hệ thống Polysep dựa trên công nghệ màng polymer sợi rỗng tổng hợp tiên tiến nhất. Các sợi rỗng được đóng gói theo cấu hình bó dòng ngược dòng độc quyền giúp tối đa hóa lực phân tách và giảm thiểu diện tích màng cần thiết. Quá trình này được điều khiển bằng áp suất và yêu cầu tối thiểu các bộ phận chuyển động, tiện ích hoặc sự can thiệp của người vận hành. (iii) Độ trưởng thành về công nghệ: Polysep được đánh giá đạt mức TRL 9 và đã đi vào hoạt động thương mại từ năm 1985 với hơn 85 tổ máy đang hoạt động. Đơn vị lớn nhất xử lý hơn 350 triệu feet khối khí chuẩn mỗi ngày (MMscfd) của khí tổng hợp. (iv) Ưu điểm: Các tính năng vận hành của Polysep bao gồm tự động khởi động, kiểm soát công suất, kiểm soát độ tinh khiết của sản phẩm, tự động giảm áp và bật/tắt.

Công nghệ hấp phụ áp suất chuyển đổi POLYBED (POLYBED PRESSURE SWING ADSORPTION-PSA): Hệ thống hấp phụ áp suất chuyển đổi (Polybed Pressure Swing Adsorption-PSA) đã được tối ưu hóa để lọc H₂ và loại bỏ CO₂ khi nó sử dụng một loạt các chu trình điều áp và giảm áp với lớp chất hấp thụ để cung cấp có chọn lọc hydrogen áp suất cao và độ tinh khiết cao từ nhiều dòng khí khác nhau. Công nghệ PSA có thể hấp thụ hoàn toàn các tạp chất cho phép sản xuất hydrogen có độ tinh khiết cao (thường là 99,9+ mol-%) trong một đơn vị với mức tiêu thụ ít tiện ích, trái ngược với sơ đồ dòng chảy nhiều đơn vị truyền thống sử dụng hệ thống rửa loại bỏ khí acid và lò phản ứng methane hóa.

Công nghệ PSA cũng đã được chứng minh kỹ lưỡng, với thiết bị PSA thương mại đầu tiên đi vào hoạt động vào năm 1966. Ngày nay, hơn 1.150 hệ thống Honeywell UOP PSA đã được thiết kế, chế tạo và phân phối trên toàn thế giới. PSA cũng có thể được chọn lọc để thu giữ CO₂ trong các ứng dụng sau đốt cháy. Kể từ khi ra đời vào những năm 1960, sự phát triển kỹ thuật liên tục đã hỗ trợ việc sử dụng rộng rãi hệ thống PSA trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Honeywell tin tưởng công nghệ hiện tại sẽ tiếp tục bị vượt qua và các hệ thống PSA trong tương lai sẽ có hiệu suất cao hơn và thậm chí sẽ được tích hợp tốt hơn trong các cơ sở lọc dầu, hóa dầu, xử lý khí đốt và thu hồi carbon.

Hấp phụ áp suất chuyển đổi PSA: (i) Ứng dụng: Hệ thống hấp phụ áp suất chuyển đổi (PSA) chủ yếu được thiết kế cho các ứng dụng sản xuất hydrogen có độ tinh khiết cao từ khí tổng hợp. PSA cũng có thể được thiết kế để tinh chế CO₂ trong dịch vụ thu giữ sau đốt cháy cũng như tinh chế CH₄, He, N₂ và Cl. (ii) Mô tả: Tinh chế PSA dựa trên công nghệ áp suất chuyển đổi tiên tiến. Hiện các đơn vị chứa từ 4 đến 16+ bình hấp thụ (absorber vessels), trong đó một hoặc nhiều bình đang ở bước hấp thụ trong khi các bình khác đang ở các giai đoạn tái sinh khác nhau. Tất cả các hệ thống đều sử dụng chất hấp thụ độc quyền tiên tiến và kỹ thuật thu hồi khí rỗng được cấp bằng sáng chế để đem lại khả năng thu hồi sản phẩm tối đa. (iii) Độ trưởng thành về công nghệ: PSA được đánh giá đạt TRL 9 và đã đi vào hoạt động thương mại từ năm 1966 với hơn 1.150 đơn vị trên toàn thế giới. (iv) Ưu điểm: Vận hành tự động, khởi động và tắt máy bằng nút nhấn, hệ số kiểm định hệ thống thiết bị đang vận hành on-stream đạt trên 99,8%. Các thiết bị nhỏ gọn yêu cầu không gian diện tích lô đất nhỏ và các thiết bị được gắn trượt và modules hóa để giảm thiểu chi phí và thời gian lắp đặt. Tất cả tạp chất để sản xuất H₂ đều được loại bỏ chỉ trong một bước.

SEPARALL: Quá trình SeparALL là một quá trình thương mại đã được chứng minh rõ ràng, sử dụng dung môi vật lý Selexol của Honeywell UOP để loại bỏ khí acid khỏi dòng khí tổng hợp hoặc tự nhiên. Điều này rất lý tưởng cho việc loại bỏ có chọn lọc H₂S và COS và/hoặc CO₂ xuống mức rất thấp trong khí đã xử lý cũng như có thể đạt được mức lưu huỳnh thấp bằng các mức thu giữ CO₂ có thể thay đổi và tối ưu hóa. Quá trình SeparALL cũng có thể được sử dụng để loại bỏ và kiểm soát lưu huỳnh mercaptan thường thấy trong các dòng khí tự nhiên. Dung môi sẽ loại bỏ một lượng nhỏ ammonia, HCN, carbonyl kim loại và các chất gây ô nhiễm khác thường thấy trong dòng khí tổng hợp. Quá trình SeparALL cũng có thể được điều chỉnh và tối ưu hóa để loại bỏ khí acid số lượng lớn hoặc dấu vết acid.

Quá trình SEPARALL: (i) Ứng dụng: Được thiết kế cho các ứng dụng trên dòng khí áp suất cao để loại bỏ có chọn lọc CO₂, H₂S và carbonyl sulphide. Các quá trình có thể ứng dụng, bao gồm khí hóa than hoặc sinh khối, khí tự nhiên, khí tổng hợp ammonia, khí hydrogen, chất nâng cấp xử lý hydrogen, khí tự nhiên tổng hợp, hóa chất, phân bón và tái sinh sàng phân tử trong CNG, LNG và GTL mặt trước xử lý loại bỏ và tinh chế khí để đáp ứng các thông số kỹ thuật phù hợp. (ii) Mô tả: Quá trình SeparALL sử dụng dung môi vật lý Selexol bao gồm dimethyl ether của polyethlene glycol, trong đó áp suất riêng phần là động lực chính. Khí cấp ở áp suất cao, trong đó H₂S và CO₂ được loại bỏ trong cột tháp hấp thụ, dung môi giàu được đưa qua trao đổi nhiệt và được tái sinh. Dung môi nghèo được tuần hoàn để hấp thụ nhiều hơn. (iii) Độ trưởng thành về công nghệ: SeparALL được đánh giá đạt mức TRL 9 và đã đi vào hoạt động thương mại từ những năm 1960 với hơn 110 đơn vị trên toàn thế giới. (iv) Ưu điểm: Dung môi Selexol trơ về mặt hóa học và không bị phân hủy. Đây là một công nghệ đã được chứng minh, linh hoạt, hiệu quả và đáng tin cậy để thu hồi carbon trong nhiều năm. Hiệu suất của quá trình Selexol để thu giữ carbon thường rất cao, với hiệu suất loại bỏ lên tới 99%. Quá trình này đáng tin cậy và dễ vận hành với trên 99% khả năng thiết bị sẵn sàng vận hành on-stream. Các nhà vận hành báo cáo việc khởi động đơn giản với các nhà máy được đưa vào hoạt động trong vòng 2 giờ đến 3 giờ. Không cần thu hồi và/hoặc tẩy sạch dung môi song quá trình SeparALL có độ ăn mòn thấp mà không cần sử dụng chất ức chế ăn mòn.

Hệ thống màng SEPAREX (SEPAREX MEMBRANE SYSTEMS): hiện màng Separex là công nghệ lọc số lượng lớn được sử dụng để loại bỏ CO₂ và nước khỏi khí tự nhiên. Đồng thời cũng loại bỏ H₂S với tỷ lệ gần bằng với CO₂. Các hệ thống lai, với màng thực hiện loại bỏ số lượng lớn CO₂ /H₂S, sau đó là bộ dung môi để đáp ứng các thông số kỹ thuật cấp thấp, rất hấp dẫn về mặt kinh tế. Hệ thống màng Separex được thiết kế để thu giữ CO₂ ở áp suất riêng phần cao trong các ứng dụng công nghiệp. Chúng nhỏ gọn và nhẹ, giúp dễ lắp đặt và vận hành, đồng thời có thể được sử dụng cho nhiều loại khí khác nhau. Hệ thống Separex đặc biệt phù hợp với những địa điểm xa nơi mà công tác hậu cần gặp nhiều thách thức. Thiết kế “giai đoạn duy nhất” không có bộ phận chuyển động và chi phí bảo trì rất thấp khi mà chúng có khả năng khởi động và tắt máy đơn giản, nhanh chóng và độ tin cậy rất cao. Đối với các ứng dụng ngoài khơi, thiết kế modules UOP nhỏ hơn và nhẹ hơn, giúp giảm tổng chi phí lắp đặt.

Hệ thống màng SEPAREX: (i) Ứng dụng: Hệ thống màng SEPAREX được thiết kế cho các ứng dụng loại bỏ CO₂, H₂S và hơi nước khỏi khí tự nhiên để đáp ứng thông số kỹ thuật đường ống cho các vị trí trên bờ và ngoài khơi. Tinh chế hydrogen và helium và nâng cấp khí với tổng giá trị gia nhiệt (gross heating values-GHV) thấp làm nhiên liệu. Loại bỏ sự tắc nghẽn của các hệ thống lọc bằng dung môi hiện có hoặc cung cấp khả năng loại bỏ hàng loạt các hệ thống lắp đặt mới hoặc hiện có. Việc thu hồi hydrocarbon từ tràn ngập thu hồi dầu tăng cường để tái chế CO₂, chôn lấp và lọc khí sinh học. (ii) Mô tả: Hệ thống màng Separex là hệ thống khô yêu cầu tối thiểu các bộ phận chuyển động. Khí cấp đã được điều hòa (MemGuard được sử dụng khi dòng cấp liệu nặng hoặc cần kiểm soát điểm sương) và có thể được xử lý trong hệ thống một hoặc hai giai đoạn. Khí được điều áp và đi qua màng polymer nhanh chóng tách CO₂, H₂S và hơi nước thấm qua và được thu gom ở áp suất thấp. Khí methane, ethane, các hydrocarbon và nitrogen có giá trị cao được thu hồi để bán. Trong hệ thống hai giai đoạn, chất thấm từ giai đoạn đầu tiên được nén để xử lý và phục hồi tiếp theo. (iii) Độ trưởng thành về công nghệ: Separex được đánh giá đạt mức TRL 9 và đã đi vào hoạt động thương mại từ năm 1981 với hơn 150 đơn vị trên toàn thế giới. (iv) Ưu điểm: Công nghệ Separex được thiết kế để vận hành đơn giản, yêu cầu tối thiểu thiết bị quay, không cần thuốc thử hoặc chất thay thế hóa học và dịch vụ tối thiểu cũng như được cung cấp trên các ván trượt đúc sẵn để giảm thiểu chi phí và không gian trên lô đất.

* Công nghệ tăng cường amine (AMINE INTENSIFICATION)

InnoTech Alberta (Canada) cho phép tạo ra giá trị và tăng tốc phát triển thương mại bằng cách cung cấp khả năng tiếp cận chuyên môn đẳng cấp thế giới và cơ sở quy mô công nghiệp cần thiết để chuyển đổi công nghệ sang đổi mới.

Xử lý amine là công nghệ thu giữ carbon lâu đời được sử dụng trong công nghiệp trong nhiều thập kỷ. Mặc dù nhìn chung có hiệu quả song quá trình này thiếu hiệu quả, ảnh hưởng đến chi phí vận hành, lượng tiêu thụ năng lượng, yêu cầu về nước, thông lượng và phương trình bằng không. Mục tiêu chính của dự án này là phát triển một giải pháp giảm thiểu rủi ro và mở rộng quy mô để khắc phục những điểm kém hiệu quả này bằng các thực nghiệm. Việc áp dụng kiến thức này cho các đơn vị thu giữ carbon dựa trên amine hiện có và mới, đồng thời cải thiện hiệu lực, hiệu quả và việc ứng dụng chúng sẽ tác động đáng kể đến quá trình loại bỏ carbon trong công nghiệp. Trước đây, InnoTech Alberta đã thiết lập một cấu hình quy mô phòng thí nghiệm và tận dụng những bài học từ đơn vị thu hồi carbon tại Trung tâm công nghệ chuyển đổi carbon của tỉnh bang Alberta (Alberta carbon conversion technology center-ACCTC) để thực hiện các kịch bản quá trình khác nhau cho phép thử nghiệm tối ưu hóa theo cả giai đoạn và dưới dạng quá trình nhiều giai đoạn tích hợp. Hiệu quả đáng kể đã được quan sát thấy ở quy mô phòng thí nghiệm, đảm bảo phân tích kinh tế-kỹ thuật của bên thứ ba để giảm thiểu rủi ro khi mở rộng quy mô từ quy mô phòng thí nghiệm sang quy mô thí điểm.

Lợi ích: (i) Một trong những khía cạnh hấp dẫn nhất của quá trình này là khả năng giảm đáng kể vốn đầu tư và chi phí vận hành liên quan đến việc thu giữ CO₂. Bằng cách cắt giảm 75% nhu cầu năng lượng so với các quá trình dựa trên amine thông thường, quá trình tăng cường amine đem đến cơ hội tiết kiệm chi phí đáng kể cho các lĩnh vực đang nỗ lực giảm thiểu lượng khí thải carbon. (ii) Quá trình này phù hợp với những nỗ lực toàn cầu nhằm chuyển đổi sang các nguồn năng lượng bền vững bằng quá trình điện khí hóa. Cách tiếp cận tiết kiệm năng lượng của nó không chỉ làm giảm thiểu chi phí vận hành mà còn góp phần tạo ra mô hình tiêu thụ năng lượng bền vững hơn, thu hút các lĩnh vực công nghiệp có ý thức về môi trường. Các lĩnh vực sử dụng cải tiến này có thể thể hiện cam kết của mình trong việc giảm thiểu cường độ carbon và tính bền vững, nâng cao hình ảnh thương hiệu và định vị họ là người dẫn đầu trong các lĩnh vực tương ứng của mình. (iii) Với các quy định thắt chặt và mục tiêu giảm thiểu phát thải, quá trình tăng cường amine đã đưa ra giải pháp chủ động để các lĩnh vực tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường và tránh các hình phạt có thể xảy ra.

Mô tả công nghệ: Một trong những thách thức hạn chế của việc áp dụng công nghệ CCUS là cường độ năng lượng của các quá trình thu giữ carbon sẵn sàng thương mại. Để giải quyết thách thức này, InnoTech Alberta và các đối tác đã trình diễn một ý tưởng có tiềm năng giảm nhu cầu năng lượng, chi phí vận hành và lượng khí thải carbon. Quá trình này được phát triển để cải thiện quá trình thu giữ CO₂ dựa trên amine hiện có và đã được chứng minh. Dự án đề xuất nhằm giải quyết hai thách thức lớn liên quan đến các quá trình dựa trên amine; yêu cầu năng lượng tái sinh cao và suy thoái dung môi. Dự án đề xuất có tên là Quá trình tăng cường amine (amine intensification process-AIP) bao gồm ba cải tiến đáng kể so với quá trình amine thông thường, cùng nhau đem lại sự thay đổi từng bước về cường độ năng lượng thu giữ carbon và chi phí vận hành, đó là:

Cột tháp hấp thụ thay thế: Việc sử dụng các bộ phận bên trong hiệu suất cao trong cột tháp hấp thụ giúp giảm đáng kể kích thước của cột tháp hấp thụ. Hiện có nhiều thiết kế bộ tiếp xúc/khởi động từ (công-tắc tơ) contactor khí-chất lỏng đã được tạo ra cho các ứng dụng xử lý khí. Tuy nhiên, phần lớn các khởi động từ hiện đang được lắp đặt rơi vào tháp đóng gói hoặc tháp khay. Với sự phát triển của bao bì công suất cao, hiệu quả cao, tháp đóng gói đang dần chiếm được thị phần lớn hơn. Việc đóng gói có cấu trúc đã thu hút được sự quan tâm đáng kể đối với việc lọc amine trong quá trình thu giữ CO₂ do các thuộc tính thuận lợi của nó, bao gồm tổn thất áp suất tối thiểu, khả năng truyền khối hiệu quả và lắp đặt đơn giản. Trong quá trình thu giữ CO₂, hiệu quả của cả thiết bị hấp thụ và bộ thoát khí phụ thuộc đáng kể vào diện tích bề mặt truyền khối hiệu quả của vật liệu đóng gói.

Đặc điểm của vật liệu đóng gói có cấu trúc mới để thu giữ CO₂: InnoTech Alberta đã phối hợp với Suzler Chemtech, để đánh giá tiềm năng sử dụng vật liệu đóng gói tiên tiến của Suzler (Mellapak CC dòng vật liệu đóng gói có cấu trúc để thu giữ carbon), được thiết kế cho quá trình thu giữ CO₂ với khả năng tăng cường truyền khối 30% và giảm áp suất thấp tới 20%. Nhìn chung, chỉ có bao bì có cấu trúc mới thì có thể đáp ứng các yêu cầu giảm áp suất thấp để thiết kế bộ làm mát tiếp xúc trực tiếp và bộ hấp thụ CO₂.

Sưởi ấm bằng vi sóng: Việc sử dụng lò vi sóng được thúc đẩy bởi các tài liệu gần đây nêu bật việc sưởi ấm bằng vi sóng như một phương tiện hiệu quả để tái tạo chất hấp thụ rắn hoặc dung dịch nước để thu và lưu trữ CO₂. Gia nhiệt vi sóng, hay điện môi, đề cập đến việc làm nóng trực tiếp mẫu thông qua tương tác với bức xạ điện từ. Như vậy, lò vi sóng cung cấp khả năng gia nhiệt tức thời và thể tích mà không bị hạn chế truyền nhiệt như hệ thống sưởi dẫn nhiệt hoặc đối lưu thông thường. Đối với các dung môi phân cực, chẳng hạn như nước hoặc monoethanolamine (MEA), quá trình gia nhiệt vi sóng chủ yếu diễn ra thông qua sự định hướng lại các lưỡng cực phân tử khi có điện trường dao động nhanh. Độ trễ pha giữa chuyển động phân tử và điện trường gây ra ma sát giữa các phân tử lân cận, cuối cùng dẫn đến sự tiêu tán năng lượng điện từ thành nhiệt. Các cơ chế mất mát quan trọng khác xảy ra thông qua sự dẫn ions trong dung dịch ions và sự phân cực Maxwell-Wagner do hiện tượng giao thoa trong môi trường không đồng nhất.

Khai thác những lợi thế này, nhiều ứng dụng của lò vi sóng đã xuất hiện trong những thập kỷ gần đây, bao gồm các lĩnh vực như tổng hợp vật liệu, chế biến thực phẩm và phản ứng hóa học. Về monoethanolamine (MEA), người ta nhận thấy việc tái sinh bằng vi sóng có khả năng giải phóng CO₂ ở nhiệt độ thấp hơn và nhanh hơn so với các phương pháp tái sinh truyền thống. Điều này có khả năng làm giảm chi phí năng lượng liên quan đến quá trình hấp phụ chuyển đổi nhiệt độ (temperature swing adsorption-TSA) sử dụng MEA. Tương tự, tài liệu hiện có về quá trình giải hấp CO₂ được hỗ trợ bằng vi sóng từ chất hấp phụ rắn đã chứng minh tốc độ giải phóng CO₂ nhanh hơn đáng kể so với các kỹ thuật giải hấp thông thường.

Dung môi hòa tan trong nước (WATER LEAN SOLVENT-WLS): Thách thức chính liên quan đến quá trình này là yêu cầu năng lượng đáng kể để thu giữ CO₂, chiếm khoảng 70% tổng chi phí. Nhu cầu năng lượng đáng kể này đã là trở ngại lớn cho việc áp dụng rộng rãi công nghệ CCUS. Yếu tố chính góp phần vào nhu cầu năng lượng này là công suất tỏa nhiệt của nồi đun lại, một thành phần quan trọng trong việc tái tạo dung môi. Năng lượng này rất cần thiết để phá vỡ liên kết hóa học giữa CO₂ và MEA ở nhiệt độ cao trong bộ thoát ly, bao gồm cả nhiệt lượng cần thiết và nhiệt ẩn cần thiết cho sự bay hơi dung môi. Ngoài ra, quá trình tái sinh này dẫn đến sự suy giảm đáng kể về hiệu suất của chất hấp thụ MEA, dẫn đến sự suy giảm nhanh chóng khả năng thu giữ CO₂ một cách hiệu quả. Từ góc độ tiêu thụ năng lượng, việc sử dụng nước làm dung môi đặt ra một thách thức đáng kể trong các hệ thống chứa nước này do khả năng tỏa nhiệt cao và đặc tính ẩn nhiệt. Do đó, việc áp dụng các hệ thống hấp thụ ít nước, đạt được bằng cách thay thế nước bằng dung môi hữu cơ có đặc tính là nhiệt dung riêng và độ bay hơi thấp hơn, nổi lên như một giải pháp thay thế hấp dẫn để giảm thiểu nhu cầu năng lượng đáng kể. Các phát hiện trong phòng thí nghiệm của InnoTech Alberta xác nhận rằng việc sử dụng dung môi hòa tan trong nước (WLS) cho phép InnoTech Alberta cắt giảm một nửa nhu cầu năng lượng so với các dung môi thông thường.

Link nguồn:

https://www.globalccsinstitute.com/wp-content/uploads/2024/08/Report-CCS-Technology-Compendium-2024-1.pdf

Tuấn Hùng

Global CCS Institute