DE69104274T2

DE69104274T2 - Verfahren zur Beseitigung von Kohlendioxid.

Info

Publication number: DE69104274T2
Application number: DE69104274T
Authority: DE
Inventors: Masaki Iijima; Fumio Tomikawa
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1991-06-05
Publication date: 1995-02-16
Anticipated expiration: 2011-06-06
Also published as: CA2044566A1; EP0463663B1; KR940000564B1; EP0463663A1; JP2548826B2; CA2044566C; US5405595A; KR920000628A; JPH0455681A; DE69104274D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beseitigung von Kohlendioxid, insbesondere in der Tiefsee durch Verflüssigen von gasförmigem Kohlendioxid, das zu beseitigen ist, das unter Betrachtung des Beitrages zur Verhinderung globaler Umweltstörungen ersonnen ist, wie klimatische Erwärmung usw. aufgrund der Zunahme in dem Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre.
Der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre ist mehr und mehr angestiegen aufgrund der riesigen Rate der Freigabe von Verbrennungsgase in die Atmosphäre aus verschiedenen Abgasguellen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Benzin und Kohle in Kraftwerken, Kraftfahrzeugen und Fabrikbefeuerungsanlagen in der allgemeinen Industrie wie Heizanlagen usw. Somit ist das Problem der globalen Klimaerwärmung aufgrund des sogenannten Treibhauseffektes wegen der Zunahme des Kohlendioxidgehaltes in der Atmosphäre in den letzten Jahren aktuell geworden.
Mittel wurden zum Verhindern solch einer Zunahme des Kohlendioxidgehaltes in der Atmosphäre vorgeschlagen, in dem Zuflucht zu einer praktischen Weise der Beseitigung von Kohlendioxid gesucht wurde, ohne es in die Atmosphäre freizusetzen, oder zu einem anderen Weg der Beseitigung von Kohlendioxid, in dem es aus der Atmosphäre wiedergewonnen wurde, wie folgt:
a) Beseitigung des Kohlendioxides wird bewirkt auf offener See durch Auflösen desselben in Seewasser, wobei das Seewasser, das das CO&sub2; enthält, ein spezifisches Gewicht größer als das umgebende Seewasser mit keinem CO&sub2;-Gehalt aufweist, so daß das Seewasser, das das Kohlendioxid enthält, auf den Meeresboden absinkt.
Solch ein Verfahren ist aus Patent Abstracts of Japan, Band 14, Nr. 270 (727) 12. Juni 1990 bekannt. Nach diesem Verfahren wird Kohlendioxid in Seewasser auf einer Tiefe von mehr als 700 Metern gelöst. Das Kohlendioxidgas wird in dem Seewasser bis zu einer gesättigten Lösung unter den Bedingung bei solch einer Tiefe gelöst.
b) Beseitigung von Kohlendioxid hat Zuflucht zu dem Phänomen genommen, das verflüssigtes Kohlendioxid ein spezifisches Gewicht größer als das des umgebenden Seewassers aufweist bei der Bedingung der Temperatur und des Druckes, die in einer Tiefsee bei einer Tiefe von 3000 Metern oder mehr vorherrschen. Somit wird gasförmiges Kohlendioxid, das beseitigt werden soll, in einer Kompressionsstation verflüssigt, und das resultierende flüssige Kohlendioxid wird zu einer Tiefe von 3000 Meter oder mehr der Tiefsee geführt, so daß es in solche Tiefsee ausgegeben wird.
Das obige Verfahren a) wird jedoch von einer Furcht begleitet, daß das Seewasser, das das Kohlendioxid enthält, einer Diffusion über ein weites Ausmaß des Seewassers durch natürliche Meeresströmungen unterliegen kann und das ökologische System der Meeresorganismen beeinträchtigen kann.
Das obige Verfahren b) weist einen Nachteil auf, daß ein Verflüssigungsgerät und Energie dafür benötigt werden zur Verflüssigung des gasförmigen Kohlendioxids, abgesehen von der Notwendigkeit zusätzlicher Energie und Einrichtungen zum Transportieren und Wärmeisolieren des verflüssigten Kohlendioxides.
In Hinblick auf den oben erläuterten Stand der Technik wurde die vorliegende Erfindung mit dem Ziel erzielt, daß ein Mittel zum Realisieren einer wirtschaftlichen und sicheren Beseitigung von gasförmigem Kohlendioxid vorgesehen werden soll, das aus Verbrennungsgas aus verschiedenen Abgasquellen stammt oder aus der Atmosphäre wiedergewonnen wird, ohne daß es unter Gefahr der Diffusion von Kohlendioxid über ein weites Ausmaß der offenen See leidet.
Somit ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Beseitigung von Kohlendioxid in der Tiefsee vorgesehen, mit Komprimieren und Entfeuchten des zu beseitigenden gasförmigen Kohlendioxid, Durchleiten des so komprimierten Kohlendioxidgases durch einen kalten Seewasserbereich, bei dem eine Temperaturbedingung, die ausreicht, das komprimierte Kohlendioxid zu verflüssigen, vorherrscht, durch eine Rohrleitung zum Bewirken einer Kühlung des Gases durch Wärmeaustausch mit dem kalten Seewasser zum dadurch Verflüssigen des komprimierten Kohlendioxidgases, Leiten des verflüssigten Kohlendioxides durch eine Verlängerung der Rohrleitung zu einer solchen Tiefe des Seewassers, das das spezifische Gewicht des verflüssigten Kohlendioxides bei solcher Tiefe höher als das des umgebenden Seewasser bei solcher Tiefe ist, und dann Ausgeben des verflüssigten Kohlendioxides in solche Tiefsee.
Gasförmiges Kohlendioxid verflüssigt sich unter der Temperatur- und Druckbedingung, die der Flüssigkeits-/Gasgleichgewichtskurve entspricht, die in dem Diagramm von Figur 1 gezeigt ist. Durch die vorliegende Erfindung wird daher kaltes Seewasser zum Kühlen des gasförmigen Kohlendioxides benutzt wird, indem man es durch eine Rohrleitung durch einen kalten Seewasserbereich unter Kornpression des Kohlendioxides bis zu einem Druck, der hoch genug ist, um es bei der Temperatur solch kalten Wassers zu verflüssigen, fließen läßt. Das durch den kalten Seewasserbereich durch die Rohrleitung geleitete gasförmige Kohlendioxid wird durch Wärmeaustausch mit dem umgebenden kalten Seewasser durch die Rohrwand gekühlt, und es beginnt sich zur verflüssigen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Fluß des komprimierten Kohlendioxides entfeuchtet, damit eine mögliche Bildung kristallinen Kohlendioxidhydrates unter solcher Temperatur- und Druckbedingung verhindert werden kann, die Verstopfung der Rohrleitung verursachen könnte, und damit ein Angriff auf die innere Oberfläche der Rohrleitung durch Kohlensäure verhindert wird, die aus Kohlendioxid und Wasser gebildet wird, nämlich Tau oder Dunst, der aus der Feuchtigkeit kondensiert.
Die Rohrleitung zum Leiten des zu beseitigenden Kohlendioxides wird auf und entlang des Meeresbodens bis zu einer Länge ausgelegt, die solche Tiefe erreicht, daß das spezifische Gewicht des verflüssigten Kohlendioxides, das in die Rohrleitung gefüllt wird, bei dieser Tiefe größer als die des Seewassers bei dieser Tiefe ist aufgrund der erhöhten Druckhöhe durch das eigene Gewicht des verflüssigten Kohlendioxides. Daher kann die Auslaßöffnung der Rohrleitung im allgemeinen bei einer Tiefe von ungefähr 3200 Meter unter dem Meeresspiegel sein.
Daher wird das zu beseitigende gasförmige Kohlendioxid gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Rohrleitung und der Kompression durch einen kalten Seewasserbereich geleitet, so daß dessen Kühlung durch das kalte Seewasser durch Wärmeaustausch damit bewirkt wird, wobei das Gas bei einer relativ flachen Tiefe in der See verflüssigt wird und das so verflüssigte Kohlendioxid dann weiter zu einer solchen Meerestiefe geführt wird, daß das spezifische Gewicht des so unter Druck stehenden flüssigen Kohlendioxides größer als das des umgebenden Seewassers bei solcher Tiefe ist, während das verflüssigte Kohlendioxid einer spontanen Druckerhöhung aufgrund der Erhöhung des Druckgefälles durch das eigene Gewicht des flüssigen Kohlendioxides ausgesetzt wird. Das unter Druck gesetzte flüssige Kohlendioxid wird in die Tiefsee aus dem Auslaß der Rohrleitung ausgegeben. Aufgrund des größeren spezifischen Gewichtes des aus der Rohrleitung ausgegebenen flüssigen Kohlendioxides, das größer als das umgebende Seewasser ist, sinkt es auf den Boden der See.
Durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine sichere und wirtschaftliche Beseitigung gasförmigen Kohlendioxides, das aus verschiedenen Verbrennungsabgasguellen stammt, in eine Tiefsee von einer Tiefe von ungefähr 3200 Meter oder mehr realisiert werden, ohne daß man sich auf den Einsatz eines Gerätes zum Verflüssigen des gasförmigen Kohlendioxides mit entsprechend großem Energieverbrauch in einer an Land aufgestellten speziellen Kompressionsstation verlassen muß.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann eine kontinuierliche Beseitigung von gasförmigem Kohlendioxid in großem Ausmaße leisten.
Figur 1 ist Druck-Temperaturdiagramm für die Flüssigkeits-/Gasgleichgewichtskurve.
Figur 2 ist eine schematische Darstellung des Auslegens der Rohrleitung entlang des Meeresbodens zum Realisieren des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 zeigt ein beispielhaftes geographisches Profil des Meeresbodens.
Figur 4 zeigt den Gang der Änderung der Seewassertemperatur entlang des Meeresbodens auf vereinfachte Weise.
Figur 5 zeigt den Gang der Temperatur des Kohlendioxidflusses in der Rohrleitung entlang der Rohrleitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 6 zeigt einen Gang der Druckänderung des Kohlendioxidflusses entlang der Rohrleitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im folgenden wird das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung mittels einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren 2, 3, 4, 5 und 6 beschrieben.
Es wird nun Bezug genommen auf Figur 2, ein Fluß von 245 Tonnen pro Stunde von gasförmigem Kohlendioxid 1, das zu beseitigen ist, wird in einem Kompressor 2 bis auf einen Druck von 50 ata (5,06625 x 10&sup6; Pa) komprimiert. Der komprimierte Fluß von gasförmigem Kohlendioxid wird durch einen Kühler 3 auf eine Temperatur von 40ºC abgekühlt, woraufhin es durch eine Entfeuchtungseinheit 4 entfeuchtet wird, bevor es zu einer Rohrleitung 5 geleitet wird. Die Rohrleitung 5 weist einen inneren Durchmesser von 40,6 cm (16 Zoll) auf und ist entlang des Meeresbodens bis zu einer Stelle einer Tiefe von 3200 Meter von der Meeresoberfläche mit einer Gesamtausdehnung von 200 km ausgelegt.
Das geographische Profil des Meeresbodens 10, auf dem die Rohrleitung gelegt ist, fällt allmählich von der Meeresküste zu einer Tiefe von 200 Meter über eine Ausdehnung von 50 km von der Küste ab. Der Fluß des Kohlendioxides in der Rohrleitung ist an dieser Stelle genug abgekühlt, so daß es zu verflüssigen beginnt. Von dieser Position 50 km von der Küste fällt der Boden weiter zu einer Tiefe von 3200 Meter über eine weitere Entfernung von bis 200 km von der Küste ab. Das Intervall 7 dieses Abfalles dient zum Führen des verflüssigten Kohlendioxides. Das Temperaturprofil entlang des Meeresbodens in diesem Intervall ist, wie in Figur 4 gezeigt ist, wobei die Meeresbodentemperatur in dem Intervall, das an der Meeresküste beginnt und sich bis zu dem Abschnitt 50 km von der Küste erstreckt, über den sich die Meeresbodentiefe von 0 auf 200 Meter ändert und in dem die ausgelegte Rohrleitung zum Kühlen und Verflüssigen des Kohlendioxidflusses dient, 6ºC beträgt. Die Temperatur in dem Intervall, das von dem Abschnitt 50 km von der Küste beginnt und sich bis zu dem Abschnitt 200 km von der Küste erstreckt, in dem die ausgelegte Rohrleitung zum Führen des verflüssigten Kohlendioxides dient und in dem sich die Tiefe des Meeresbodens von 200 Meter auf 3200 Meter ändert, beträgt 4ºC (obwohl eine durchgehende Änderung der Temperatur des Seewassers praktisch besteht, wird das Temperaturprofil aus Gründen der Vereinfachung durch die beiden obigen Temperaturstufen dargestellt).
Die Rohrleitung 5 wird auf und entlang des Meeresbodens 10 ausgelegt, ohne daß sie in die Erdschicht des Seebodens eingebettet wird, so daß das Kühlen des Kohlendioxidflusses in der Rohrleitung 5 durch Wärmeaustausch mit dem umgebenden Seewasser erleichtert wird.
Im Laufe des Flusses des Kohlendioxides innerhalb der Rohrleitung 5 wird es durch das umgebende Seewasser 11 unter Wärmeaustausch damit gekühlt, so daß eine Temperatur erreicht wird, die Verflüssigung des gasförmigen Kohlendioxides unter dem bestehenden Druck ermöglicht wird, und es beginnt sich zu verflüssigen. Während des Verlaufes der Verflüssigung des Kohlendioxidflusses, wird der Kohlendioxidfluß an nahezu einer konstanten Temperatur gehalten.
Der Kohlendioxidfluß 8, der vollständig verflüssigt ist, wird dann fortschreitend durch das umgebende Seewasser gekühlt, bis er die gleiche Temperatur wie das umgebende Seewasser erreicht. Das Profil der Änderung der Temperatur des Kohlendioxidflusses innerhalb der Rohrleitung 5 ist in Figur 5 gezeigt.
Der Gang der Änderung des Druckes des Kohlendioxidflusses innerhalb der Rohrleitung 5 ist wie in Figur 6 gezeigt. Beginnend von dem Einlaßdruck von 50 ata (5,06625 x 10&sup6; Pa) an dem Einlaß der Rohrleitung 5 wird er während des Ganges der Verflüssigung und während des Durchganges durch die Tiefsee in der Rohrleitung 5 aufgrund der Zunahme des Druckgefälles durch das eigene Gewicht des flüssigen Kohlendioxides erhöht, und er wird den Druck des sers an einer Position überschreiten, die bei einer Tiefe von ungefähr 3200 Meter liegt.
Unter der Druck- und Temperaturbedingung bei einer Tiefe von 3200 Meter wird das spezifische Gewicht des so unter Druck gesetzten flüssigen Kohlendioxides größer als das des Seewassers bei solch einer Tiefe. Das aus dem Auslaß der Rohrleitung 5 ausgegebene flüssige Kohlendioxid wird daher auf dem Boden 10 der See wie durch das Bezugszeichen 9 bezeichnet absinken.

Claims

(1) Verfahren zur Beseitigung von Kohlendioxid in der Tiefsee, mit

Komprimieren und Entfeuchten des zu beseitigenden gasförmigen Kohlendioxides, Durchleiten des so komprimierten Kohlendioxidgases durch einen kalten Seewasserbereich, in dem eine Temperaturbedingung, die ausreicht, das komprimierte Kohlendioxidgas zu verflüssigen, vorherrscht, durch eine Rohrleitung zum Bewirken einer Kühlung des Gases durch Wärmeaustausch mit dem kalten Seewasser zum dadurch Verflüssigen des komprimierten Kohlendioxidgases, Leiten des verflüssigten Kohlendioxidgases durch eine Verlängerung der Rohrleitung zu einer solchen Tiefe von Seewasser, das das spezifische Gewicht des verflüssigten Kohlendioxides bei solch einer Tiefe größer ist als das des umgebenden Seewassers bei solch einer Tiefe, und dann Ausgeben des verflüssigten Kohlendioxides in solche Tiefsee.

(2) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das gasförmige Kohlendioxid an dem Einlaß der Rohrleitung auf ungefähr 50 ata (absolute Atmosphäre) (5,06625 x 10&sup6; Pa) komprimiert wird.

(3) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das verflüssigte Kohlendioxid zu einer Tiefe von ungefähr 3000 Meter oder mehr von dem Meeresspiegel geleitet wird.