Регенерируемые поглотители CO2 на основе карбоната калия и оксида кальция для сорбционно-каталитических процессов в энергетических приложениях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат наук Деревщиков, Владимир Сергеевич

• Деревщиков, Владимир Сергеевич
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Деревщиков, Владимир Сергеевич

Содержание

Введение

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Удаление диоксида углерода из газовых смесей в промышленных процессах

1.1.1. Очистка синтез газа

1.1.2. Удаление СО2 из воздуха в системах криогенного разделения

1.1.3. Создание защитных атмосфер в металлургии

1.1.4. Очистка воздушных смесей от диоксида углерода в системах жизнеобеспечения

1.2. Перспективные процессы и материалы для энергетики и охраны окружающей среды. Регенерируемые поглотители СО2

1.2.1. Процессы и материалы для высокотемпературной сорбции СО2: абсорбционно-каталитическая конверсия углеводородов в водород

1.2.2. Процессы низкотемпературной сорбции СО2: практические приложения и перспективные материалы

1.3. Направления утилизации концентрированного СО2 из атмосферы

1.4. Заключение по литературному обзору

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Используемые вещества

2.2. Синтез сорбентов

2.2.1. Приготовление сорбента ГлгО/СаО (1лСа) и сорбента сравнения из чистого СаО

2.2.2. Приготовление сорбентов СаО/ УгОз (СаУ-с1, СаУ-ьп)

2.2.3. Изготовление гранулированных сорбентов

2.2.4. Приготовление сорбентов К2СОз/У2Оз (КУ-1, КУ-2)

2.2.5. Приготовление сорбентов К2СО3/А12О3

2.3. Изучение сорбционных свойств регенерируемых поглотителей

2.3.1 Изучение сорбционных свойств регенерируемых сорбентов на основе СаО методом термогравиметрии

2.3.2. Испытания сорбента ЫСа в сорбционно-каталитическом реакторе

2.3.3. Изучение сорбционных свойств поглотителей на основе К2СО3 в проточных абсорберах

2.4. Исследования структурных, текстурных и реологических свойств

поглотителей физическими методами исследования

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕГЕНЕРИРУЕМЫХ ПОГЛОТИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СаО

3.1. Сорбент 1л20/Са0 (1лСа)

3.1.1. Исследование сорбента 1лСа методом термогравиметрии

3.1.2. Испытания 1лСа в сорбционно-каталитическом реакторе

3. 2. Сорбенты СаО/У203 (СаУ-ё, СаУ-ьп)

3.2.1. СаО/ У20з, полученный совместным термическим разложением

3.2.2. СаО/ У20з, полученный пропиткой

3.3. Испытание формованных сорбентов

3.4. Заключение к главе 3

Глава 4. КОМПОЗИТНЫЕ СОРБЕНТЫ НА ОСНОВЕ КАРБОНАТА КАЛИЯ ДЛЯ СОРБЦИИ АТМОСФЕРНОГО С02

4.1. Сорбционные свойства поглотителей К2СОЗ/у-А12Оз и К2С0з/У20з

4.3. Исследование фазового состава поглотителей К2СОз/у-А12Оз и К2СОз/У2Оз

4.4. Изучение текстуры поглотителей К2СОз/у-А12Оз и К2СОз/У20з

4.5. Заключение к главе 4

Выводы

Список литературы

Список сокращений

Ади„ - динамическая емкость по СО2

атм - атмосфера

вес.% — весовые проценты

ВКБ СКК - высокотемпературная короткоцикловая безнагревная сорбционно -каталитическая конверсия ИК - инфракрасная

КБА - короткоцикловая безнагревная адсорбция

кПа - килопаскаль

м.д. - миллионная доля

об.% - объемные проценты

Р.З.Э. — редкоземельные элементы

РФА - рентгенофазовый анализ

СКК - сорбционно-каталитическая конверсия

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Регенерируемые поглотители CO2 на основе карбоната калия и оксида кальция для сорбционно-каталитических процессов в энергетических приложениях»

ВВЕДЕНИЕ

Современная энергетика базируется на потреблении невозобновляемых источников энергии, запасы которых ограничены. По прогнозу международного агентства по энергетике International Energy Agency (IEA) мировой спрос на энергоресурсы увеличится более чем на треть в период с 2011 по 2035 [1]. Индустриализация приводит к увеличению выбросов парниковых газов в окружающую среду, что может повлечь за собой неблагоприятные изменения климата Земли [2]. По оценкам агентства ША рост температуры за счет выбросов парниковых газов в атмосферу планеты за последующие сорок лет составит 3,6°С, поэтому одной из самых важных задач современной науки является поиск новых процессов, позволяющих максимально эффективно получать, сохранять и распределять дефицитную энергию, при этом минимизируя антропогенное влияние на окружающую среду [3].

В последующие несколько десятилетий углеводородное топливо будет доминирующим источником энергии в транспортном секторе и в секторе выработки энергии тепловыми электростанциями [1]. Таким образом, экологическая нагрузка на природу только возрастет, и человечество уже сейчас должно начать принимать меры по уменьшения эмиссии парниковых газов в окружающую среду [4]. В связи с этим возникающие новые технологии конверсии энергии углеводородных топлив помимо энергоэффективности должны обеспечивать также изоляцию выделяемых парниковых газов от атмосферы Земли, либо способствовать снижению концентрации парниковых газов за счет их выделения из атмосферы и концентрирования в хранилищах или химической переработки.

Перспективными в этом направлении могут стать процессы сорбционно-каталитической конверсии углеводородов в водород а также процессы синтеза топлив (например, метана или метанола) или других ценных химических продуктов из аэрогенного ССЬ. Общей особенностью указанных процессов является необходимость использования регенерируемых поглотителей диоксида углерода.

В процессе сорбционно-каталитической конверсии углеводородов в водород регенерируемый поглотитель связывает побочный продукт реакции СОг, благодаря чему по принципу Ле-Шателье возрастает выход и чистота водорода. В результате всего в одну стадию удается получать водород чистотой до 99%, который может быть использован далее в качестве топлива для питания топливных элементов или как реагент в химической промышленности.

Другой процесс - концентрирования диоксида углерода из атмосферы и его химической переработки может быть использован как выгодный для сглаживания последствий антропогенного влияния на парниковый эффект. Предполагается, что в качестве источника энергии для указанного процесса можно будет использовать бросовые избытки энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками, например ветром или Солнцем. Процесс состоит из последовательности стадий получения электролитического водорода, сорбции диоксида углерода из воздуха регенерируемым сорбентом СО2, и заключительной стадии получения углеводорода (например, метана по реакции Сабатье или метанола). Получаемые углеводороды по сравнению с водородом гораздо более безопасны в хранении, легко транспортируются и могут быть использованы как топливо в двигателях внутреннего сгорания.

Ключевой задачей, возникающей при разработке указанных процессов, является создание сорбирующих материалов с высокой динамической емкостью, стабильностью в циклах сорбция/регенерация, механически прочных, а также обладающих достаточным сродством к СО2.

Целью данной работы являлась разработка новых регенерируемых поглотителей диоксида углерода для процессов сорбционно-каталитической конверсии углеводородов в водород, а также поглотителей атмосферного СО2 применительно к процессам термохимического запасания энергии. Для достижения указанной цели были решены следующие задачи:

1. Приготовление новых регенерируемых поглотителей диоксида углерода для процессов сорбционно-каталитической конверсии углеводородов и концентрирования диоксида углерода из атмосферы с заданными свойствами.

2. Исследование сорбционных, текстурных и структурных свойств синтезированных регенерируемых поглотителей.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературы.

В первой главе диссертационной работы приведен обзор основных современных технологий и материалов, применяемых для очистки газовых смесей от диоксида углерода. На основании литературных данных проведен анализ перспектив использования материалов, разрабатываемых в настоящее время, для процессов сорбционно-каталитической конверсии углеводородов в водород, а также для процесса концентрирования диоксида углерода из воздуха. Намечены направления по улучшению свойств отобранных материалов. Также обсуждаются перспективные пути утилизации

диоксида углерода, особое внимание уделено каталитической переработки С02 в полезные углеводородные продукты.

Вторая глава содержит подробные описания экспериментальных методик синтеза сорбентов и исследования их сорбционных, текстурных и структурных свойств, также в ней приведены описания разработанных установок, использованных в экспериментах. В третьей главе диссертационной работы представлены результаты по синтезу и исследованию физико-химических свойств регенерируемых сорбентов на основе оксида кальция.

Четвертая глава содержит результаты исследования сорбционных, структурных и текстурных свойств поглотителей на основе карбоната калия.

Работа изложена на 143 страницах и содержит 85 рис. и 8 таблиц. По результатам диссертационной работы опубликовано 5 статей в рецензируемых журналах, получено 2 патента РФ. Результаты работы представлены на международных конференциях: на международном конгрессе химических инженеров CHISA-2012 (Praha, 2012), на третьем Российско-Немецком семинаре «Bridging the Gap between Model and Real Catalysis. Energy-Related Catalysis» (Байкал, 2013), а также на конференции TCCS-7 (Trondheim, 2013).

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Удаление диоксида углерода из газовых смесей в промышленных процессах

Выделение диоксида углерода из газовых смесей является важной стадией многих технологических процессов, применяемых в промышленности и народном хозяйстве, таких как производство чистого водорода методом паровой конверсии метана, очистки воздуха в замкнутых системах жизнеобеспечения, для процессов криогенного разделения воздуха, создания защитных атмосфер в металлургии. Далее приводится описание важнейших процессов, в которых отделение СО2 является необходимой стадией технологической реализации целевого процесса, а также кратко рассматриваются технологии и материалы для удаления СО2 в каждом из вышеперечисленных процессов.

1.1.1. Очистка синтез газа

Основным способом получения водорода в промышленности является паровая конверсия углеводородов. Это - многостадийный процесс, включающий в себя стадии сероочистки углеводородного сырья, паровой конверсии углеводородов, паровой конверсии СО, очистки водорода от примесей. На первом этапе процесса проводится очистка исходных углеводородов от примесей сероорганических соединений. Далее водородсодержащий газ поступает в реактор высокотемпературной конверсии. Реакцию паровой конверсии проводят при 800 °С и давлении 25-50 атм:

СхН2у + хН20 ^ х СО+( х + у) Н2 (1)

На выходе из реактора реформат содержит до 25 об.% оксидов углерода [5]. Для удаления избытка СО и получения дополнительного количества водорода смесь газов направляют в реактор низкотемпературной конверсии, в котором происходит реакция сдвига водяного газа:

СО + Н20 С02 + Н2 (2)

Результирующая смесь содержит 10-20 об.% СО2 и значительное количество паров воды.

Содержание примеси диоксида углерода в водороде выше нескольких м.д. делает его непригодным для использования в ряде промышленных процессов, например, в синтезе аммиака, поскольку присутствие кислородсодержащих соединений вызывает дезактивацию катализатора, используемого в процессе Габера-Боша. По этой причине проводят глубокую очистку водородсодержащего газа до содержания С02 в нем менее 6 м.д. Для очистки водородсодержащего газа в современной промышленности используют адсорбционные и абсорбционные методы.

Адсорбционная очистка

В последние годы популярность набирает адсорбционный метод очистки газовых смесей от диоксида углерода. В данном случае для разделения газовых смесей по компонентам используют явление адсорбции - самопроизвольного концентрирования некоторых газов на границе раздела фаз твердый адсорбент/газ [6]. Исходная газовая смесь продувается через адсорбер, при этом газовые компоненты, имеющие большее сродство к адсорбенту связываются сильнее остальных компонентов смеси и преимущественно удерживаются адсорбентом [7]. Слабо адсорбируемые газовые компоненты в свою очередь движутся быстрее, поскольку слой адсорбента на них оказывает меньшее торможение. В результате происходит разделение газовой смеси [8]. В качестве адсорбентов, как правило, используют цеолиты и активные угли [9]. Продолжительность продувки смеси через адсорбер определяется выходными концентрациями компонентов смеси. После достижения заданных концентраций продувку разделяемой смеси через адсорбер прекращают, адсорбент регенерируют. Методы регенерации адсорбента можно условно разделить на:

1. Регенерацию изменением температуры. В этом способе десорбцию осуществляют, нагревая адсорбент потоком горячего газа или перегретого пара. При этом происходит термодесорбция адсорбата с поверхности адсорбента.

2. Регенерацию изменением давления. В этом способе уменьшают парциальное давление адсорбтива над адсорбатом, продувая адсорбер чистым газом, либо уменьшая общее давления газов в адсорбере. Уменьшение парциального давления компонента приводит к переходу адсорбированных молекул газа с поверхности адсорбента в объем газовой фазы.

Абсорбционная очистка

В абсорбционных способах очистки газов поглощение диоксида углерода происходит по всему объему абсорбента. При этом может быть использована как физическая, так и химическая абсорбция С02.

При очистке газовых смесей от диоксида углерода методом физической абсорбции применяется явление растворимости С02 в жидкостях. В качестве абсорбентов используют воду, метанол, ацетон, пропиленкарбонат, полиолы и др. Очистку проводят при высоком давлении газовой смеси, поскольку растворимость С02 увеличивается-с ростом давления [10]. Десорбцию С02 из насыщенных растворов проводят, снижая давление газа над растворителем.

Хемосорбционную очистку газовых смесей от диоксида углерода осуществляют водными растворами алканоламинов или карбонатов щелочных металлов (горячий

поташный метод) [11]. Диоксид углерода, взаимодействуя с алканоламинами, переходит в раствор из газовой смеси в виде соответствующего карбоната или гидрокарбоната алканоламмония по реакциям [12]:

Ж1 Г^ЯЗИ + Ы20 + С02 ^ (II1 К2113№1)2СОз (3)

(111112113МН)2СОз + С02 + Н20^ 21Ш12113ЫН2СОз (4)

При использовании раствора карбоната калия очистка газовой смеси осуществляется по реакции [13]:

К2С03 + Н20 + С02<=> 2КНС03 (5)

В обоих случаях очистку газов от С02 осуществляют одновременно с регенерацией абсорбента, прокачивая рабочие растворы между абсорбером и регенератором [13].

Недостатком аминной очистки является сравнительно небольшая динамическая емкость растворов.

Важной проблемой использования поташной очистки является низкая скорость сорбции диоксида углерода [14]. Для увеличения скорости связывания диоксида углерода в раствор вводят активаторы на основе трехвалентного мышьяка [15], боратов, ванадатов, различные органические основания [16], соли аминокислот [17], амины и аминоспирты [18, 19, 20]. В обоих случаях требуется сложное и громоздкое оборудование для перекачки жидкости и рекуперации тепла

1.1.2. Удаление С02 из воздуха в системах криогенного разделения

Перед криогенным разделением воздуха требуется удаление диоксида углерода для предотвращения его конденсации в теплообменниках и трубопроводной арматуре. Для удаления С02 в таких системах часто используют вымораживание на охлажденных поверхностях [21]. В данный момент этот способ постепенно заменяют более дешевой адсорбционной очисткой цеолитами. Адсорбция цеолитами позволяет удалять также следовые количества прочих примесей (оксиды азота, углеводороды), однако требует установки блока предварительной очистки от воды [22].

1.1.3. Создание защитных атмосфер в металлургии

Проведение плавки металла в атмосфере с заданным газовым составом позволяет устранить окисление металла, предотвратить растворение нежелательных примесных газов в расплаве, появление которых может существенно ухудшить технические характеристики сталей.

Атмосферу для защиты металла от окисления готовят сжиганием природного газа в стехиометрическом количестве воздуха. Далее проводят отделение воды и осуществляют

удаление СОг абсорбционным или адсорбционным способами, описанными ранее. Полученная смесь, состоящая в основном из азота с примесями Аг и СО подается в камеру печи [23].

1.1.4. Очистка воздушных смесей от диоксида углерода в системах жизнеобеспечения

Конечными продуктами катаболизма животных и человека, выделяемыми в окружающую среду, являются вода и углекислый газ. Накопление углекислого газа в атмосфере может приводить не только к ухудшению физического состояния человека (гиперкапнии), но и к его смерти. Поэтому в замкнутых системах жизнеобеспечения необходима принудительная очистка воздуха от С02. Предельно допустимая концентрация С02 в помещении составляет ~ 0,5 об.% [24].

Интересно заметить, что удаление диоксида углерода из воздушно-дыхательной смеси для поддержания жизни организмов в изолированной системе впервые было осуществлено более 250 лет назад шведским химиком К. Шееле. Для сохранения жизни пчел, помещенных в замкнутый сосуд, он использовал абсорбцию С02 известковым раствором. В 1847 Рено и Рейсет провели аналогичный эксперимент на собаках, продемонстрировав необходимость удаления С02 для поддержания жизни млекопитающих

Появление химического оружия и подводного флота в первой четверти 20 века стало катализатором развития технологий очистки воздуха от диоксида углерода в замкнутых системах [26].

В данный момент времени на современных подводных лодках используются четыре типа установок по очистке воздуха от С02:

В первых двух типах поглощение углекислого газа осуществляется нерегенерируемыми химическими поглотителями - натронной известью и смесями пероксидов и надпероксидов щелочных металлов [27]. В случае натронной извести удаление С02 осуществляется по реакциям:

В процессе использования надпероксидно-пероксидного поглотителя помимо поглощения С02 происходит выделение кислорода:

[25].

2 ЫаОН + С02 = Иа2СОз + Н20 Са(ОН)2 + С02 = СаСОз + Н20

(6) (7)

2Ыа202 + 2С02 = 2Ыа2С03 + 02 4К02 + 2С02 = 2К2С03 + 302

(8) (9)

В третьем типе установок абсорбция С02 осуществляется моноэтаноламином, который после завершения процесса поглощения проходит стадию регенерации при повышенной температуре.

В последнем - четвертом типе установок очистка осуществляется методами короткоцикловой безнагревной адсорбции (PSA) либо методом TSA. Подобные системы также используются на космических станциях. В качестве адсорбента применяют, как правило, цеолиты. Поскольку вода, содержащаяся в воздухе, обладает большим сродством к адсорбенту, чем С02, используют специализированные блоки предварительной осушки газовоздушных смесей либо проводят регенерацию цеолита при более высокой температуре [7,28]. Преимуществом четвертого способа является длительный период эксплуатации, что позволяет существенно уменьшить массу рабочего материала-сорбента. Последнее преимущество особенно важно в приложении космических автономных станций, поскольку доставка грузов на орбиту стоит дорого.

Очистку от диоксида углерода нужно проводить и в индивидуальных замкнутых системах: противогазах и ребризерах. Как правило, такие устройства работают в течение относительно короткого периода времени — нескольких часов, поэтому необходимость применения регенерируемых систем отсутствует. Основными требованиями к таким системам является низкий вес и длительность защитного действия, а также небольшая стоимость. Как правило, этим критериям соответствуют системы с нерегенерируемыми поглотителями. Наиболее часто используют хемосорбенты на основе натронной извести. После цикла эксплуатации в аппарат загружается порция свежего поглотителя а старый поглотитель утилизируют [29]. Аналогичный принцип очистки газонаркотических смесей от СО2 используется в наркозно-дыхательных аппаратах с замкнутым контуром при проведении общего наркоза в анестезиологии [30].

1.2. Перспективные процессы и материалы для энергетики и охраны окружающей среды. Регенерируемые поглотители СО2

В связи с ростом дефицита ресурсов и ухудшением экологического состояния окружающей среды в 21 веке все более актуальной становится задача поиска новых энергетически эффективных и экологически безопасных промышленных процессов. Среди них процессы, в которых удаление диоксида углерода из газовой смеси является ключевой стадией технологии. Эти процессы можно классифицировать по температурам проведения стадии выделения С02 из газов:

Высокотемпературные - процессы сорбции С02, проводимые при 450-900°С. Прежде всего - это процесс сорбционно-каталитической конверсии углеводородов в водород а также процессы сжигания топлив с одновременным отделением диоксида углерода.

Низкотемпературные - процессы отделения СО2, проводимые в диапазоне температур 0-100°С. К ним относится процессы выделения диоксида углерода из отходящих дымовых газов, атмосферного воздуха.

Новые экологические и технологические вызовы в удалении С02 требуют разработки новых материалов с уникальными свойствами, которые могут быть использованы в перспективных процессах. Далее будут рассмотрены новые процессы и необходимые условия их осуществления, определены требования к сорбирующим системам и предложены возможные варианты решений.

1.2.1. Процессы и материалы для высокотемпературной сорбции ССЬ: абсорбционно-каталитичсская конверсия углеводородов в водород

Хотя существуют разные прогнозы на счет будущего водородной энергетики [31, 32], можно наблюдать, что с каждым годом доля токогенерирующих установок на основе водородных топливных элементов в мире возрастает [33,34]. Это, например, распространение топливных процессоров - компактных устройств, предназначенных для обеспечения коттеджей электроэнергией, теплом и горячей водой; появление экологически чистого автомобильного транспорта (разработчики смогли снизить стоимость автомобильных водородных топливных элементов с $275 за кВт мощности в 2002 году до $110 за кВт в 2005, планируется снижение стоимости до $30 за кВт мощности к 2020 году). А на вооружение ВМФ Германии уже принята субмарина и-212, с энергоустановкой на протонобменных топливных элементах. Указанные приложения требуют надежных, дешевых и компактных источников чистого водорода [35]. В качестве схемы получения водорода, сочетающей в себе возможность компактизации, низкие капитальные затраты и высокую производительность, может быть предложена сорбционно-каталитическая схема производства водорода. Преимущество этой схемы, по сравнению с классической паровой конверсией заключается в том, что получение и очистка газа проводятся всего в одну стадию в одном реакторе в смеси катализатора паровой конверсии и высокотемпературного абсорбента С02, при этом на выходе получается водород чистотой 98-99 об.% [36]. В процессе используется высокотемпературный регенерируемый сорбент, который селективно удаляет побочный продукт реакции паровой конверсии — С02, сдвигая

равновесие в сторону большего выхода водорода по принципу Ле-Шателье [37].

13

Одно из основных требований к высокотемпературному регенерируемому поглотителю заключается в стабильности его динамической емкости, т.е. количества углекислого газа, поглощаемого и выделяемого сорбентом за цикл [38]. Кроме того, важным требованием к сорбенту является способность глубокой очистки смесей от СОг. Проведение СКК в режиме короткоцикловой безнагревной адсорбции (КБА) позволяет совмещать стадии паровой конверсии углеводородов, СО и очистки от С02, что упрощает технологическую схему процесса и повышает его КПД по сравнению с регенерацией сорбента нагревом. С другой стороны, использование регенерации сорбента в изотермических условиях выдвигает дополнительные требования к поглотителю СОг [39].

В качестве перспективных материалов для высокотемпературной обратимой сорбции диоксида углерода сегодня рассматриваются: гидроталькиты, соединения на основе 1л-промотированной оксидной керамики, а также оксиды металлов 2 группы главной подгруппы таблицы Д.И. Менделеева. Далее мы приведем краткий обзор строения и свойств указанных материалов, на основании полученных данных постараемся выбрать материал с наилучшим комплексом характеристик, после чего рассмотрим варианты улучшения его свойств. Гидроталькиты

Гидроталькиты - слоистые двойные гидроксиды. Они используются в качестве адсорбентов, ионообменников, основных катализаторов, и предшественников для оксидных катализаторных носителей [40]. Структура гидроталькита представляет собой бруситоподобные слои, между которыми расположены заряд-компенсирующие анионы и молекулы воды (Рис. 1). Катионы металлов занимают центры октаэдрической структуры, вершины которой содержат гидроксид-ионы, а октаэдры, соединённые по краям, формируют бесконечный лист. Общая формула гидроталькитов может быть представлена в виде

[М2+,.хМ3+х(ОН)2]х+[СОз]2-хУ2 * уН20, где М и М двувалентные катионы (Mg ,N1" , и т.д.) и трехвалентные катионы

21 3+ л |

(А1 ,ва ,Ре ,Мп , и т.д.) соответственно.

СОз2", Н20 ОН"

ОН"

СОз, Н20

Рис. 1. Схематическое представление структуры Мд-АЬ гидроталькита [41].

Материалы на основе гидроталькитов, как правило, обладают высокой площадью поверхности и большой концентрацией поверхностных льюисовских основных центров, предпочтительных для адсорбции кислого С02. Непрокаленные гидроталькиты не демонстрируют особой активности. После термической обработки гидроталькиты частично теряют межслоевую воду, после чего дегидрокарбоксилирование и декарбонизация приводят к образованию смешанных оксидов с трехмерной структурой. Взаимодействие адсорбированнного диоксида углерода с основными сайтами гидроталькитов сильнее, чем в случае цеолитов, но слабее, нежели в случае оксидов щелочноземельных металлов. Это объясняет, почему температурный диапазон сорбции С02 гидроталькитами находится в диапазоне от 200 до 450°С.

Ме-О + С02—>Ме-0/С02(адс) (10)

Относительно низкая сорбционная емкость является основным недостатков гидроталькитов как сорбирующих материалов (0,45-1 ммоль С02/г). Важной проблемой использования гидроталькитов является также низкая стабильность долговременной сорбционной емкости в циклах сорбция-регенерация, что является решающим фактором для развития практических приложений. Хотя были предприняты существенные усилия для увеличения сорбционной емкости гидроталькитов, в литературе до сих пор не продемонстрирована возможность существенного, в несколько раз повышения их динамической емкости.

Ы-промотироваинаи оксидная керамика

Одними из возможных кандидатов для высокотемпературной сорбции диоксида углерода являются оксидные керамики, стехиометрически промотированные щелочами. В 1998 Иа1^а\уа и ОИзбЫ показали возможность использования цирконата лития для сорбции СО2 из газовых смесей при температуре 400-600°С [42]. Материал обладал большой сорбционной емкостью (28 вес.%), при этом в ходе адсорбции объем материала изменялся незначительно, что актуально для использования в реакторах с неподвижным слоем. Реакция сорбции С02 происходит согласно следующему уравнению:

и2ТгОз +С02 -> 1л2С03 + Тх02, ДН29вк=160 кДж/моль (11)

Рис. 2. Топохимическая реакция карбонизации цирконата лития.

В процессе сорбции диоксида углерода, атомы лития диффундируют из ядра частицы к поверхности и реагируют с СОг с образованием 1Л2СО3 (Рис. 2). Образующийся на поверхности карбонат лития ингибирует диффузию диоксида углерода к цирконату лития, из-за этого скорость процесса со временем уменьшается. Кроме того, диффузия ионов кислорода через кристаллическую решетку ЪсОг протекает достаточно медленно [43], и, в ряде случаев, является скорость-лимитирующей стадией для всего процесса [44]. Регенерацию сорбента обычно проводят при температурах 750-800°С. Низкая скорость сорбции С02 является главным препятствием для практического применения Li2ZrOз [45]. Оксиды щелочноземельных металлов (СаО)

Оксиды щелочноземельных металлов способны обратимо сорбировать диоксид углерода. Среди элементов 2 периода главной группы таблицы Менделеева для использования в качестве высокотемпературного сорбента в процессе СКК лучше всего подходит оксид кальция, так как температурные диапазоны сорбции диоксида углерода и регенерации сорбента хорошо соответствуют условиям проведения абсорбционно-каталитической конверсии [46]. В случае MgO равновесное давление углекислого газа менее 0,1 атм. над оксидом магния достигается только при температурах ниже 220°С, в таких условиях реакция паровой конверсии практически не происходит [47]. Начиная с

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Деревщиков, Владимир Сергеевич, 2014 год

Список литературы

1. World Energy Outlook 2012.-Paris. : IEA, 2012. - 10 p.

2. Reay, D. Greenhouse gas sinks / D. Reay, C.N. Hewitt, К. Smith, J. Grace. - Walingford, UK : CABI, 2007.-290 p.

3. Велихов Е.П. Эволюция энергетики в XXI веке / Е.П. Велихов, А.Ю. Гагаринский, С.А. Субботин, В.Ф. Цибульский. - М. : ИздАт, 2008. - 160 с.

4. Киотский протокол к рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата. - Киото, 1997.

5. Платэ, H.A. Основы химии и технологии мономеров / H.A. Платэ, Е.В. Сливинский. М. : «Наука» Майк «Наука/Интерпериодика», 2002.-696 с.

6. Фенелонов, В.Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов / В.Б.Фенелонов. — Новосибирск: Издательство СО РАН, 2004.-442 с.

7. Кельцев, Н.В. Основы адсорбционной техники / Н.В. Кельцев- М. : Химия, 1984592 с.

8. Матвейкин, В.Г. Математическое моделирование и управление процессом короткоцикловой адсорбции / В.Г. Матвейкин, В.А. Погонин, С.Б. Путин, С.А. Скворцов. -М. : Машиностроение, 2007.-140 с.

9. Yang, R.T. Adsorbents Fundamentals and applications / R.T. Yang. - New Jersey. : Wiley and sons, 2003.^125 P.

10. Рамм, M.B. Абсорбция газов / M.B. Рамм. - M. : Химия, 1976.-656 с.

11. Степанов, A.B. Получение водорода и водородсодержащих газов / A.B. Степанов. — Киев : Наук, думка, 1982.-312 с.

12. Коуль, A. JL Очистка газа / A.JI. Коуль, Р. Ризенфельд. - М: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1962— 395 с.

13. Письмен, М.К. Производство водорода в нефтеперерабатывающей промышленности / М.К. Письмен - М.: Химия, 1976.-208 с.

14. Kunio, H. СО2 absorption into liquid / H. Kunio, N.Takao, F. Daiske, K. Kazushige, S. Masahiko // New York : Therm. Eng. Global Environ. Prot., U.S.-Jpn. Workshop, 1996. -112-122 p.

15. Jenett, E. Six case studies throw light on the Giammarco-Vetrocoke process for natural gas purification / E. Jenett // Oil a. Gas J. - 1962. - Vol. 60.-N. 18. - P. 72-77.

16. Iloogendorn, J. Comparison of some carbon dioxide removal processes / J. Hoogendorn // Trans. Inst. Chem. Eng. - 1963. - Vol. 41. -N. 8. - P. 264-271.

17. Пат. № 3264056 США, Method of gas purification and removal of ferrous carbonate from the absorption solution / P.R. Konz.; заявитель и патентообладатель Foster Wheeler Corp.-опубл. 2.08. 1966.

18. Bocard, J.P. New charts for hot carbonate process / J.P. Bocard, B.J. Maylard // Petrol Ref., Hydrocarb. Proc. - 1962. - Vol. 41. -N. 4. - P. 128-132.

19. Людковская M. А. Очистка газов от двуокиси углерода горячим раствором поташа. Фазовые равновесия в системе К2СО3-КНСО3-Н2О / М.А. Людковская, С.Д. Фридман, В.А. Клевке // Хим. Пром. - 1965. - №. 5. - с. 19-23.

20. Todinca, Т. Estimation of the promoter effect on absorption of carbon dioxide in diethanolamine promoted hot potassium carbonate processes / T. Todinca, P. Moszkowicz, M. Tarnoveanu, B. Benadda // Inst. Chem. Eng. Symp. -1997. - Ser. - 142 (Distillation and Absorption'97, Vol. 1.). - P. 429-437.

21. Малков, М.П. Справочник по физико-техническим основам криогеники. / М.П. Малков и др.; под ред. М.П. Малкова. М. :Энергоатомиздат, 1985. - 432. с.

22. Kumar, R. Trace Impurity Removal from Air / R. Kumar, M. Huggahalli, S. Deng, M. Andrecovich // Adsorption. - 2003. -Vol. 9. - P. 243-250.

23. Федорченко, И.М. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения / И.М. Федорченко, И.Н. Францевич, И.Д. Радомысельский и др. - Киев : Наук. Думка, 1985.-624 с.

24. ГН 2.2.5.2100-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Дополнение N 2 к ГН 2.2.5.1313-03».

25. SODASORB. Manual of С02 absorption / Cambridge : W. R. Grace&CO.-Conn, Library of Congress Catalog Card No. 92-0700220, 1993.

26. Лобеф, M. Подводные лодки / M. Лобеф, Г. Стро. - Ленинград: Издательство народного комиссариата обороны СССР, 1934. -424 с.

27. Гладышев, Н.Ф. Известковые поглотители нового поколения / Н.Ф. Гладышев, Т.В. Гладышева, Б.В. Путин, С.Б. Путин. - М. : Издательский дом «Спектр», 2012. - 136 с.

28. Соколов, А. Системы очистки воздуха на подводных лодках ВМС Великобритании / А. Соколов // Зарубежное военное обозрение. - 1996. -N. 1.

29. Parker, M. EVOLUTION. Closed Circuit Rebreather, incorporating. User Instruction manual / M. Parker // Ambient pressure diving Ltd., 2007. - 154 p.

30. Бунятян, A.A. Руководство по анестезиологии / А.А. Бунятян, II.E. Буров, В.A. Гологорский, E.A. Дамир, О.А. Долина, А.П. Зильбер, И.А. Козлов, В.Д. Малышев, JI.E. Маневич, В.А. Михельсон, А.З. Маневич, А.В. Мещеряков, Х.Т. Омаров, Н.А. Осипова, В.Ф. Стащук, В.В. Суслов, Н.А. Трекова, А.И. Трещинский, Б.С. Уваров, И.П. Шлапак; под ред. Бунятяна. - М.: Медицина, 1994. - 656 с.

31. Cammack, R. Hydrogen as a Fuel: Learning from nature / R. Cammack, M. Frey, R. Robson. - New York : CRC Press, 2001. - 224 p.

32. Смил, В. Энергетика: Мифы и реальность / В. Смил. - М. : Издательский дом «Аст-Пресс», 2012.-272 с.

33. Fuel Cell Today [Электронный ресурс] // FuelCellToday. - Режим доступа: www.fuelcelltoday.com.

34. Carter, D. The Fuel Cell Today Industry Review 2013 [ Электронный ресурс] / D. Carter, J.Wing // FuelCellToday - 2013. - 45 p. - Режим доступа: http://www.fuelcellt0day.c0m/media/l 889744/fct_revievv_2013.pdf.

35. Williams, M.C. Fuel Cell Handbook. 7 ed. / M.C. Williams, et al. - U.S.A., Morgantown: EG&G Technical Services, Inc. - Department of Energy, 2004.

36. Balasubramanian, B. Hydrogen from methane in a single-step process / B. Balasubramanian, A.L. Ortiz, S. Kaytakoglu, D.P. Harrison // Chem. Eng. Sci. - 1999. -N. 54.-P. 3543-3552.

37. Hufton, J.R. Sorption-Enhanced Reaction Process for Hydrogen Production / J.R. Hufton, S. Mayorga, S. Sircar // AIChE J. - 1999. - N. 45. - P. 248-256.

38. Abanades, C.J. Sorbent cost and performance in CO2 capture systems / C.J. Abanades, E.S. Rubin // Ind. Eng. Chem. Res. - 2004. - N. 43. - P. 3462-3466.

39. Waldron, W. E. Production of Hydrogen by Cyclic Sorption Enhanced Reaction Process / W.E. Waldron, J.R. Hufton, S. Sircar// AIChE J. - 2001. -N 47. - P.1477-1479.

40. Cavani, F. Hydrotalcite-type anionic clays: Preparation, properties and applications / F. Cavani, F. Trifiro,A. Vaccari//Catal. Today. - 1991.-Vol. 11.-P. 173.

41. Self-Assembly and Multiple Phases of Layered Double Hydroxides Part 1 (Nanotechnolpogy) [Электронный ресурс] // What-Whem-How. - Режим доступа: http://what-when-how.com/nanoscience-and-nanotechnology/self-assembly-and-multiple-phases-of-layered-double-hydroxides-part-l-nanotechnology.

42. Nakagawa, K. novel method of CO2 capture from high temperature gases / K. Nakagawa, T. Ohashi //Journal of the Electrochemical Society. - 1998. - Vol. 145. -N. 4. - P. 13441346.

43. Xiong, R. Kinetics of carbon dioxide sorption on potassium-doped lithium zirconate / R. Xiong, J. Ida, Y.S. Lin // Chem. Eng. Sci. - 2003. - Vol. 58. - P. 4377-4385.

44. Ida, J. Synthesis and CO2 sorption properties of pure and modified lithium zirconate / J. Ida, R. Xiong, Y.S. Lin // Separation and Purification Technology. - 2004. - Vol. 36. - P. 41-51.

45. Fauth, D.J. CO2 Scrubbing with Novel Lithium Zirconate Sorbents / D.J. Fauth, J.S. Hoffman, R.P. Reasbeck, H.W. Pennline // Prepr. Pap.-Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem. - 2004. - Vol. 49. - P. 310-311.

46. Lopez-Ortiz, A. SER process variable evaluation for the production of hydrogen using calcined dolomite / A. Lopez-Ortiz, V. Collins-Martinez, D.P. Harrison //Journal of New Materials for Electrochemical Systems.-2011.-Vol. 14.-P. 121-126.

47. Choi, D.-H. Study of MgO-based dry regenerable sorbent for sorption enhanced water gas shift reaction / D.-H. Choi, J.B. Lee, T.H. Eom, J.I. Baek, S. Jegarl, C.K. Ryu // Renewable Energy.-2013.-N. 54.-P. 144-149.

48. Inoue, R. Thermodynamic consideration on the absorption properties of carbon dioxide to basic oxide / R. Inoue, S. Ueda, K. Wakuta, K. Sasaki, T. Ariyama // ISIJ International. -2010. -N. 50. -1. 11.-P. 1532-1538.

49. Qin, C. Fabrication of CaO-based sorbents for CO2 capture by a mixing method / C. Qin, W. Liu, II. An, J. Yin, B. Feng // Environmental Science and Technology. - 2012. - N. 46. -P. 1932-1939.

50. Kierzkowska, A.M. CaO-based C02 sorbents: From fundamentals to the development of new, highly effective materials / A.M. Kierzkowska, R. Pacciani, C.R. Miiller // ChemSusChem. - 2013. -Vol. 6.-P. 1130-1148.

51. Garcia-Labiano, F. Calcination of calcium-based sorbents at pressure in a broad range of CO2 concentrations / F. Garcia-Labiano, A. Abad, L.F. de Diego, P. Gayan, J. Adanez // Chem. Eng. Sci. - 2002. - Vol. 57. - P. 2381 -2393.

52. Abanades, C. Conversion Limits in the Reaction of C02 with Lime / C. Abanades, D. Alvarez // Energy Fuels - 2003. - Vol. 17. - P. 308-315.

53. Lysikov, A. Change of C02 Carrying Capacity of CaO in Isothermal Recarbonation-Decomposition Cycles / A. Lysikov, A. Salanov, A. Okunev // Ind. Eng. Chem. Res. -2007. - N. 46. - P. 4633-4638

54. Wang, Y. The effects of steam and carbon dioxide on calcite decomposition using dynamic x-ray diffraction / Y. Wang, W. Thomson //Chem. Eng. Sei. - 1995. - N. 9. - P. 13731382.

55. Rostrup-Nielsen, J.R. Catalytic Steam Reforming / J.R. Rostrup-Nielsen; Ed. J.R. Anderson and M. Boudart // Catalysis - science and technology. - Berlin. : AkademieVerlag, 1984. - Vol. 5. - P. 3-117.

56. Abanades, J.C. The maximum capture efficiency of C02 using a carbonation/calcination cycle of СаО/СаСОз / J.C. Abanades // Chem. Eng. J. - 2002. -N. 90. - P. 303-306.

57. Bhatia, S.K. Effect of the product layer on the kinetics of СОг-Нте reaction / S.K. Bhatia, D.D. Perlmutter//AIChE J. - 1983. -N. 29. - P. 79-86.

58. Лысиков, А.И. Исследование поглотителей и катализаторов для абсорбционно-каталитической конверсии метана в неподвижном слое: дис. ... канд. хим. наук: 02.00.15 / Антон Игоревич Лысиков. - И., 2009. - 125 с.

59. Curran, G.P. Carbon Dioxide Acceptor Process / G.P. Curran, J.T. Clancey, D.A. Scarpiello, C.E. Fink, E. Gorin // Chem. Eng. Prog. - 1966. -N. 62. - P. 80.

60. Curran, G.P. CO2 Acceptor Gasification Process. Studies of Acceptor Properties / G.P. Curran, C.E. Fink, E. Gorin // Adv. Chem. Ser. - 1967. -N. 69. - P. 141.

61. Kuramoto, K. Repetitive Carbonation Calcination Reactions of Ca-Based Sorbents for Efficient CO2 Sorption at Elevated Temperatures and Pressures / K. Kuramoto, S. Fujimoto, A. Morita, S. Shibano, Y.Suzuki, FI. Hatano, L. Shi-Ying, M. Harada, T. Takarada // Ind. Eng. Chem. Res. - 2003. - Vol. 42. - P. 975-981.

62. Fuerstenau, M.C. Liquidus temperatures in the СаСОз,-Са(ОН)2,-СаО and СаС03,-CaSC>4,-CaS ternary Systems / M.C. Fuerstenau, C.M. Shen, B.R. Palmer // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. - 1981. -N. 20. - P. 441-445.

63. Lee, K.B. Novel Thermal-Swing Sorption-Enhanced Reaction Process Concept for Hydrogen Production by Low-Temperature Steam-Methane Reforming / K.B. Lee, M.G. Beaver, H.S. Caram, S. Sircar // Int. J. Hydrogen Energy. - 2008. - Vol. 33. - P. 781-790.

64. Lyon, R.K. Unmixed combustion: An alternative to fire / R.K. Lyon, J.A. Cole // Combust. Flame.- 2000. -N. 121.-P. 249-261.

65. Derevschikov, V.S. Sorption properties of lithium carbonate doped CaO and its performance in sorption enhanced methane reforming / V.S. Derevschikov, A.I. Lysikov, A.G. Okunev // Chem. Eng. Sei. - 2011. - N. 66. - P. 3030-3038.

66. Сеттерфилд, Ч. Практический курс гетерогенного катализа / Ч. Сеттерфилд. — М. : Мир, 1984.-520 с.

67. Шаронов, В.Е. Регенерируемые поглотители диоксида углерода на основе оксида кальция и карбонатов щелочных металлов: дис. ... канд. хим. наук: 02.00.15 / Шаронов Василий Евгеньевич. - II., 2004. - 148 с.

68. Иванова, А.С. Влияние на удельную поверность оксида кальция условий термической обработки / А.С. Иванова, Б.Л. Мороз, Г.С. Литвак, Л.Г. Оккель // Неорг. Материалы. - 1998. -Т. 34 - № 22. - с. 432-435.

69. Lu, Н. Calcium oxide based sorbents for capture of carbon dioxide at high temperatures / H. Lu, E.P. Reddy, P.G. Smirniotis // Ind. Eng. Chem. Res. - 2006. - Vol. 45. - P. 39443949.

70. Klabunde, K.J. Nanocrystals as stoichiometric reagents with unique surface chemistry / K.J. Klabunde // J. Phys. Chem. - 1996. - Vol. 100.-P. 12142-12153.

71. Deng, S.G. A Bio-Inspired Approach to the Synthesis of СаСОз Spherical Assemblies in Soluble Ternary-Additive System / S.G. Deng, J.M. Cao, J. Feng, J. Guo, B.Q. Fang, M.B. Zheng, J. Tao // J. Phys. Chem. - 2005. - Vol. 109. - P. 11473-11477.

72. Wang, T. Nonclassical Crystallization: Mesocrystals and Morphology Change of СаСОз Crystals in the Presence of a Polyelectrolyte Additive / T. Wang, H. Colfen, M. Antonietti // JACS. - 2005. - N. 127. - P. 3246-3247.

73. Florin, N.H. Screening CaO-Based Sorbents for CO2 Capture in Biomass Gasifiers / N.H. Florin, A.T. Harris // Energy Fuels. - 2008. -N. 22. - P. 2734-2742.

74. Мельников, Е.Я. Справочник азотчика / Е.Я. Мельников. - М. : Мир, 1986. - 512 с.

75. Пармон, В.Н. Лекции по химической термодинамике / В.Н. Пармон. — Новосибирск. НГУ, 2004.-254 с.

76. Пахомов, Н.А. Научные основы приготовления катализаторов. / Н.А. Пахомов. — Новосибирск : ИК СО РАН, 2009. - 281 с.

77. Dobner, S. Cyclic Calcination and Recarbonation of Calcined Dolomite / S. Dobner, L. Sterns, R.A. Graff, A.M. Squires // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. - 1977. - N. 4. -P.479-486.

78. Johnsen, K. Sorption-enhanced steam reforming of methane in a fluidized bed reactor with dolomite as C02-acceptor / K. Johnsen, H.J. Ryu, J.R. Grace, C.J. Lim // Chem. Eng. Sci. -2006.-N. 61.-P. 1195-1202.

79. А.с.793616 СССР. Способ получения твердого поглотителя углекислого газа / Курдюмов, С.С., и др.; опубл. 09.10.1978.

80. А.с 565696 СССР. Способ получения твердого поглотителя углекислого газа /Бруп-цеховой, А.Э., Курдюмов, С.С., Сидорова Н.В.; опубл. 25.07.1977.

81. Li, Y. Cyclic calcination/carbonation looping of dolomite modified with acetic acid for C02 capture / Y. Li, C. Zhao, L. Duan, C. Liang, Q. Li, W. Zhou, H. Chen // Fuel Process. Technol. — 2008. - N. 12.-P. 1461-1469.

82. Salvador, C. Enhancement of CaO for C02 capture in an FBC environment / C. Salvador, D. Lu, E.J. Anthony, J.C. Abanades // Chem. Eng. J. - 2003. - N. 96. - P. 187-195.

83. Li, L. Magnesia-stabilized calcium oxide absorbents with improved durability for high temperature C02 capture / L. Li, D.L. King, Z. Nie, C. Howard // Ind. Eng. Chem. Res. -

2009.-N. 48.-P. 10604-10613.

84. Пат. № 4284528 США, 502/411 .Synthetic C02 acceptor / Lancet, M.S. and Curran, G.P.; заявитель и патентообладатель Conoco Inc. (Stamford, CT). - опубл. 18.08.1981.

85. Пат. № 4330430 США, 502/55.Method for producing and regenerating a synthetic C02 acceptor / Lancet, M.S., Curran, G.P., and Gorin, E.; заявитель и патентообладатель Conoco Inc. (Stamford, CT). - опубл. 18.05.1982.

86. Huang, C. Development of high-temperature C02 sorbents made of CaO-based mesoporous silica / C. Huang, K. Chang, C. Yu, P. Chiang, C. Wang // Chem. Eng. J. -

2010.-N. 161.-P. 129-135.

87. Aihara, M. Development of porous solid reactant for thermal-energy storage and temperature upgrade using carbonation/decarbonation reaction / M. Aihara, T. Nagai, J. Matsushita, Y. Negishi, H. Ohya // Applied Energy - 2001. -N. 69. - P. 225-238.

88. Li, Z. Experimental Studies, and Analysis of a New Calcium-Based Carbon Dioxide Absorbent / Z. Li, N. Cai, Y. Huang, H. Han // Energy Fuels - 2005. - N. 19. - P. 14471452.

89. Martavaltzi, C.S. Development of new CaO based sorbent materials for C02 removal at high temperature / C.S. Martavaltzi, A.A. Lemonidou // Microporous Mesoporous Mater. -2008.-N. 110.-P. 119-127.

90. Li, Z. Effect of Preparation Temperature on Cyclic C02 Capture and Multiple Carbonation Calcination Cycles for a New Ca-Based C02 sorbent / Z. Li, N. Cai, Y. Huang // Ind. Eng. Chem. Res. - 2006. - N. 45. - P. 1911-1917.

91. Якерсон, В.И. Катализаторы и цементы / В.И. Якерсон, Е.З. Голосман. - М. : Химия, 1992.-256 с.

92. Lu, H. Flame-Made Durable Doped-CaO Nanosorbents for CO2 Capture / II. Lu, A. Khan, S.E. Pratsinis, P.G. Smirniotis // Energy Fuels - 2009. -N. 23. - P. 1093-1100.

93. Третьяков, Ю.Д. Неорганическая химия: в 3 т. Т.1. Химия элементов / Ю.Д. Третьяков, Л.И. Мартыненко, А.Н. Григорьев, А.Ю. Цивадзе; под ред. Ю.Д. Третьякова. -М.: Академия, 2007. - 537 с.

94. Рабинович, В.А. Краткий химический справочник / В.А. Рабинович, З.Я Хавин. -Ленинград : Химия, 1978.-392 с.

95. Zhang, X. Investigation on a novel СаО-УгОз sorbent for efficient CO2 mitigation / X. Zhang, Z. Li, Y. Peng,, W. Su, X. Sun, J. Li // Chem. Eng. J. - 2014. - Vol. 243. - P. 297304.

96. Maslin, M. Global Warming: A Very Short Introduction / M. Maslin. - New York : Oxford University Press, 2004. - 162 p.

97. Carnesale, A. America's Climate Choices / A. Carnesale, W. Chameides, D.F. Boesch, et al. - Washington, D.C. : The National Academic Press, 2011. - 118 p.

98. Yang, H. Progress in carbon dioxide separation and capture: A review / H. Yang, Z. Xu, M. Fan, R. Gupta, R.B. Slimane, A.E. Bland, I. Wright // Journal of Environmental Sciences. - 2008. - N. 20. - P. 14-27.

99. Wang, Q. CO2 capture by solid adsorbents and their applications: current status and new trends / Q. Wang, J. Luo, Z. Zhong, A. Borgna // Energy Environ. Sci. - 2011. - Vol. 4. -P. 42-55.

100. Yu, C. A Review of CO2 Capture by Absorption and Adsorption / C. Yu, C. Huang, C. Tan // Aerosol and Air Quality Research. - 2012. - Vol.12. - P. 745-769.

101. Roshelle, G.T. Amine scrubbing for C02 capture / G.T. Roshelle // Science. - 2009. - Vol. 325.-P. 1652-1654.

102. Spigarelli, B.P. Opportunities and challenges in carbon dioxide capture / B.P. Spigarelli, S.K. Kawatra //Journal of C02 Utilization. - 2013. - Vol.1. - P.69-87.

103. Baciocchi, R. Process design and energy requirements for the capture of carbon dioxide from air / R. Baciocchi, G. Storti, M. Mazzotti // Chemical Engineering and Processing. -2006.-Vol. 45.-P. 1047-1058.

104. Goeppert, A. Air as renewable carbon source of the future: an overview of CO2 capture from the atmosphere / A. Goeppert, M. Czaun, , G.K. Prahash, G.A. Olah // Energy Environ. Sci. -2012. -N. 5.-P. 7833-7853.

105. Cheng, H. Removal of CO2 from indoor air by alkanolamine in a rotating packed bed / II. Cheng, C. Tan//Separation and Purification Technology.-2011.-N. 82.-P. 156-166.

136

106. Keith, D.W. Why Capture C02 from the Atmosphere? / D.W. Keith // Science. - 2009. -Vol. 25.-P. 1654.

107. Jones, N. Sucking it up/N. Jones //Nature. -2009.- N. 458. -P. 1094-1097.

108. House, K.Z. Economic and energetic analysis of capturing C02 from ambient air / K.Z. House, A.C. Baclig, M. Ranjan, E.A. van Nierop, J. Wilcox, H.J. Herzog // PNAS. - 2011. -Vol. 108.-N. 51.-P. 20428-20433.

109. Chen, W. Carbon dioxide capture by single droplet using Selexol, Rectisol and water as absorbents: A theoretical approach / W. Chen, S. Chen, C. Hung // Applied Energy. -2013.-Vol. 111.-P. 731-741.

110. Stolaroff, J.K. Carbon Dioxide Capture from Atmospheric Air Using Sodium Hydroxide Spray / J.K. Stolaroff, D.W. Keith, G.V. Lowry // Environ. Sci. Technol. - 2008. - Vol. 42. -P 2728-2735.

111. Жданов, С.П. Синтетические цеолиты / С.П. Жданов, С.С. Хвощев, Н.Н. Самулевич. -М.: Химия, 1981.-261 с.

112. Zhao, D. Characteristics of the synthetic heulandite-clinoptilolite family of zeolites / D. Zhao, K. Cleare, C. Oliver, C. Ingram, D. Cook, R. Szostak, L. Kevan // Microporous Mesoporous Mater. - 1998.-Vol. 21.-P. 371-379.

113. Jacobs, P.A. Surface probing of synthetic faujasites by adsorption of carbon dioxide. Part 1.—Infra-red study of carbon dioxide adsorbed on Na-Ca-Y and Na-Mg-Y zeolites / P.A. Jacobs, F.H. Van Cauwelaert, E.F. Vansant, J.B. Uytterhoeven //J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1,- 1973. -Vol. 69.-P. 1056-1068.

114. Montanari, T. On the mechanism of adsorption and separation of C02 on LTA zeolites: An IR investigation / T. Montanari, G. Busca // Vib. Spectrosc. - 2008. - V. 46. - P. 45-51.

115. Inui, T. Relationship between properties of various zeolites and their C02-adsorption behaviors in pressure swing adsorption operation / T. Inui, Y. Okugawa, M. Yasuda // Ind. Eng. Chem. Res. - 1988. - Vol. 27. - P. 1103-1109.

116. Ко, D. Optimization of a Pressure-Swing Adsorption Process Using Zeolite 13X for C02 Sequestration / D. Ко, R. Siriwardane, L.T. Biegler // Ind. Eng. Chem. Res. - 2003. -Vol. 42.-P. 339-348.

117. Xu, X. Preparation and characterization of novel C02 "molecular basket" adsorbents based on polymer-modified mesoporous molecular sieve MCM-41 / X. Xu, C. Song., J.M. Andresen, B.G. Miller, A.W Scaroni // Microporous Mesoporous Mater. - 2003. - Vol. 62 - P. 29-45.

118. Gallei, E. Infrared spectroscopic studies of the adsorption of carbon dioxide and the coadsorption of carbon dioxide and water on CaY- and NiY-zeolites / E. Gallei, G. Stumpf // Colloid Interface Sei. - 1976. - Vol. 55. - P. 415-420.

119. Rege, S.U. A novel FTIR method for studying mixed gas adsorption at low concentrations: II2O and CO2 on NaX zeolite and gamma-alumina / S.U. Rege, and R.T. Yang // Chem. Eng. Sei.-2001.-Vol. 56.-P. 3781-3796.

120. Brandani, F. The Effect of Water on the Adsorption of C02 and C3H8 on Type X Zeolite / F. Brandani, D.M. Ruthven // Ind. Eng. Chem. Res. - 2004. - Vol. 43. - P. 8339-8344.

121. Janchen, J. Water and carbon dioxide sorption properties of natural zeolites and clay minerals at martian surface temperature and pressure conditions / J. Janchen, D.T.F. Mohlmann, H. Stach // Stud. Surf. Sei. Catal. - 2007. - Vol. 170. - P. 2116-2121.

122. Diaz, E. Enhancement of the CO2 Retention Capacity of Y Zeolites by Na and Cs Treatments: Effect of Adsorption Temperature and Water Treatment / E. Diaz, E. Munoz, A. Vega, S. Ordonez // Ind. Eng. Chem. Res. - 2008. - Vol. 47. - P. 412-418.

123. Stuckert, N. R. CO2 Capture from the Atmosphere and Simultaneous Concentration Using Zeolites and Amine-Grafted SBA-15 /N.R. Stuckert, R.T. Yang// Environ. Sei. Technol. — 2011. - Vol. 45. - P 10257-10264.

124. Yazaydm, A.O. Screening of Metal- Organic Frameworks for Carbon Dioxide Capture from Flue Gas Using a Combined Experimental and Modeling Approach / A.O. Yazaydin, R.Q. Snurr, T. Park, K. Koh, J. Liu, D.M. LeVan, A.I. Benin, P. Jakubczak, M. Lanuza, D.B. Galloway // J. Am. Chem. Soc. - 2009. - Vol. 131. - N. 51. - P. 18199.

125. Liu, J. Progress in adsorption-based CO2 capture by metal-organic frameworks / J. Liu, P.K. Thallapally, B.P. McGrail, D.R. Brown, J Liu // Chem. Soc. Rev. - 2012. - Vol. 41. -P. 2308-2322.

126. Millward, A.R. Metal-Organic Frameworks with Exceptionally High Capacity for Storage of Carbon Dioxide at Room Temperature / A.R. Millward, O.M. Yaghi // J. Am. Chem. Soc.-2005.-Vol. 127.-N. 51.-P. 17998-17999.

127. Donner, S. Ein Käfig voller Energie [Электронный ресурс] / S. Donner // Technology Review Das Magazin fur innovation. - 2007. - Режим доступа: http://w\\^v.heise.de/tr/artikel/Ein-Kaefig-voller-Energie-274716.html.

128. Liewellyn, P.L. High Uptakes of CO2 and CH4 in Mesoporous Metals Organic Frameworks MIL-100 and MIL-101 / P.L. Liewellyn, S. Bourrelly, C. Serre, A.Vimont, M. Daturi, L. Hamon, G.D. Weireld, J.Chang, D. Hong, Y.K. Hwang, S.H. Jhung, G. Ferey // Langmuir. - 2008. - Vol. - 24. - P. 7245-7250.

129. Li, Y. Gas Adsorption and Storage in Metal-Organic Framework MOF-177 / Y. Li, R.T. Yang // Langmuir. - 2007. - Vol. 23. -N. 26. - P. 12937-12944.

130. McDonald, T.M. Capture of Carbon Dioxide from Air and Flue Gas in the Alkylamine-Appended Metal - Organic Framework mmen-Mg 2 (dobpdc) / T.M. McDonald, W.R. Lee, J.A. Mason, B.M. Wiers, C.S. Hong, J.R. Long //J. Am. Chem. Soc. - 2012. - Vol. 134.-P. 7056-7065.

131. Wurzbacher, J.A. Concurrent Separation of C02 and H2O from Air by a Temperature-Vacuum Swing Adsorption/Desorption Cycle / J.A. Wurzbacher, C. Gebald, N. Piatkowski, A. Steinfeld//Environ. Sci. Technol. -2012. - Vol. 46. -P. 9191-9198.

132. Li, W. Steam-Stripping for Regeneration of Supported Amine-Based CO2 Adsorbents / W. Li, S. Choi, J.H. Drese, M. Ilornbostel, G. Krishnan, P.M. Eisenberger, C.W. Jones // ChemSusChem. - 2010. - Vol. 3. - P. 899-903.

133. Belmabkhout, Y. Amine-bearing mesoporous silica for CO2 removal from dry and humid air / Y. Belmabkhout, R. Serna-Guerrero, A. Sayari // Chem. Eng. Sci. - 2010. - Vol. 65. -P. 3695-3698.

134. Drese, J.H. Synthesis-Structure-Property Relationships for Hyperbranched Aminosilica C02 Adsorbents / J.H. Drese, S. Choi, R.P. Lively, W.J. Koros, D.J. Fauth, M.L. Gray, and C.W. Jones // Adv. Funct. Mater. - 2009. - Vol. 19. - P. 3821-3832.

135. Liang, Z. Stepwise growth of melamine-based dendrimers into mesopores and their CO2 adsoiption properties / Z. Liang, B. Fadhel, C.J. Schneider, A.L. Chaffee // Microporous Mesoporous Mater. - 2008. - Vol. 111. - P. 536-543.

136. Choi, S. Application of Amine-Tethered Solid Sorbents for Direct CO2 Capture from the Ambient Air / S. Choi, J.H. Drese, P.M. Eisenberger, C.W. Jones // Environ. Sci. Technol. - 2011. - Vol. 45. - P. 2420-2427.

137. Bali, S. Oxidative Stability of Amino Polymer -Alumina Hybrid Adsorbents for Carbon Dioxide Capture / S. Bali, T.T. Chen, W. Chaikittisilp, C.W. Jones // Energy Fuels. - 2013. -Vol. 27.-P. 1547-1554.

138. Sayari, A. CO2 Induced Degradation of Amine-Containing Adsorbents:Reaction Products and Pathways / A. Sayari, A. Heydari-Goiji, Y. Yang // J. Am. Chem. Soc. - 2012. - Vol. 134.-P. 13834-13842.

139. Drage, T.C. Thermal stability of polyethylenimine based carbon dioxide adsorbents and its influence on selection of regeneration strategies / T.C. Drage, A. Arenillas, K.M. Smith, C.E. Snape // Microporous and Mesoporous Mater. - 2008. - Vol. 116. - P. 504-512.

140. Lackner, K.S. Capture of carbon dioxide from ambient air / K.S. Lackner // Eur. Phys. J. Spec. Top.-2009.-Vol. 176.-P. 93-106.

141. Nikulshina, V. Feasibility of Na-based Thermochemical cycles for the capture of ССЬ from air - thermodynamic and thermogravimetric analyses / V. Nikulshina, N. Ayesa, M.E. Galvez, A. Steinfeld // Chem. Eng. J. - 2008. - Vol. 140. - P. 62-70.

142. Dong, W. Carbonation Characteristics of Dry Sodium-Based Sorbents for CO2 Capture / W. Dong, X. Chen, Y. Wu, C. Zhao // Energy Fuels. - 2012. - Vol. 26(9). - P. 6040-6046.

143. Lee, J.B. Sodium-based dry regenerable sorbent for carbon dioxide capture from power plant flue gas / J.B. Lee, C.K. Ryu, J.I. Baek, J.II. Lee, Т.Н. Eom, S.H. Kim // Ind. Eng. Chem. Res. - 2008. - Vol. 47. - P. 4465-4472.

144. Yi, C.K. C02 Capture Characteristics of Dry Sorbents in a Fast Fluidized Reactor / C.K. Yi, S.H. Jo, Y. Seo, S.D. Park, K.H. Moon, J.S. Yoo, J. B. Lee, C.K. Ryu //Stud. Surf. Sci. Catal. - 2006. - Vol. 159. - P. 501 -504.

145. Dinda, S. Development of solid adsorbent for carbon dioxide capture from flue gas / S. Dinda // Separation and Purification Technology. - 2013. - Vol. 109. - P. 64-71.

146. Lee S.C. CO2 absorption and regeneration of alkali metal-based solid sorbents / S.C. Lee, B.Y. Choi, TJ. Lee, C.K. Ryu, Y.S. Ahn, J.C. Kim // Catal.Today. - 2006. - Vol. 111. - P. 385-390.

147. Франк-Каменецкий, Д.А. Основы макрокинетики. Диффузия и теплопередача в химической кинетике / Д.А. Франк-Каменцекий. - Долгопрудный : Издательский дом «Интеллект», 2008. - 408 с.

148. Боресков, Г.К. Курс гетерогенного катализа / Г.К. Боресков. - М. : Наука, 1986. - 304 с.

149. Аристов, Ю.И. Композитные сорбенты «соль в пористой матрице» синтез, свойства,применение / Ю.И. Аристов, Л.Г. Гордеева, М.М. Токарев. - Новосибирск : Издательство СО РАН, 2008. - 362 с.

150. Ilayashi, Н. Efficient recovery of carbon dioxide from flue gases of coal-fired power plants by cyclic fixed-bed operations over КгСОз-оп-сагЬоп / H. Hayashi, J.Taniuchi, N. Furuyashiki, S. Hirano, N. Shigemoto, T. Nonaka // Ind. Eng. Chem. Res. - 1998. -Vol. 37 -N. l.-P. 185-191.

151. Okunev, A.G. Sorption of carbon dioxide from wet gases by КгСОз-т-рогош matrix: influence of the matrix nature / A.G. Okunev, V.E. Sharonov, Y.I. Aistov, V.N. Parmon // React. Kinet. Catal. Lett. - 2000. - Vol. 71(2). - P. 355.

152. Lee, S.C. Dry Potassium-Based Sorbents for C02 Capture / S.C. Lee, J.C. Kim // Catal. Surv. Asia.-2007.-N. 11.-P. 171-185.

153. Zhao, С. K2CO3/AI2O3 for capturing CO2 in flue gas from power plants. Part 1: Carbonation behaviors of K2CO3/AI2O3 / C. Zhao, X. Chen // Energy Fuels. - 2012 - Vol. 26.-P. 1401-1405.

154. Lee, S.C. Development of regenerable MgO-based sorbent promoted with K2CO3 for ССЬ capture at low temperatures / S.C. Lee, H.J. Chae, S.J. Lee, B.Y. Choi, C.K Yi, J.B. Lee, C.K. Ryu, J.C. Kim // Environ. Sci. Technol. - 2008.- Vol. 42.- P. 2736-2741.

155. Lee, S.C. Novel regenerable potassium-based dry sorbents for CO2 capture at low temperatures / S.C. Lee, H.J. Chae, S.J. Lee, Y.H. Park, C.K. Ryu, C.K. Yi, J.C. Kim // J. Mol. Catal. B: Enzym. - 2009. - Vol. 56. - P. 179-184.

156. Sharonov, V.E. React. Kinetics of carbon dioxide sorption by the composite material K2C03 in AL2O3 / V.E. Sharonov, A.G. Okunev, Y.I. Aristov // Kinet.Catal. Lett. - 2004. -Vol. 82.-P. 363-369.

157. Zhao, C. The carbonation and active component distribution behaviors of several potassium-based sorbents / C. Zhao, X. Chen, C. Zhao // Ind. Eng. Chem. Res. — 2011.— Vol. 50. - P. 4464-4470.

158. Окунев, А.Г. Поглощение диоксида углерода композитным сорбентом "карбонат калия в пористой матрице" / А.Г. Окунев, В.Е. Шаронов, А.В. Губарь, И.Г. Данилова, Е.А. Паукштис, Э.М. Мороз, Т.А. Кригер, В.В. Малахов, Ю.И. Аристов // Известия академии наук. Сер. химическая. - 2003-N. 2. - с. 343-347.

159. Израелашвили, Д.Н. Межмолекулярные и поверхностные силы / Д.Н. Израелашвили. - М.: Научный мир, 2011.-456 с.

160. Gao, Н. First principles study on the adsorption of CO2 and H20 on the K2CO3 (001) surface / H. Gao, S. Pishney, M.J. Janik // Surface science. - 2013. - Vol. 609. - P. 140146.

161. Zhao, C. Effect of crystal structure on CO2 capture characteristics of dry potassium-based sorbents / C. Zhao, X. Chen, C. Zhao // Chemosphere. - 2009. - Vol. 75. - P. 1401-1404.

162. Zhao, С. CO2 absorption using dry potassium-based sorbents with different supports / C. Zhao, X. Chen, C. Zhao // Energy Fuels. - 2009. - Vol. 23. - P. 4683-4687.

163. Song, C. Global challenges and strategies for control, conversion and utilization of CO2 for sustainable development involving energy, catalysis, adsorption and chemical processing / C. Song // Catal. Today. - 2006. - Vol. 115. - P. 2-32.

164. Yu, K.M. Recent Advances in C02 Capture and Utilization / K.M. Yu, I. Curcic, J. Gabriel, S.C. Tsang // ChemSusChem. - 2008. - Vol. 1. - P. 893-899.

165. Wei, W. Methanation of carbon dioxide: an overview / W. Wei, G. Jinlong // Frontiers of Chemical Science and Engineering. - 2011. - Vol. 5. - P. 2-10.

166. Borgschulte, A. Sorption enhanced C02 methanation / A. Borgschulte, N. Gallandat, B. Probst, R. Suter, E. Callini, D. Ferri, Y.Arroyo, , R. Erni, H. Geerlings and A. Zuttel // Phys. Chem. Chem. Phys. -2013. - Vol. 15 - P. 9620-9625.

167. Hoekman, S.K. CO2 recycling by reaction with renewably-generated hydrogen / S.K. Hoekman, A. Broch, C. Robbins, R. Purcell // International Journal of Greenhouse Gas Control. - 2010. - Vol. 4. - P. 44-50.

168. Veselovskaya, J.V. Direct C02 capture from ambient air using K2C03/A1203 composite sorbent / J.V. Veselovskaya, V.S. Derevschikov, T.Y. Kardash, O.A. Stonkus, T.A. Trubitsina, A.G. Okunev // International Journal of Greenhouse Gas Control. — 2013. — Vol. 17.-P. 332-340.

169. Hong, S.H. Catalytic Hydrogenation of Carbon Dioxide / S.H. Hong // Chem. Curr. Res. -2013,- Vol. 2.

170. Huo, Z. Catalytic reduction of carbon dioxide into methanol over copper under hydrothermal conditions / Z. Huo, M. Hu, X. Zeng, J. Yun, F. Jin // Catal. Today. - 2012. -Vol. 194.-P. 25-29.

171. Ganesh, I. Conversion of carbon dioxide into methanol - a potential liquid fuel: Fundamental challenges and opportunities (a review) /1. Ganesh // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2014. - Vol. 31. - P. 221 -257.

172. Lo, C. Photoreduction of carbon dioxide with II2 and H20 over Ti02 and ZrC>2 in a circulated photocatalytic reactor / C. Lo, C. Hung, C. Yuana, J. Wu // Solar Energy Materials & Solar Cells.-2007.-Vol. 91.-P. 1765-1774.

173. Olah, G.A. Anthropogenic Chemical Carbon Cycle for a Sustainable Future / G.A. Olah, G.K.S. Prakash, A. Goeppert, // J. Am. Chem. Soc. - 2011. -N. 133. - P. 12881-12898.

174. Savinova, E.R. Gas-phase electrocatalytic reduction of CO2 to CO on carbon gas-diffusion electrode promoted by cobalt phthalocyanine / E.R. Savinova, S.A. Yashnik, E.N. Savinov and V.N. Parmon // React. Kinet.Catal.Lett. - 1992.-Vol. 46. -N. 2- P. 249-254.

175. Velickov, B. Effects of the Li-evaporation on the czochralski growth of gamma-Thermochemical study of the vaporization of LiA102 / B. Velickov, A. Mogilatenko, , R. Bertram, D. Klimma, R. Uecker, W. Neumann, R. Fornari // J. Cryst. Growth. - 2008. -N. 310.-P. 214-220.

176. Barin, I., Thermochemical Data of Pure Substances /1. Barin. - Weinheim : VCH, 1995. -1885 p.

177. Antolini, E. L12O evaporation from LixCoi-^0 solid solutions at 1200 degrees C / E. Antolini // Ceram. Int. - 2001. - N. 27. - P. 675-679.

178. Antolini, E. Lithium loss from lithium cobalt oxide: hexagonal Lio.5Coo.5O to cubic Li0.065Co0.935O phase transition / E. Antolini // Int. J. Inorg. Mater. - 2001.-N. 3. - P. 721726.

179. Kimura, H. Thermochemical study of the vaporization of Li20(C) by mass-spectrometric Knudsen effusion method / H. Kimura, M. Asano, K. Kubo // J. Nucl. Mater. - 1980. - N. 92. - P.221-228.

180. Tetard, F. Pre-eutectic densification of calcium carbonate doped with lithium carbonate / F. Tetard, D. Bernache-Assollant, E. Champion // J. Therm. Anal. Calorim. - 1999. - N. 56.-P. 1461-1473.

181. Lysikov, A.I. Sorption enhanced hydrocarbons reforming for fuel cell powered generators / A.I. Lysikov, S.N. Trukhan, A.G. Okunev // Int. J. Hydrogen Energy. - 2008. - N. 33. - P. 3061-3066.

182. Duraiswamy, K. Development of a high-efficiency hydrogen generator for fuel cells for distributed power generation / K. Duraiswamy, A. Chellappa, G. Smith, Y. Liu, M.H. Li // Int. J. Hydrogen Energy. - 2010. - N. 35. - P. 8962-8969.

183. Essaki, K. Effect of equilibrium shift by using lithium silicate pellets in methane steam reforming / K.Essaki, T. Muramatsu, M. Kato // Int. J. Hydrogen Energy. - 2008. - N. 33. - P. 4555-4559.

184. Manovic, V. Thermal Activation of CaO-Based Sorbent and Self-Reactivation during CO2 Capture Looping Cycles / V. Manovic and E.J. Anthony // Environ. Sci. Technol. - 2008. -N. 42.-P. 4170-4174.

185. Wu, S.F. Behavior of CaTi03/Nano-CaO as a C02 Reactive Adsorbent / S.F Wu and Y.Q. Zhu // Ind. Eng. Chem. Res. - 2010. -N. 49. - P. 2701-2706.