Rys. 1.1. Najwięksi emitorzy CO2 w roku 2015 (str. 7)
Rys. 1.2. Schemat podstawowych technologii wychwytu CO2 z różnych źródeł konwersji energii
z paliw (str. 12)
Rys. 1.3. Schemat blokowy opisujący prowadzenie procesu wychwytu CO2 przed spalaniem (str. 14)
Rys. 1.4. Schemat technologii post-combustion (str. 18)
Rys. 1.5. Procesy prowadzenia wychwytu ditlenku węgla w technologii post-combustion (str. 19)
Rys. 1.6. Podstawowy schemat wychwytu CO2 w technologii post-combustion za pomocą absorpcji
chemicznej (str. 20)
Rys. 1.7. Schemat procesu wychwytywania CO2 przy użyciu membran (str. 24)
Rys.1.8. Schemat przebiegu separacji CO2 przy użyciu membran (str. 25)
Rys. 1.9. Schemat procesu destylacji kriogenicznej dla wychwytu CO2 (str. 28)
Rys. 1.10. Podstawowy schemat blokowy przedstawiający separację CO2 za pomocą adsorpcji (str. 30)
Rys. 1.11. Schemat blokowy obrazujący relacje między sekwestracją CO2 a produkcją biomasy przy
użyciu mikroalg (str. 31)
Rys. 1.12. Schemat blokowy spalania paliwa w technologii oxy-combustion (str. 33) Rys.1.13. Schemat blokowy spalania w pętli chemicznej (str. 39)
Rys. 1.14. Schemat przebiegu spalania węgla w pętli chemicznej CaS/CaSO4 (str. 40)
Rys. 1.15. Zgazowanie węgla z uwzględnieniem separacji CO2 opartej na pętlach chemicznych (str. 41)
Rys. 1.16. Koncepcje wykorzystania pętli chemicznych CaS/CaSO4 (str. 41)
Rys. 1.17. Schemat brany pod uwagę przez kod komputerowy CeSFaMB (str. 45)
Rys. 1.18. Poszczególne etapy modelowania procesu CLC z wykorzystaniem kodu komputerowego CSFMB (str. 46)
Rys. 1.19. Układ do fluidalnego spalania paliw stałych w pętli chemicznej (str. 47) Rys. 1.20. Schemat technologii CCU: powstające oraz istniejące (str. 49)
Rys. 1.21. Magazynowanie (czasowe i trwałe) oraz zastępowanie paliw kopalnych przez technologie CCU (str. 50)
Rys. 1.22. Emisja CO2 dla różnych opcji CCU (str. 51)
Rys. 1.23. Krzywa poziomu gotowości technologii CCU (stan na rok 2015) (str. 52)
Rys. 1.24. Infrastruktura CO2 w projekcie OCAP (str. 53)
Rys. 1.25. Rozwój technologii CCU oraz przyszły potencjał wychwytu CO2 (str. 55)
Rys. 1.26. Etapy oceny cyklu życia LCA oraz przykłady zastosowań (str. 57)
Rys. 1.27. Względny łączny ślad dla różnych źródeł energii: odnawialnych i konwencjonalnych (str. 58) Rys. 1.28. Poszczególne etapy oceny LCA (str. 61)
Rys. 1.29. Schemat blokowy uwzględniający przepływ wszystkich czynników mających wpływ na
środowisko w systemie EGS z układem ORC (str. 61)
Rys. 1.30. Krzywa ciepła dla materiałów zmiennofazowych: J – ciepło jawne, U – ciepło utajone, Tp –
temperatura fazy przejścia (str. 63)
Rys. 1.31. Klasyfikacja materiałów zmiennofazowych ze względu na typ zmiany fazy (str. 63)
Rys. 1.32. Klasyfikacja materiałów zmiennofazowych z uwagi na rodzaj materiału, z jakiego są wykonane (str. 64)
Rys. 2.1. Schemat układu jednostki adsorpcyjnej (str. 73)
Rys. 2.2. Schemat układu wychwytu CO2 przedstawiony w środowisku IPSE-pro (str. 73)
Rys. 2.3. Podział adsorbentów węglowych zgodnie z klasyfikacją IUPAC (str. 80) Rys. 2.4. Schemat funkcjonowania systemu ekspertowego (str. 88)
Rys. 2.5. Schemat struktury systemu ekspertowego SEDACO2 (str. 89)
Rys. 3.1. Kierunki rozwoju adsorbentów CO2 (str. 91)
Rys. 5.1. Analizator grawimetryczny Hiden – schemat doprowadzania i odprowadzania gazu (str. 93)
Rys. 5.2. Analizator termograwimetryczny TGA/sdta 851e firmy Mettler Toledo; przekrój: 1. przegrody,
2. przewód gazu reakcyjnego, 3. krzemionkowy płaszcz ochronny, 4. zawór odcinający wylot gazu, 5. czujnik temperatury próbki, 6. grzałka pieca, 7. czujnik temperatury pieca, 8. złącze elektryczne, 9. przewód doprowadzający gaz płuczący, 10. komora równowagi termostatycznej, 11. prowadnice mikrowagi, 12. silnik otwierający komorę pieca, 13. Chłodzenie, 14. wlot gazu ochronnego, 15. wlot gazu reakcyjnego (str. 94)
Rys. 5.3. Wygląd zewnętrzny spektrometru podczerwieni Nicolet iS10, ThermoScientific (str. 95) Rys. 5.4. Elementy składowe spektrometru podczerwieni FTIR Nicolet iS10 – widok aparatury po zdjęciu górnej pokrywy, ThermoScientific (str. 95)
Rys. 5.5. Spektrometr podczerwieni FTIR Nicolet iS10 (z lewej) i interfejs TG-FTIR służący do identyfikacji gazów wydzielanych z analizatora TGA (z prawej) (str. 96)
Rys. 6.1. Schemat procedury wstępnego testowania adsorbentów do wychwytu CO2 (str. 98)
Rys. 7.1. Podział stałych sorbentów do wychwytu ditlenku węgla (str. 104)
Rys. 7.2. Procentowa zawartość porów o określonej średnicy dla zeolitów syntetycznych: 1-3A, 2-4A, 3-5A, 4-13X oraz 5-żelu krzemionkowego wąskoporowatego i 6-SKM-3 oraz 7,8-węgli aktywnych wg Inowrocławskich Zakładów Sodowych „Sorbenty cząsteczkowe – broszura informacyjna” Warszawa, 1973 (str. 107)
Rys. 7.3. Mikrostruktury sorbentu cząsteczkowego 4A (str. 107)
Rys. 7.4. Syntetyczny sorbent cząsteczkowy typ 4A produkcji Soda Polska Ciech, Zakład Produkcyjny Soda Mątwy (str. 108)
Rys. 7.5. Węgiel aktywny Acticarbone ncl 6x16 (str. 109) Rys. 7.6. Węgiel aktywny Organosorb (str. 109)
Rys. 7.10. Izotermy adsorpcji N2 w temperaturze 30 i 50°C na próbce AC (str. 110)
Rys. 7.11. Izotermy adsorpcji O2 w temperaturze 30 i 50°C na próbce AC (str. 111)
Rys. 7.12. Izotermy adsorpcji/desorpcji CO2 w temperaturze 30°C na próbce ORG (str. 111)
Rys. 7.13. Izotermy adsorpcji N2 w temperaturze 30°C na próbce ORG (str. 111)
Rys. 7.14. Izotermy adsorpcji O2 w temperaturze 30°C na próbce ORG (str. 112)
Rys. 7.15. Izotermy adsorpcji H2O w temperaturze 30°C na próbce ORG (str. 112)
Rys. 7.16. Izotermy adsorpcji/desorpcji CO2 w temperaturze 30 i 50°C na próbce MSC (str. 113)
Rys. 7.17. Izotermy adsorpcji/desorpcji N2 w temperaturze 30 i 50°C na próbce MSC (str. 113)
Rys. 7.18. Izotermy adsorpcji/desorpcji O2 w temperaturze 30 i 50°C na próbce MSC (str. 113)
Rys. 7.19. Izotermy adsorpcji H2O w temperaturze 30 i 50°C na próbce MSC (str. 113)
Rys. 7.20. Izotermy adsorpcji CO2 w temperaturze 30 i 50°C na próbce 4A (str. 114)
Rys. 7.21. Izotermy adsorpcji N2 w temperaturze 30 i 50°C na próbce 4A (str. 114)
Rys. 7.22. Izotermy adsorpcji O2 w temperaturze 30 i 50°C na próbce 4A (str. 114)
Rys. 8.1. Dyfraktogram XRD materiału F-SBA-15 otrzymanego na bazie przesączu z popiołu lotnego (str. 116)
Rys. 8.2. Izoterma adsorpcji/desorpcji F-SBA-15 z popiołu lotnego (str. 117) Rys. 8.3. Izoterma adsorpcji/desorpcji SBA-15 z czystego źródła Si (str. 117)
Rys. 8.4. SEM materiału mezoporowatego F-SBA-15 (a) z popiołu lotnego, (b, c) SBA-15 z czystego
źródła Si (TEOS). Powiększenie 15 000 x (str. 118)
Rys. 8.5. Widma FTIR amin: PEI, PEHA, DETA (str. 120)
Rys. 8.6. Widma FTIR materiału mezoporowatego z popiołu F-SBA-15 przed i po impregnacji PEI (50%wag.) (str. 121)
Rys. 8.7. Widma FTIR węgla aktywnego z łupek orzecha kokosowego AC przed i po impregnacji PEI, PEHA i DETA (50%wag.) (str. 122)
Rys. 8.8. Widma FTIR molekularnego sita węglowego MSC przed i po impregnacji PEI, PEHA i DETA (50%wag.) (str. 123)
Rys. 8.9. Widma FTIR zeolitu 4A przed i po impregnacji PEI, PEHA i DETA (50%wag.) (str. 123) Rys. 8.10. Profile TG/DTG dla PEI uzyskane w wyniku badań termicznej stabilności aminy PEI, która została użyta do modyfikacji stałych podłoży (str. 124)
Rys. 8.11. Profile TG/DTG dla PEHA uzyskanie w wyniku badań termicznej stabilności aminy PEHA użytej do impregnacji (str. 125)
Rys. 8.12. Profile TG/DTG dla DETA uzyskanie w wyniku badań termicznej stabilności aminy DETA użytej do procesów modyfikacji (str. 125)
Rys. 8.13. Profile TG/DTG dla F-SBA-16 po kalcynacji oraz modyfikowanego F-SBA-15 PEI (str. 126) Rys. 8.14. Profile TG/DTG dla węgla aktywowanego z łupek orzecha kokosowego AC (str. 128) Rys. 8.15. Profile TG/DTG dla węgla aktywowanego AC po impregnacji 50%wag. PEI (str. 128) Rys. 8.16. Profile TG/DTG dla węgla aktywowanego AC po impregnacji 50%wag. PEHA (str. 128)
Rys. 8.17. Profile TG/DTG dla węgla aktywowanego AC po impregnacji 50%wag. DETA (str. 128) Rys. 8.18. Krzywe TG/DTG dla molekularnego sita węglowego MSC (str. 129)
Rys. 8.19. Krzywe TG/DTG dla molekularnego sita węglowego MSC po impregnacji 50%wag. PEI (str. 129)
Rys. 8.20. Krzywe TG/DTG dla molekularnego sita węglowego MSC po impregnacji 50%wag. PEHA (str. 129)
Rys. 8.21. Krzywe TG/DTG dla molekularnego sita węglowego MSC po impregnacji 50%wag. DETA (str. 130)
Rys. 8.22. Krzywe TG/DTG dla zeolitu komercyjnego 4A (str. 130)
Rys. 8.23. Krzywe TG/DTG dla zeolitu komercyjnego 4A po impregnacji 50%wag. PEI (str. 131) Rys. 8.24. Krzywe TG/DTG dla zeolitu komercyjnego 4A po impregnacji 50%wag. PEHA (str. 131) Rys. 8.25. Krzywe TG/DTG dla zeolitu komercyjnego 4A po impregnacji 50%wag. DETA(str. 131)
Rys. 9.1. Izotermiczne profile sorpcji CO2 (25 i 50°C) na węglu aktywnym AC przy zastosowaniu
mieszanin gazowych o różnym stężeniu CO2, zestawienie krzywych TG (str. 134)
Rys. 9.2. Izotermiczne profile sorpcji CO2 (25 i 50°C) na węglu aktywnym ORG przy zastosowaniu
mieszanin gazowych o różnym stężeniu CO2, zestawienie krzywych TG (str. 135)
Rys. 9.3. Izotermiczne profile sorpcji CO2 (25 i 50°C) na molekularnym sicie węglowym MSC przy
zastosowaniu mieszanin gazowych o różnym stężeniu CO2, zestawienie krzywych TG (str. 136)
Rys. 9.4. Izotermiczne profile sorpcji CO2 (25 i 50°C) na zeolicie 4A przy zastosowaniu mieszanin
gazowych o różnym stężeniu CO2, zestawienie krzywych TG (str. 136)
Rys. 9.5. Profile sorpcji CO2 w temperaturze 25°C przy zastosowaniu strumienia o stężeniu 100% CO2
dla zeolitu 4A w formie granulowanej i proszkowej (str. 137)
Rys. 9.6. Izotermiczne (25°C) profile sorpcji CO2 na adsorbentach AC, ORG, MSC i 4A przy
zastosowaniu mieszaniny gazowej o różnych stężeniach CO2; zestawienie krzywych TG/DTG (str. 138)
Rys. 9.7. Zależność pojemności sorpcyjnych różnego typu adsorbentów od stężenia ditlenku węgla w mieszaninach gazowych modelujących spaliny kotłowe w następujących warunkach: temperatura procesu 25 oraz 50°C, ciśnienie 1 bar, natężenie przepływu strumienia gazowego: 50ml/min (str. 139)
Rys. 9.8. Profil sorpcji/desorpcji dla F-SBA-15 PEI w 75°C przy stężeniach CO2 wynoszących 20; 30;
40 i 100%obj. (str. 140)
Rys. 9.9. Temperaturowo programowany test adsorpcji CO2 (TPTA) dla 4 adsorbentów fizycznych: AC,
ORG, MSC i 4A oraz dla adsorbentu fizykochemicznego: materiału mezoporowatego z popiołu
F-SBA-15 impregnowanego PEI; badania prowadzono w atmosferze 100%obj. CO2, przepływ gazu: 50ml/min;
1: izotermiczne profile adsorpcji w 25°C; 2: profile adsorpcji w programowanym temperaturowo teście adsorpcji (TPTA) (str. 141)
Rys. 9.10. Temperaturowo programowany test adsorpcji CO2 (TPTA) w funkcji czasu, połączony
z testem izotermicznej desorpcji (TID): z przepłukiwaniem gazem płuczącym N2(50ml/min)
w temperaturze 25°C (str. 142)
Rys. 9.13. Pojemność sorpcyjna CO2 (TG/DTG) uzyskana na AC, ORG, MSC i 4A w temperaturze 50°C (str. 144)
Rys. 9.14. Pojemność sorpcyjna CO2 (TG/DTG) uzyskana na AC, ORG, MSC i 4A w temperaturze
70°C (str. 145)
Rys. 9.15. Pojemność sorpcyjna CO2 (TG/DTG) uzyskana na AC, ORG, MSC i 4A w temperaturze
100°C (str. 145)
Rys. 9.16. Wpływ temperatury na pojemność sorpcyjną adsorbentu fizykochemicznego z popiołu
modyfikowanego PEI, atmosfera gazowa 100%obj. CO2, przepływ 50ml/min (str. 146)
Rys. 9.17. Profile adsorpcji/desorpcji CO2 na adsorbentach fizycznych AC (1), MSC (2) i 4A (3)
z zastosowaniem temperatury sorpcji 30°C oraz temperatur desorpcji: 50, 70, 100, 120, 140 i 150°C (str. 148)
Rys. 9.18. Profile adsorpcji /desorpcji CO2 na zeolicie 4A (1), AC (2,3) i MSC (3) – temp. sorpcji 25,
50°C; temperatury desorpcji: 25, 50, 75, 100°C z zastosowaniem gazu płuczącego (N2); zestawienie dla
AC i 4A (4) (str. 149)
Rys. 9.19. Cykl adsorpcji/desorpcji CO2 na węglu aktywnym AC przy stosowaniu temperatury sorpcji
30°C oraz prowadzeniu desorpcji z zastosowaniem gazu płuczącego N2 (w 30 i 50°C) lub przez
podwyższenie temperatury do 50°C (str. 150)
Rys. 9.20. Cykl adsorpcji/desorpcji CO2 na molekularnym sicie węglowym MSC z zastosowaniem
temperatury sorpcji 30°C oraz prowadzeniem desorpcji z przepłukiwaniem gazem płuczącym N2 (w 30
i 50°C) lub przez podwyższenie temperatury do 50°C (str. 151)
Rys. 9.21. Cykl adsorpcji/desorpcji CO2 na adsorbentach fizycznych AC, MSC, ORG i 4A; temperatura
sorpcji 30°C, prowadzenie desorpcji z przepłukiwaniem gazem płuczącym N2 (w 30 i 50°C) lub przez
podwyższenie temperatury do 50°C; atmosfera gazowa sorpcji: 100%obj. CO2 (str. 151)
Rys. 9.22. Cykl adsorpcji/desorpcji CO2 na adsorbentach fizycznych AC, MSC, ORG i 4A; temperatura
sorpcji 30°C, prowadzenie desorpcji z przepłukiwaniem gazem płuczącym N2 (w 30 i 50°C) lub przez
podwyższenie temperatury do 50°C; atmosfera gazowa sorpcji: 50%obj. CO2 (str. 152)
Rys. 9.23. Cykl adsorpcji/desorpcji CO2 na adsorbentach fizycznych AC, MSC, ORG i 4A; temperatura
sorpcji 30°C, prowadzenie desorpcji z przepłukiwaniem gazem płuczącym N2 (w 30 i 50°C) lub przez
podwyższenie temperatury do 50°C; atmosfera gazowa sorpcji: 20%obj. CO2 (str. 152)
Rys. 9.24. Cykl adsorpcji/desorpcji CO2 na AC i AC PEI, temperatura sorpcji 25°C/desorpcji 25°C wraz
z przepłukiwaniem gazem płuczącym N2; atmosfera gazowa sorpcji: 100%obj. CO2 (str. 153)
Rys. 9.25. Cykliczne, wieloetapowe profile adsorpcji/desorpcji CO2 na węglu aktywnym AC przy
stosowaniu temperatury sorpcji 30°C oraz temperatury desorpcji 50°C z lub bez zastosowania N2 jako
gazu płuczącego (str. 155)
Rys. 9.26. Cykliczne profile adsorpcji/desorpcji CO2 na węglu aktywnym AC (1) i AC PEI (2);
temperatura sorpcji 30°C, temperatura desorpcji 70°C (str. 156)
Rys. 9.27. Cykliczne, wieloetapowe profile adsorpcji/desorpcji CO2 na molekularnym sicie węglowym
AC przy stosowaniu temperatury sorpcji 30°C oraz temperatury desorpcji 50°C z lub bez zastosowania
N2 jako gazu płuczącego (str. 157)
Rys. 9.28. Cykliczne, wieloetapowe profile adsorpcji/desorpcji CO2 na zeolicie komercyjnym 4A przy
stosowaniu temperatury sorpcji 30°C oraz temperatury desorpcji 50°C z lub bez zastosowania N2 jako
gazu płuczącego (str. 158)
Rys. 9.29. Cykliczne profile adsorpcji/desorpcji CO2 na zeolicie komercyjnym 4A przy stosowaniu
temperatury sorpcji 30°C oraz temperatury desorpcji 150°C z przepłukiwaniem azotem (N2); przepływ
Rys. 9.30. Krzywe TG i SDTA wieloetapowych cykli adsorpcji/desorpcji dla węgla aktywnego AC:
temperatura sorpcji: 30°C w atmosferze gazowej 100%obj. CO2 (1), 50%obj. CO2 (2), 20%obj. CO2 (3);
desorpcja w temperaturze 30°C, w atmosferze N2; przepływ gazu 50ml/min (str. 159)
Rys. 9.31. Krzywe TG i SDTA wieloetapowych cykli adsorpcji/desorpcji dla molekularnego sita
węglowego MSC: temperatura sorpcji: 30°C w atmosferze gazowej 100%obj. CO2 (1), 50%obj. CO2
(2), 20%obj. CO2 (3); desorpcja w temperaturze 30°C, w atmosferze N2; przepływ gazu 50ml/min (str.
160)
Rys. 9.32 . Krzywe TG i SDTA wieloetapowych cykli adsorpcji/desorpcji dla węgli aktywnych AC (1) i ORG (2), molekularnego sita węglowego MSC (3) oraz zeolitu 4A (4); temperatura sorpcji: 30°C
(100%CO2) , temperatura desorpcji: 30°C (100%N2); przepływ gazu 50ml/min (str. 161)
Rys. 9.33. Profile TG sorpcji/desorpcji fizykochemicznego sorbentu F-SBA-15 PEI w 3 następujących
po sobie cyklach adsorpcji/desorpcji w 90°C; desorpcja poprzez przepłukiwanie N2; przepływ gazu:
50ml/min (str. 162)
Rys. 9.34. Krzywe termograwimetryczne przedstawiające profile adsorpcji/desorpcji CO2 dla węgla
aktywnego AC (1), węgla aktywnego impregnowanego AC PEI (2), molekularnego sita węglowego MSC (3), molekularnego sita węglowego impregnowanego MSC PEI (4) (str. 163)
Rys. 9.35. Profile adsorpcji/desorpcji dla AC, MSC, AC PEI, MSC PEI, AC PEHA i MSC PEHA;
temperatura adsorpcji 25°C, 75°C; desorpcja przy użyciu gazu płuczącego N2, przepływ gazu 50ml/min
(str. 164)
Rys. 9.36. Wykresy Gram-Schmidt węgla aktywnego AC i molekularnego sita węglowego MSC wyjściowego i modyfikowanego PEI i PEHA (str. 164)
Rys. 9.37. Widma zarejestrowane podczas procesu dehydratacji poprzedzającego cykl adsorpcji/ desorpcji prowadzony na adsorbentach fizykochemicznych AC PEI i MSC PEI (str. 165)
Rys. 9.38. Widma zarejestrowane kilka sekund przed momentem gdy została osiągnięta maksymalna pojemność sorpcyjna próbki AC PEI i MSC PEI (str. 165)
Rys. 9.39. Widma zarejestrowane w momencie gdy została osiągnięta maksymalna pojemność sorpcyjna próbki AC PEI i MSC PEI (str. 166)
Rys. 9.40. Widma zarejestrowane na początku procesu desorpcji prowadzonego na adsorbentach fizykochemicznych AC PEI i MSC PEI (str. 166)
Rys. 9.41. Widma zarejestrowane podczas procesu desorpcji prowadzonego na adsorbentach fizykochemicznych AC PEI i MSC PEI (str. 167)
Rys. 9.42. Widma zarejestrowane na końcu procesu desorpcji prowadzonego na adsorbentach fizykochemicznych AC PEI i MSC PEI (str. 167)
Rys. 9.43. Widmo 3D FTIR produktów sorpcji/desorpcji na AC: temperatura sorpcji 25°C/temperatura desorpcji 25°C wraz z przepłukiwaniem azotem (str. 168)
Rys. 9.44. Widmo 3D FTIR produktów sorpcji/desorpcji na MSC: temperatura sorpcji 25°C/temperatura desorpcji 25°C wraz z przepłukiwaniem azotem (str. 168)
Rys. 9.45. Widmo 3D FTIR produktów sorpcji/desorpcji na AC PEI: temperatura sorpcji 75°C/temperatura desorpcji 75°C wraz z przepłukiwaniem azotem (str. 169)