FI129504B - Hiilidioksidin talteenottojärjestelmä sekä -menetelmä - Google Patents

Hiilidioksidin talteenottojärjestelmä sekä -menetelmä Download PDF

Info

Publication number
FI129504B
FI129504B FI20186030A FI20186030A FI129504B FI 129504 B FI129504 B FI 129504B FI 20186030 A FI20186030 A FI 20186030A FI 20186030 A FI20186030 A FI 20186030A FI 129504 B FI129504 B FI 129504B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
carbon dioxide
tank
desorption
water
bar
Prior art date
Application number
FI20186030A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20186030A1 (fi
Inventor
Juha Silvennoinen
Original Assignee
Carbonreuse Finland Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carbonreuse Finland Oy filed Critical Carbonreuse Finland Oy
Priority to FI20186030A priority Critical patent/FI129504B/fi
Priority to EP19891383.2A priority patent/EP3887021A4/en
Priority to PCT/FI2019/050864 priority patent/WO2020109672A1/en
Publication of FI20186030A1 publication Critical patent/FI20186030A1/fi
Priority to US17/331,714 priority patent/US20210308618A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI129504B publication Critical patent/FI129504B/fi

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1418—Recovery of products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/10—Inorganic absorbents
    • B01D2252/103—Water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Abstract

Keksintö koskee menetelmää hiilidioksidin talteen ottamiseksi. Keksinnön mukainen menetelmä käsittää vaiheet, joissa paineistetaan hiilidioksidia sisältävä kaasu, syötetään paineistettua kaasua absorptiovaiheeseen, jossa absorboidaan paineistetun kaasun sisältämä hiilidioksidi veteen absorptiosäiliössä (0), kierrätetään absorptiovaiheessa aikaansaatu vesi, johon hiilidioksidi on absorboitunut, absorptiosäiliöstä (0) desorptiovaiheeseen, jossa desorboidaan veteen absorboitu hiilidioksidi vedestä, ja otetaan talteen vedestä desorboitu hiilidioksidi, jolloin desorptiovaiheessa desorboidaan veteen absorboitu hiilidioksidi vedestä ensimmäisen desorptiosäiliön (2) sekä toisen desorptiosäiliön (3) avulla, jolloin toisessa desorptiosäiliössä (3) käytetään alhaisempaa painetta kuin ensimmäisessä desorptiosäiliössä (2). Keksintö koskee myös järjestelmää hiilidioksidin talteen ottamiseksi.

Description

HIILIDIOKSIDIN TALTEENOTTOJÄRJESTELMÄ SEKÄ -MENETELMÄ
KEKSINNÖN KOHDE — Keksinnön kohteena on menetelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi sitä sisältävästä kaasusta, sekä järjestelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi sitä sisältävästä kaasusta. Etenkin keksintö koskee hiilidioksidin talteenottomenetelmää ja - järjestelmää, joissa hyödynnetään kahta desorptiosäiliötä.
TEKNIIKAN TASO Hiilidioksidin talteen otossa on perinteisesti käytetty ns. täytepalakolonnia. Siinä on kookas säiliö täytettynä irtokappaleilla. Säiliön yläpäästä lasketaan vettä niin, että irtokappaleet kostuvat ja alapäästä syötetään savukaasua tms. hiilidioksidia sisältävää kaasua. Irtokappaleiden pinta muodostaa suuren pinta-alan, joten kaasun ja veden rajapinnalla tapahtuva absorptio tai desorptio tehostuu. Kaasu ja vesi syötetään eri päistä siksi, että tällöin syntyy ns. vastavirtaprosessi, jossa pitoisuusgradientti säilyy suurena koko kolonnin mitalta. Sama vastavirtaperiaatetta kutsutaan tulistukseksi kattiloissa. Täytepalakolonnin haitta on huomattavan iso koko ja siten myös hankintahinta.
Talteenottoprosessin yleinen periaate on, että prosessissa on absorptiokolonni, jossa hiilidioksidi absorboituu veteen ja muut kaasut menevät kolonnin läpi ja johdetaan savupiippuun. Kyseinen selektiivisyys saadaan aikaan siten, että eri kaasuilla on erilainen absorptiokyky veteen Henryn lain mukaan. Savukaasu sisältää pääasiassa — typpeä, kuten poltossa käytetty ilmakin, mutta ilmassa ollut happi muuttuu paloprosessissa hiilidioksidiksi. Hiilidioksidi absorboituu veteen noin satakertaisesti typpeen nähden ja mahdollinen happi siltä väliltä. O Hiilidioksidilla kyllästynyt vesi johdetaan absorptiokolonnista desorptiokolonniin, A 30 jossa pyritään muodostamaan sellaiset olosuhteet, että hiilidioksidi palautuu jälleen 2 kaasuksi. Tunnetusti absorptioon ja desorptioon vaikuttavat lämpötila ja paine sekä N kaasujen osapaineet. Järjestämällä absorptiokolonniin tai -säiliöön korkeahko paine E ja/tai käyttämällä kylmää vettä saadaan hyvä absorptio ja päinvastaisessa > tapauksessa, siis matala paine ja/tai korkeampi lämpötila desorptiokolonnissa tai - 2 35 — säiliössä saadaan desorptiossa kaasu irtoamaan vedestä jälleen kaasuksi. Sekä = paineistaminen, että lämpötilan muutos vaativat energiaa, joten niitä on käytettävä N harkiten.
Hiilidioksidin talteenottoa kuvataan esimerkiksi patenttijulkaisuissa FI 124 060 ja FI 127 351. Molemmat patentit koskevat hiilidioksidipitoisuudeltaan laimeiden kaasujen käyttöön, tyypillisesti esim. voimalaitoksen savukaasujen hyödyntämiseen. Voimalaitoksen savukaasujen hiilidioksidi pitoisuus määräytyy paloprosessin ilman palamisen synnyttämään hiilidioksidiin ja rajautuu usein 10 — 15 %:in. Tämä johtuu siitä, että palamisen puhtaus edellyttää ylimääräisen ilman käyttöä, joten hiilidioksidi laimentuu. Tällöin keskeinen ongelma on hiilidioksidin osapaineen nosto, johon siis nämä patentit pureutuvat.
Patentin FI 124 060 mukaisessa apudesorptiokolonnissa voidaan poistaa edullisesti kiertoveteen desorptiokolonnissa jäänyttä hiilidioksidia, kun tähän ”strippaukseen” on käytettävissä riittävän pienen hiilidioksidin osapaineen omaavaa raakakaasua. Tällaista kaasua on esimerkiksi savukaasu, jonka hiilidioksidin osapaine on n. 0,15 bar (NTP). Ongelmana tässä on, että apudesorptiokolonnin (patentin FI 124 060 ydin) teho heikkenee kun hiilidioksidin osapaine raakakaasussa kasvaa, koska tällöin osapaine-ero desorptiokolonnista poistuvan veden hiilidioksidin osapaineeseen pienenee. Lisäksi patentin FI 124 060 mukaan toimiessa absorptiosäiliöön menevän veden hiilidioksidin osapainetta ei voida laskea alle raakakaasun hiilidioksidin — osapaineen. Tällöin prosessin hiilidioksidin talteenottoaste heikkenee, kun veteen jää kohtalaisesti hiilidioksidia. Patentti FI 127351 esittää järjestelmän ja menetelmän hiilidioksidin talteen ottamiseksi sitä sisältävästä kaasusta. Järjestelmään kuuluu paineistusvälineet kaasun paineistamiseksi, absorptiosäiliö paineistusvälineiden avulla paineistetun kaasun sisältämän hiilidioksidin absorboimiseksi veteen, desorptiosäiliö veteen absorboidun hiilidioksidin desorboimiseksi vedestä, välineet veden kierrättämiseksi N absorptiosäiliöstä desorptiosäiliöön ja desorptiosäiliöstä takaisin absorptiosäiliöön, ja N talteenottovälineet vedestä desorboitavan = hiilidioksidin talteen ottamiseksi. N 30 Järjestelmä käsittää lisäksi sekoittimen, jonka tehtävänä on saada vesi kiertämään 2 absorptiosäiliössä heittämällä sitä absorptiosäiliön ilmatilaan ja levittämällä sitä N absorptiosäiliön ilmatilassa mahdollisimman laajalle alueelle. j > Patenttijulkaisu US 2016175770 Al esittää menetelmän hiilidioksidin erottamiseksi 2 35 — hiilidioksidia sisältävästä fluidista. Menetelmässä nestemäinen liuotin reagoi = kemiallisesti — hiilidioksidikaasun kanssa ja hiilidioksidi vapautetaan fluidista N ensimmäisen ja toisen desorptiovaiheen avulla.
KEKSINNÖN KUVAUS Keksinnön tavoitteena on aikaansaada tekniikan tasoon verrattuna taloudellisempi sekä tehokkaampi menetelmän hiilidioksidin talteen ottamiseksi. Menetelmälle sekä järjestelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Edulliset — suoritusmuodot — esitetään = epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.
Keksintö perustuu siihen havaintoon, että voidaan aikaansaada huomattavasti tehokkaampi prosessi jakamalla desorptio kahteen vaiheeseen. Tällöin käytetään kahta desorptiosäiliötä, joista toinen toimii alhaisemmassa paineessa kuin ensimmäinen. Desorptiosäiliöt on järjestetty peräkkäin. Keksijä havaitsi, että tämä erityisesti edullista, jos hiilidioksidia sisältävän raakakaasun hiilidioksidin pitoisuus on vähintään noin 55%, tai vähintään 60%. Tällöin desorptio tapahtuu lähes ilmanpaineessa ensimmäisessä desorptiosäiliössä ja energiaa säästyy, kun kovaa alipainetta ei tarvita ensimmäisessä desorptiosäiliössä. Esidesorptiovaiheella voidaan tehostaa prosessia vielä enemmän. Keksinnön kohteena on näin ollen menetelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi.
Keksinnön mukainen menetelmä käsittää vaiheet, joissa: - — paineistetaan hiilidioksidia sisältävä kaasu, - — syötetään paineistettua kaasua = absorptiovaiheeseen, = jossa absorboidaan paineistetun kaasun sisältämä hiilidioksidi veteen absorptiosäiliössä, - — kierrätetään absorptiovaiheessa aikaansaatu vesi, johon hiilidioksidi on absorboitunut, absorptiosäiliöstä desorptiovaiheeseen, jossa desorboidaan veteen absorboitu hiilidioksidi vedestä, ja N - — otetaan talteen vedestä desorboitu hiilidioksidi, N jolloin desorptiovaiheessa desorboidaan veteen absorboitu hiilidioksidi N 30 vedestä ensimmäisen desorptiosäiliön sekä toisen desorptiosäiliön avulla, 2 jolloin toisessa desorptiosäiliössä käytetään alhaisempaa painetta kuin N ensimmäisessä desorptiosäiliössä.
j > Keksinnön kohteena on myös järjestelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi. Keksinnön 2 35 — mukainen järjestelmä käsittää: = - — paineistusvälineet hiilidioksidia sisältävän kaasun paineistamiseksi,
N
- absorptiosäiliön (0) paineistusvälineiden avulla paineistetun kaasun sisältämän — hiilidioksidin absorboimiseksi veteen, sekä välineet paineistetun kaasun syöttämiseksi absorptiosäiliöön (0), - ensimmäisen desorptiosäiliön (2) veteen absorboidun hiilidioksidin desorboimiseksi vedestä, - — välineet veden kierrättämiseksi absorptiosäiliöstä (0) desorptiovaiheeseen, - — talteenottovälineet vedestä desorboitavan = hiilidioksidin — talteen ottamiseksi jolloin järjestelmä käsittää toisen desorptiosäiliön (3), joka on järjestetty ensimmäisen = desorptiosäiliön (2) jälkeen, sekä välineet veden kierrättämiseksi ensimmäisestä desorptiosäiliöstä (2) toiseen desorptiosäiliöön (3), ja jolloin järjestelmä käsittää myös välineet alipaineen aikaansaamiseksi vähintään toisessa desorptiosäiliössä (3).
Keksinnöllä saavutetaan seuraavat edut: - ensimmäinen desorptiovaihe tehdään ilman alipainetta pienemmillä kuluilla, vasta toisessa desorptiovaiheessa käytetään alipainetta, - säästää energiaa ja helpottaa prosessin säätöä, koska alipainepumppu mitoitetaan paljon pienemmälle tuotolle, - — tarvittava alipainekapasiteetti riippuu vain kiertoveden virtauksesta, koska ensimmäisessä desorptiosäiliössä poistuu aina sen verran hiilidioksidia, että kiertoveteen jää vain ensimmäisen desorptiosäiliön paineesta riippuva hiilidioksidin osapaine (g/l), ja tällöin alipainepumpun mitoitus helpottuu, kun esimerkiksi vaihtelut raakakaasun pitoisuudessa eivät — vaikuta alipainepumpun kapasiteettiin, - ei tarvita täytekappalekolonnia talteenottoprosessin tehostamiseksi, ja N - — prosessin hiilidioksidin talteenottoaste saadaan halutessa paremmaksi kuin O apudesorptiokolonnia käyttämällä.
N 30 © KUVIOIDEN LYHYT KUVAUS N Keksintöä kuvataan seuraavaksi yksityiskohtaisesti esimerkin muodossa oheisiin E kuvioihin viittaamalla, joista: > 2 35 Kuvio 1 esittää syöttökaasun (hiilidioksidin (CO) määrästä = riippuvat = talteenottoasteet, tuotantokustannukset, sekä kapasiteetit. Hiilidioksidin N liukeneminen veteen riippuu käytetystä paineesta ja veden lämpötilasta. Kuvio 1 näyttää, miten osapaine vaikuttaa voimakkaasti liukenemiseen. Jyrkkä ylöspäin menevä lähes suora viiva kertoo kuinka erään hiilidioksidin talteenotto linjan hiilidioksidin talteenoton kapasiteetti muuttuu syöttökaasun pitoisuuden funktiona. Viiva kuvaa mallinnuksen tuloksia ja pyörät isommat pisteet käyrällä kuvaa ko. kohdalla tehtyä todellista mittausta. 5 Kuvio 2 esittää erään keksinnön suoritusmuodon mukaista järjestelmää (esimerkki 1). Kuvio 3 esittää erään keksinnön suoritusmuodon mukaista järjestelmää (esimerkki 2). Kuvio 4 esittää erään keksinnön suoritusmuodon mukaista järjestelmää (esimerkki 3). — Kuvio 5 esittää erään keksinnön suoritusmuodon mukaista järjestelmää (esimerkki 4).
KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS Tekniikan taustan julkaisut koskevat hiilidioksidipitoisuudeltaan laimeiden kaasujen käyttöön, tyypillisesti esim. voimalaitoksen savukaasujen hyödyntämiseen. Voimalaitoksen savukaasujen hiilidioksidipitoisuus määräytyy paloprosessin ilman palamisen synnyttämään hiilidioksidiin ja rajautuu usein 10 - 15 %:in. Tämä johtuu siitä, että palamisen puhtaus edellyttää ylimääräisen ilman käyttöä, joten hiilidioksidi laimentuu. Tällöin keskeinen ongelma on hiilidioksidin osapaineen nosto, johon siis nama patentit pureutuvat. Jos taas hiilidioksidi pitoisuus on korkeahko, kuten 60 - 85 %, ilmestyy uusia ongelmia, joita voidaan ratkaista erityisen hyvin esillä olevan keksinnön mukaisilla ratkaisuilla. N Tekniikan taustassa kuvatussa apudesorptiokolonnissa voidaan poistaa edullisesti N 30 kiertoveteen desorptiokolonnissa jäänyttä hiilidioksidia, kun tähän ”strippaukseen” 2 on käytettävissä riittävän pienen hiilidioksidin osapaineen omaavaa raakakaasua. N Tällaista kaasua on esimerkiksi savukaasu, jonka hiilidioksidin osapaine on n. 0,15 E baaria (NTP). Toinen tapaus on raakakaasut, joissa on huomattavasti korkeampi > hiilidioksidipitoisuus. Esimerkiksi pakkauskaasujen (hiilidioksidikaasu, jota käytetään 2 35 — virvoitusjuomien télkityksessd) kierrätyksessä — hiilidioksidipitoisuus voi — olla = esimerkiksi 80 %, jolloin hiilidioksidin osapaine on n. 0,80 baaria (NTP).
N
Hiilidioksidin talteenotto ja hyötykäytössä on monia mahdollisuuksia, mutta ne voidaan jakaa seuraaviin kategorioihin:
1. Käyttö hapen syrjäyttävänä kaasuna.
Tästä ovat esimerkkinä lihan pakkaaminen niin, että hiilidioksidi toimii suojakaasuna estäen hapen pääsyn ruokaan. Myös palon sammutus kaasuna hiilidioksidi estää hapen pääsyn ja palopesäke sammuu.
2. Käyttö toisen aineen raaka-aineena.
Hiilidioksidia voidaan käyttää esim. muovien tai polttoaineiden valmistukseen ja tällöin hiilidioksidi muodostaa kemiallisen sidoksen muiden alkuaineiden kanssa ns. synteesiprosessissa.
3. Kasvihuoneessa hiilidioksidi lannoitteena.
Kasvien yhteyttäminen tarvitsee hiilidioksidia. Luonnossa se tapahtuu siten, että kasvit käyttävät hiilidioksidia ja valoa lehtivihreän toimiessa katalysaattorina. Näin kasvit kasvavat muodostaen kuituja kasvin rakenteeseen ja hedelmiin.
4. Käyttö poreilevana kaasuna juomissa.
Virvoitusjuomiin, olueen ja esim. kuohuviiniin muodostuu tai niihin laitetaan hiilidioksidia poreilevuuden aikaansaamiseksi.
Hiilidioksidia kannattaa aina ottaa talteen, jos sitä voi käyttää lähellä talteenotto pistettä. Tämä johtuu siitä, että hiilidioksidi edellyttää nesteytystä, jos sitä kuljetetaan kauemmas. Nesteytyksen avulla kuljetusta voidaan tehostaa huomattavasti. Nesteytys ja kuljetus kuitenkin maksavat yleensä paljon enemmän kuin varsinainen talteenotto. N Hiilidioksidin talteenotossa sitä imeytetään johonkin väliaineeseen esim. veteen. Tätä N 30 — tapahtumaa määrää ns. Henryn laki. Sen mukaan hiilidioksidia liukenee veteen 2 suoraan verrannollisesti liukenemisvakioon kertaa kaasun osapaine. Lisäksi N liukeneminen riippuu käytetystä paineesta ja veden lämpötilasta. j > Kuvio 1 näyttää miten täsmälleen samalla keksinnön mukaisella laitteistolla tehtyjen 2 35 kokeiden = hiilidioksidin talteenottokapasiteetti muuttuu suoraan syöttökaasun = pitoisuuden funktiona eli ns. osapaineen funktiona. On siis huomattavasti N edullisempaa ottaa talteen hiilidioksidia, jos sen konsentraatio on jo alussa ollut suurempi. Tämä on edullista esimerkiksi käymisprosessissa, josta saadaan jopa 90
%:sta hiilidioksidia.
Jos keksinnön mukaisessa menetelmässä ja järjestelmässä käytetään n. 60 — 70 %:nen hiilidioksidia sisältävä (syöttö)kaasu, niin saadaan jo erinomaisia tuloksia keksinnön mukaisella ratkaisulla.
Saman laitoksen tehokkuus on siis kaavion mukaan 9%:lla syöttökaasupitoisuudella 15t/a ja 90%:lla syöttökaasulla 150t/a eli kymmenkertainen.
Kun syöttökaasun pitoisuus on kymmenkertainen, on linjan tehokkuuskin kymmenkertainen.
Jos esim. virvoitusjuomatehtaalla otetaan talteen hiilidioksidia, niin kannatta käyttää tarkoitukseen —tölkityksen suojakaasua, mieluummin kuin, esim. tehtaan — voimalaitoksen savukaasua.
Tölkityksen puhtausvaatimukset tukevat myös tätä.
Tölkitykseen käytettyä hiilidioksidia ”karkaa” jatkuvasti hiukan, joten jostain tarvitaan sitä lisää.
Tämä lisä voi tulla käymiskaasusta tai jopa ostetusta hiilidioksidista, sillä jos valtaosa on edullista kierrätettyä kaasua voi pieni osa olla vaikka kalliimpaa.
Myös muissa prosesseissa on edullista kierrättää kertaalleen käytettyä hiilidioksidia ja puhdistaa se aina käytön jälkeen takaisin 99 — 99,9 %:ksi.
Keksinnön mukainen menetelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi sitä sisältävästä kaasusta käsittää: - paineistetaan hiilidioksidia sisältävä kaasu, - syötetään paineistettua kaasua absorptiovaiheeseen, jossa absorboidaan paineistetun kaasun sisältämä hiilidioksidi veteen absorptiosäiliössä, - kierrätetään absorptiovaiheessa aikaansaatu vesi, johon hiilidioksidi on absorboitunut, absorptiosäiliöstä desorptiovaiheeseen, jossa desorboidaan veteen absorboitu hiilidioksidi vedestä, ja - otetaan talteen vedestä desorboitu hiilidioksidi, jolloin desorptiovaiheessa desorboidaan veteen absorboitu hiilidioksidi vedestä ensimmäisen desorptiosäiliön sekä toisen desorptiosäiliön avulla, jolloin toisessa N desorptiosäiliössä — käytetään — alhaisempaa painetta kuin — ensimmäisessä O desorptiosäiliössä.
N 30 © Keksinnön mukainen järjestelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi sitä sisältävästä N kaasusta käsittää: E - paineistusvälineet hiilidioksidia sisältävän kaasun paineistamiseksi, S - absorptiosäiliön (0) paineistusvälineiden avulla paineistetun kaasun 2 35 sisältämän hiilidioksidin absorboimiseksi veteen, sekä välineet paineistetun kaasun = syöttämiseksi absorptiosäiliöön (0), N - ensimmäisen = desorptiosäiliön (2) veteen absorboidun hiilidioksidin desorboimiseksi vedestä,
- välineet veden kierrättämiseksi absorptiosäiliöstä (0) desorptiovaiheeseen, - talteenottovälineet vedestä desorboitavan hiilidioksidin talteen ottamiseksi jolloin järjestelmä käsittää toisen desorptiosäiliön (3), joka on järjestetty ensimmäisen desorptiosäiliön (2) jälkeen, sekä välineet veden kierrättämiseksi ensimmäisestä desorptiosäiliöstä (2) toiseen desorptiosäiliöön (3), ja jolloin järjestelmä käsittää myös välineet alipaineen aikaansaamiseksi vähintään toisessa desorptiosäiliössä (3). Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän ja järjestelmän ensimmäisestä — desorptiosäiliöstä poistuvan veden hiilidioksidin osapaine on tyypillisesti 0,5 - 1,1 baaria (riippuen käytetystä paineesta) esim. 1,0 — 1,3 baaria tai 1,0 - 1,1 baaria, kun raakakaasun hiilidioksidin osapaine on > 0,6 baaria. Tällöin desorptio tapahtuu lähes ilmanpaineeseen ja energiaa säästyy, kun alipainetta ei tarvitse tehdä alipainepumpun avulla.
Tunnetun tekniikan mukainen apudesorptiokolonnin ongelman on, että tehokkuus heikkenee mitä, suuremmaksi hiilidioksidin osapaine raakakaasussa kasvaa, koska tällöin osapaine-ero desorptiokolonnista poistuvan veden hiilidioksidin osapaineeseen pienenee. Lisäksi joissakin ratkaisuissa absorptiosäiliöön menevän veden — hiilidioksidin osapainetta ei voida laskea alle raakakaasun hiilidioksidin osapaineen. Tällöin prosessin hiilidioksidin talteenottoaste heikkenee, kun absorptioon menevään veteen jää kohtalaisesti hiilidioksidia. Esimerkiksi hiilidioksidin osapaine 0,8 baaria vastaa normaalipaineessa ja +5 °C lämpötilassa n. 2,2 g/l hiilidioksidin liukoisuutta vedessä. Edellä kuvatut olosuhteet ovat tyypilliset apudesorptiokolonnissa. Esillä — oleva keksintö tuo ratkaisun tähän ongelmaan. Tekniikan taustan ratkaisuissa apudesorptiokolonnissa käytetään täytekappaleita, N joiden sisäpinnat ovat hyviä kasvualustoja mikrobeille. Täytekappaleiden käyttö ei N ole edullista kaikissa sovelluksissa, kuten esimerkiksi ruoka- ja juomateollisuudessa, N 30 — joissa hygieniavaatimukset ovat korkea, koska niiden perusteellinen puhdistaminen ? on haasteellinen.
N E Edellä kuvatuista syistä esillä olevan keksinnön mukainen ratkaisu keksittiin. > Keksintö tarjoaa toisen tavan poistaa hiilidioksidikaasu vedestä, jolla voidaan toimia 2 35 — edullisesti, vaikka raakakaasun hiilidioksidin osapaine on > 0,6 baaria (NTP) ja = hygieniavaatimukset ovat korkeat. Kun käytetään keksinnön mukaista ratkaisua, N jossa on kaksi peräkkäistä desorptiosäiliötä, täytekappaleiden käyttöä voi välttää.
Erään — edullisen suoritusmuodon mukaan, vähintään yksi ensimmäisestä desorptiosäiliöstä (2) ja toisesta desorptiosäiliöstä (3) käsittää muotoja, jotka pakottavat veden liikkumaan ylöspäin. Muoto on edullisesti rakenne säiliön sisällä pystysuunnassa oleva ja pohjasta alkava väliseinä. Väliseinän korkeus on edullisesti alle säiliön puoliväliin asti korkeussuunnassa. Väliseinän avulla säiliön pohjan pinta- ala jaetaan (väliseinän matkalla) halutussa suhteessa, esim. 50/50. Jakosuhteella voidaan vaikuttaa veden nopeuteen väliseinän jakamissa säiliön osissa. Säiliön pinta on kuitenkin pidettävä yli väliseinän, että voidaan varmistua, ettei paineistettu kaasu pääse veden ulosotosta väärään säiliöön. Yllä kuvatussa väliseinäratkaisussa vesi — syötetään sisään säiliön alaosasta ja otetaan pois väliseinän toiselta puolelta säiliön alaosasta. Erään suoritusmuodon mukaan, keksinnön mukainen ratkaisu lisäksi käsittää esidesorptiovaiheen, jolloin esidesorptiovaihe suoritetaan esidesorptiosäiliössä, josta — vesi johdetaan ensimmäiseen desorptiosäiliöön. Esidesorptiovaihe voidaan suorittaa esim. — Flash-säiliössä. = Esidesorptiosäiliöstä vesi johdetaan ensimmäiseen desorptiosäiliöön. Tällä tavalla lisätään kustannustehokkuutta, ja hiilidioksidia voi poistaa 1 baarin paineeseen saakka, joka muodostaa suurimman osan tuotekaasun määrästä.
Näin — ollen, erään suoritusmuodon mukaan, järjestelmä käsittää myös esidesorptiosäiliön (1), joka on järjestetty ennen ensimmäistä desorptiosäiliötä (2), sekä — välineet veden — kierrättämiseksi — esidesorptiosäiliöstä — ensimmäiseen desorptiosäiliöön. Myös esidesorptiosäiliö voi käsittää edellä määriteltyjä muotoja, jotka pakottavat veden (liikkumaan — ylöspäin. Muodot ovat € edullisia esidesorptiosäiliössä, koska epäpuhtauskaasujen kuplat pitää saada erotettua mahdollisimman hyvin siinä vaiheessa. N Erään suoritusmuodon mukaan, ensimmäisen desorptiosäiliön absoluuttinen paine on N 30 alueella 0,9 — 2,5 baaria, edullisesti 1,0 — 1,5 baaria, edullisemmin 1,0 — 1,3 baaria, 2 ja toisen desorptiosäiliön absoluuttinen paine on alueella 0,05 — 0,9 baaria, edullisesti N 0,1 — 0,8 baaria, edullisemmin 0,3 — 0,6 baaria. Absoluuttinen paine voi myös olla E esimerkiksi 0,2 baaria, 0,4 baaria tai 0,5 baaria. > 2 35 Erään —suoritusmuodon mukaan, mainitun = hiilidioksidia — sisältävän kaasun = hiilidioksidipitoisuus on vähintään 55 %, edullisesti vähintään 60 %, edullisemmin N vähintään 70 %, ja edullisimmin vähintään 80 %. Prosenttiluvut tarkoittavat osapaineen prosentteja.
Erään suoritusmuodon mukaan, vähintään yhdessä desorptiosäiliössä käytetään olennaisesti ilmanpainetta vastaavaa absoluuttista painetta, edullisesti 1,0 - 1,5 baaria. Paine voi myös olla esimerkiksi 1,1 baaria, 1,2 baaria, 1,3 baaria tai 1,4 baaria.
Erään suoritusmuodon mukaan, ensimmäisessä desorptiosäiliössä käytetään olennaisesti ilmanpainetta vastaavaa absoluuttista painetta, jolloin paine on edullisesti 1,0 — 1,5 baarin välillä. Paine voi myös olla esimerkiksi 1,1 baaria, 1,2 baaria, 1,3 baaria tai 1,4 baaria.
Erään suoritusmuodon mukaan, paine-ero ensimmäisen desorptiosäiliön ja toisen desorptiosäiliön on 0,5 — 2,45 baarin välillä, edullisesti 0,5 — 1,5 baarin välillä. Paine- ero voi myös olla esimerkiksi 0,6 baaria, 0,7 baaria, 0,8 baaria, 0,9 baaria, 1,0 baaria, 1,1 baaria, 1,2 baaria, 1,3 baaria, tai 1,4 baaria.
Erään suoritusmuodon mukaan, vähintään yhdessä desorptiosäiliössä käytetään pintasekoitinta. Erään suoritusmuodon mukaan, vähintään yhdessä desorptiosäiliössä käytetään ultraäänilähdettä vapauttamaan veteen liuennutta hiilidioksidia. Erään suoritusmuodon mukaan, toisessa desorptiosäiliössä vesi on lämpimämpi vesi kuin ensimmäisessä = desorptiosäiliössä. Tama avulla voidaan tehostaa desorptiovaihetta.
Erään suoritusmuodon mukaan, vesi ohjataan liikkumaan ensin ylöspäin vähintään yhdessä desorptiosäiliössä. Edullisesti vesi ohjataan ensin liikkumaan ylöspäin N vähintään sekä ensimmäisessä että toisessa desorptiosäiliössä. Tämän avulla N edesautetaan hiilidioksidin vapautumista vedestä. & 30 © Erään suoritusmuodon mukaan, desorptiosäiliöt eivät sisällä täytepaloja.
N E Erään suoritusmuodon mukaan, keksinnön mukainen menetelmä ei sisällä > apudesorptiovaihetta. Tällöin vastaavasti keksinnön mukainen järjestelmä ei sisällä 3 35 — apudesorptiosäiliötä tai -kolonnia. &
Tämän keksinnön yhteydessä ”absorptiosäiliö” tarkoittaa mitä vain keksinnön mukaiseen menetelmään soveltuvaa absorptiosäiliötä tai absorptiokolonnia, esim. kuplakolonni.
Tämän keksinnön yhteydessä ”desorptiosäiliö” tarkoittaa mitä vain keksinnön mukaisen menetelmään soveltuvaa desorptiosäiliötä tai desorptiokolonnia.
Erään suoritusmuodon mukaan, keksinnön mukainen ratkaisu käsittää myös vähintään yhden kompressorin.
Järjestelmä voi myös käsittää kaksi tai vähintään — kaksi kompressoria.
Kompressorit ovat edullisia varsinkin, jos hiilidioksidin tulo on epätasaista (esim. panimoalalla ja varsinkin oluen tuotannossa). Niiden avulla voidaan säätää järjestelmään sisään menevän hiilidioksidin määrää.
Erään suoritusmuodon mukaan, keksinnön mukainen ratkaisu käsittää myös — säkkivaraston.
Säkkivarastoa käytetään hiilidioksidia sisältävän (raaka)kaasun varastoimista varten.
Säkkivarasto on esim. polyesterikuidusta valmistettu (ja polyuretaanilla — pinnoitettu) raakakaasun paineeton varasto.
Tyypillisessä käyttökohteessa, esim. panimoissa, raakakaasun syöttövirtaus vaihtelee erittäin paljon, — jolloin säkin pinnankorkeuden mittauksella voidaan säätää talteenottoprosessin kapasiteettia tarpeen mukaan alas- tai ylöspäin.
Erään edullisen suoritusmuodon mukaan, keksinnön mukainen ratkaisu käsittää myös pumppaussäiliön (4). Pumppaussäiliön avulla varmistetaan, että vesi liikkuu, jos systeemin paine-erot eivät ole riittäviä liikuttamaan vettä ilman erillistä pumppausta.
Pumppaussäiliöön kerätään prosessikierron läpi käynyt vesi, josta se pumpataan kiertovesipumpun avulla absorptiosäiliössä vallitsevaan paineeseen.
Pumppaussäiliön paine on lähellä ilmanpainetta.
Pumppaussäiliössä on edullisesti N väliseinä.
Väliseinän avulla erotetaan kaasu- ja vesitila.
Väliseinän avulla voidaan N muodostaa ”välikatto”, jolloin pumppaussäiliöstä erotetaan yläosa.
Tämä yläosa voi N 30 — toimia kaasun sekoitustilana. <Q 00 N Erään edullisen suoritusmuodon mukaan, paine-ero jaetaan mahdollissmman E tasaisesti desorptiosäiliöiden kesken.
Tällä tavalla ylimääräinen pumppausteho on > minimissään.
Tämä tapahtuu hyödyntämällä hydrostaattista painetta niin, että 2 35 — korkein paine on alimassa säiliössä ja matalin ylimmässä.
Myös peräkkäisten = desorptiovaiheiden välinen kokonaispaine-ero on riittävän suuri.
Kokonaispaine-ero N riippuu säiliöiden paineista, sekä korkeuserosta ja painehäviöstä säiliöiden välillä.
Keksinnön mukaisen järjestelmän hiilidioksidin talteen ottamiseksi säiliöitä voidaan sijoittaa eri kohtiin toisiin verrattuina.
Erilaisia edullisia sijoituskombinaatiota on olemassa ja tärkeintä on ottaa huomioon kokonaisuus ja optimoida prosessi sen mukaan.
Säiliöt voidaan sijoittaa eri korkeuksiin tai ne voivat kaikki olla samalla tasolla, ilman korkeuseroja.
Erään keksinnön mukaisen menetelmän edullisen suoritusmuodon tarkempi kuvaus on seuraava: Hiilidioksidia sisältävä (raaka)kaasu saapuu pumppaussäiliön yläosaan, jossa siihen sekoitetaan esidesorptiosta (eli esim. flash-säiliöstä) vapautunut kaasu.
Pumppaussäiliön yläosasta sekoittunut raakakaasu ja esidesorptiosäiliön kaasu, jota kutsutaan absorptiokaasuksi, jatkaa kompressorin kautta paineistettuna absorptiosäiliöön, jossa hiilidioksidi liukenee kaasusta veteen.
Absorptiosäiliössä vesi ja kaasu kulkevat vastavirtaan, jolloin absorptio tapahtuu mahdollisimman täydellisesti.
Absorptiosäiliön huipulta poistetaan liukenematon hukkakaasu ja alaosasta hiilidioksidipitoinen vesi jatkaa esidesorptiosäiliöön, jossa vedestä poistetaan happea ja typpeä madaltamalla painetta.
Hiilidioksidia niukemmin veteen liukenevia kaasuja, kuten happea ja typpeä, poistuu desorptiossa vedestä suhteessa hiilidioksidia enemmän.
Toisaalta absorptiossa happea ja typpeä liukenee veteen suhteessa hiilidioksidia vähemmän.
Kaasujen Henryn vakiot [I*atm/mol] +5 °C vedessä ovat likimain CO2/02/N> = 16/536/1124, jolloin hiilidioksidi liukenee veteen n. 34 kertaa happea paremmin ja n. 70 kertaa typpeä paremmin.
Tällöin hiilidioksidi rikastuu kiertoveteen absorptiokaasun kuljettua absorptiosäiliön (läpi.
Toisaalta esidesorptiosäiliöstä vapautuvan kaasun koostumus on Henryn lain N mukaisesti liuenneiden aineiden suhteiden mukainen (osapaineen vaikutus). N Koska absorptiokaasun hiilidioksidi rikastuu kiertoveteen, niin N 30 esidesorptiokaasun hiilidioksidipitoisuus on suurempi kuin absorptiokaasun 2 hiilidioksidipitoisuus, jolloin sen kierrättäminen takaisin pumppaussäiliöön on N erittäin kannattavaa.
Absorptioon menevän kaasun pitoisuutta, ja toisaalta E absorptiosäiliön jälkeisen kiertoveden hiilidioksidin liukoisuutta, voidaan > säätää esidesorptiopainetta muuttamalla.
Myös tuotekaasun puhtautta 2 35 voidaan säätää esidesorptiopainetta muuttamalla, sillä mitä matalampaa = esidesorptiopainetta käytetään, niin sitä vähemmän epäpuhtauskaasuja N varsinaiseen desorptioon menevä kiertovesi enää sisältää.
Esidesorptiokaasun kierrättäminen takaisin muodostaa esim. prosessin käynnistysvaiheessa viiveen ennen prosessin päätymistä vakiotilaan, jolloin kiertovesi ”latautuu” hiilidioksidista.
Yleensä ottaen takaisinkierrätykset lisäävät prosessin hitautta ja vaikeuttavat sen ennustettavuutta.
Tämän patentin mukaisessa prosessissa on yksi takaisinkierrätys vähemmän kuin tekniikan taustan mukaisissa prosessissa.
Esidesorptiosäiliöstä kiertovesi jatkaa ensimmäiseen desorptiosäiliöön, jossa hiilidioksidia voidaan poistaa edullisesti n. 1 baarin paineeseen saakka, joka muodostaa suurimman osan tuotekaasun määrästä, koska paineen pudotus esidesorptiosäiliön paineesta on edullisesti luokkaa Ap = 2-3 bar.
Tällöin veteen jää kuitenkin vielä hiilidioksidia n. 3 g/l, jolloin prosessin tehokkuuden kannalta hiilidioksidia kannattaa vielä poistaa kiertovedestä.
Ensimmäisestä desorptiosäiliöstä vesi jatkaa keksinnön mukaiseen toiseen desorptiosäiliöön, jossa hyödynnetään alipainetta noin 0,4 - 0,8 baaria.
Tällöin paineen pudotus ensimmäisen desorptiosäiliön paineesta on enää noin Ap = 0,2 - 0,6 baaria, joten vapautuvan kaasun määrä on huomattavasti pienempi kuin ensimmäisessä desorptiosäiliössä.
Toisessa desorptiosäiliössä vedestä poistetaan niin paljon hiilidioksidia, kuin se on taloudellisesti kannattavaa.
Toisesta desorptiosäiliöstä kiertovesi jatkaa pumppaussäiliöön ja aloittaa uuden kierroksen.
Erään edullisen suoritusmuodon mukaan, absorptiokaasua ja ”regeneroitua” vettä ei yhdistetä samassa tilassa.
Jos ne kuitenkin yhdistetään, niin kaasun sekoitustilan (jossa hiilidioksidia sisältävä (raaka)kaasu ja esidesorptiokaasu sekoitetaan) ja veden pumppaustilan välillä on edullista olla tiivis väliseinä.
Tämä sen takia, että desorptiovaiheet läpi käynyt vesi on alikylläistä jopa raakakaasuun nähden, ja vielä enemmän alikylläistä, kun raakakaasuun N sekoitetaan esidesorptiovaiheen kaasu.
Tällöin jonkin verran hiilidioksidia O liukenee veteen jo pumppaussäiliössä.
N 30 © Esillä olevan keksinnön hyötyihin kuuluu, että kun desorptio jaetaan kahteen N vaiheeseen, voidaan ensimmäinen vaihe tehdä ilman matalaa alipainetta pienemmillä E kuluilla ja vasta toisessa vaiheessa käytetään matalampaa alipainetta ja > tehokkaampaa pumppua.
Tämä säästää energiaa ja helpottaa prosessin säätöä, sillä 3 35 — alipainepumppu mitoitetaan paljon pienemmälle tuotolle.
Lisäksi tarvittava S alipainekapasiteetti riippuu vain kiertoveden virtauksesta, koska ensimmäisessä N desorptiosäiliössä poistuu aina jonkin verran hiilidioksidia.
Yleensä sen verran hiilidioksidia, että kiertoveteen jää vain ensimmäisen desorptiosäiliön paineesta riippuva hiilidioksidin osapaine (g/l). Tällöin alipainepumpun mitoitus helpottuu, kun esimerkiksi vaihtelut raakakaasun pitoisuudessa eivät vaikuta alipainepumpun kapasiteettiin.
Tekniikan taustan mukaisesta apudesorptiokolonnissa vedestä vapautuva hiilidioksidi palautetaan kaasukierron alkuun ja paineistetaan kompressorilla absorptiosäiliössä vallitsevaan paineeseen. Tämä kasvattaa kustannuksia, koska apudesorptiokolonnissa vapautunut hiilidioksidi paineistetaan kahteen kertaan. Esillä olevan keksinnön mukaisessa prosessissa näin ei tehdä, vaan hiilidioksidi poistetaan kaasukierrosta = alipainetta hyödyntäen. Tällöin prosessista poistuu yksi takaisinkierrätys, jonka haitoista oli aiemmin maininta. Kustannuksella tarkoitetaan tässä prosessin ominaisenergiankulutusta, jonka yksikkö on MWh / hiilidioksiditonni. Hiilidioksidin talteenottojärjestelmässä voidaan ohjata parametreja, —lämpöpumppuja, veden virtausta, ym. kussakin tilanteessa taloudellisesti optimoidulla tavalla. Erään suoritusmuodon mukaan absorptiosäiliössä käytettävä absoluuttinen paine on 1 — 15 baaria, edullisesti 2 — 12 baaria, edullisemmin 3 — 10 baaria, kuten esim. 5 — 7 baaria, kuten 4,8 — 5,2 baaria. Erään suoritusmuodon mukaan absorptiosäiliöön lisättävän veden käytettävä lämpötila on alle 10 °C, — edullisesti alle 5 °C.
Erään suoritusmuodon mukaan toisessa desorptiosäiliössä käytettävä alipaine on alle 0,8 baaria, edullisemmin alle 0,5 baaria, edullisemmin alle 0,3 baaria. Sopivat paineet, lämpötilat ym. riippuvat kokonaisuudesta ja voivat mahdollisesti olla muitakin kuin yllä mainitut.
Erään edullisen suoritusmuodon mukaan, toisen desorptiosäiliön paine alennetaan N tasolle vähintään 0,6 baaria. Tämä tehostaa prosessia huomattavasti ja desorptio O kasvaa. N 30 © Erään edullisen suoritusmuodon mukaan, desorptiosäiliöstä desorboitu hiilidioksidi N kierrätetään takaisin absorptiosäiliöön. j > Erään edullisen suoritusmuodon mukaan, lämmitetään kaasua tai jäähdytetään vettä 3 35 — absorption lisäämiseksi. & Erään suoritusmuodon mukaan, ainakin osa desporptiosäiliöstä poistuvasta hiilidioksidista nesteytetään ja valinnaisesti tislataan talteenottoa varten.
Hiilidioksidia otetaan talteen esim. olut- ja virvoitusjuomateollisuudessa. Hiilidioksidia täytyy ottaa talteen esim. käymisastian kaasusta. Tällöin yleensä liuotetaan hiilidioksidi veteen. Eräässä edullisessa keksinnön suoritusmuodossa, menetelmä hiilidioksidin — talteen — ottamiseksi — suoritetaan = olut- = ja/tai virvoitusjuomalaitoksessa, esim. käymisastiasta. Keksinnön eräässä suoritusmuodossa toisesta desorptiosäiliöstä desorboitu hiilidioksidi kierrätetään takaisin absorptiosäiliöön.
Eräissä edullisissa suoritusmuodoissa lämmitetään kaasua tai jäähdytetään vettä absorption lisäämiseksi. Vastaavasti lämmitetään vettä esidesorptiosäiliössä (esim. ns. Flash-säiliössä) ja/tai desorptiossa CO>-kaasujen erottamisessa. Näin tehostetaan hiilidioksidin imeytymistä ja vapauttamista.
Menetelmän eräässä suoritusmuodossa absorptiosäiliössä sekoitetaan vettä sekoittimella, joka saa veden kiertämään absorptiosäiliössä heittämällä sitä absorptiosäiliön = ilmatilaan ja levittämällä sitä absorptiosäiliön ilmatilassa mahdollisimman laajalle alueelle. Näin saadaan aikaan hiilidioksidia sisältävän kaasun, — sisältämän — hiilidioksidin — mahdollisimman tehokkaan absorboinnin absorptiosäiliön sisältämään vesimassaan. Erään keksinnön suoritusmuodon mukaan, absorptiosäiliössä sekoitetaan vettä sekoittimella, joka käsittää moottorin, käyttöakselin ja ainakin yhden potkurin, joka — sijaitsee lähellä vedenpintaa syvyydellä, jossa veden hydrostaattinen paine on olematon tai lähes olematon. Moottori on edullisesti sähkömoottori. N Keksinnön mukaista menetelmää voidaan toteuttaa järjestelmässä, jossa absorp- N tiosäiliössä on sekoitin, jonka tehtävänä on saada vesi kiertämään absorptiosäiliössä N 30 heittämällä sitä absorptiosäiliön ilmatilaan ja levittämällä sitä absorptiosäiliön 2 ilmatilassa mahdollisimman laajalle alueelle. Tällä lailla saadaan aikaiseksi N hiilidioksidia sisältävän kaasun sisältämän hiilidioksidin mahdollisimman tehokkaan E absorboinnin absorptiosäiliön sisältämään vesimassaan. > 2 35 Järjestelmän edullisessa suoritusmuodossa paineistusvälineiden ja absorptiosäiliön = välissä on esireaktori, johon paineistettu kaasu ja desorptiosäiliöstä takaisin N absorptiosäiliöön palautuva vesi syötetään ja jossa paineistettu kaasu ja desorptiosäiliöstä palautuva vesi sekoittuvat niiden keskinäisten virtausnopeuksien erosta syntyvästä sekoitusvaikutuksesta. Tämän etuna on se, että esisekoitukseen ei tarvitse tuoda ulkoa energiaa ja että hyödynnetään järjestelmän luomaa omaa energiaa.
Järjestelmän erässä toisessa suoritusmuodossa toisesta desorptiosäiliössä vedestä desorboidun hiilidioksidin talteenottovälineiden jälkeen on sijoitettu takaisinkytkentä ainakin osan desorboituneesta — hiilidioksidista — kierrättämiseksi — takaisin absorptiosäiliöön — esireaktorin kautta. Näin saadaan puhdasta hiilidioksidia raakakaasun joukkoon, jolloin hiilidioksidin osapaine kasvaa ja absorptio paranee samassa suhteessa Henryn lain mukaan. On myös edullista että järjestelmässä on kaasun paineistusvälineiden jälkeen en- simmäinen lämpöpumppu, jonka lauhduttimen avulla paineistettu kaasu on kuu- mennettavissa ennen sekoittamista veteen. Tämän lisäksi on edullista, että — ensimmäisen lämpöpumpun höyrystin jäähdyttää desorptiosäiliöstä poistuvaa vettä ennen takaisin johtamista absorptiosäiliöön. Mitä kuumempi kaasu ja/tai kylmempi vesi ovat, sitä tehokkaampi hiilidioksidin absorbointi veteen on. Järjestelmän erässä toisessa edullisessa suoritusmuodossa absorptiosäiliön jälkeen — on toinen lämpöpumppu, jonka lauhduttimen avulla absorptiosäiliöstä poistuva vesi on kuumennettavissa ennen johtamista desorptiovaiheeseen. Mitä lämpimämpi vesi desorptiosäiliössä on, sitä tehokkaampi hiilidioksidin desorbointi vedestä on. Esillä olevassa keksinnössä on erityisen edullista, jos toisen desorptiovaiheen vesi on lämpimämpi kuin ensimmäisen.
Järjestelmän vielä erässä toisessa edullisessa suoritusmuodossa järjestelmässä on kolmas lämpöpumppu, jonka höyrystin sijaitsee toisen lämpöpumpun höyrystimen ja N ensimmäisen lämpöpumpun höyrystimen välissä ja jonka lauhduttimen avulla kitka AN tai muun prosessilaitteen järjestelmään tuoma ylimääräinen lämpö on poistettavissa N 30 — järjestelmästä ja siirrettävissä sen ympäristöön tai muuhun hyötykäyttöön.
O o N Edelleen on edullista, että järjestelmässä on neljäs lämpöpumppu, jonka lauhdutin E veden — kiertosuunnassa — sijaitsee toisen lämpöpumpun lauhduttimen ja > desorptiosäiliön välissä ja jonka höyrystimen kautta kaasu, josta hiilidioksidi on 2 35 — absorptiosäiliössä absorboitu veteen, kulkee ennen poistumista järjestelmästä. Näin = saadaan otettua talteen kyseisen kaasun lämpöä desorptiosäiliöön menevän N hiilidioksidia absorboineen veden lämmittämiseksi.
ESIMERKIT Esimerkki 1 Kuvio 2 esittää mallinnusta erään suoritusmuodon mukaisesta järjestelmästä:
0 Absorptiosäiliö (paine noin 6 baaria) 1 Esidesorptiosäiliö (Flash-säiliö) (paine noin 3,7 baaria) 2 Desorptiosäiliö 1 (paine noin 1,3 baaria) 3 Desorptiosäiliö 2 (paine noin 0,8 baaria) 4Pumppaussäiliö (paine noin 1 baaria) 5 Säkkivarasto (n. 120m3, D = 4,5 m, L = 9 m) 6 Raakakaasu 7 Tuotekaasu 8 Tuorevesi 9 Poistokaasu Hiilidioksidia sisältävä (raaka)kaasu saapuu pumppaussäiliön yläosaan, jossa siihen sekoitetaan esidesorptiosta (1) eli esim. flash-säiliöstä vapautunut kaasu.
Pumppaussäiliön (4) yläosasta sekoittunut raakakaasu ja flash-säiliön kaasu, jota kutsutaan — absorptiokaasuksi, jatkaa kompressorin kautta paineistettuna absorptiosäiliöön (0), jossa hiilidioksidi liukenee kaasusta veteen.
Absorptiosäiliössä vesi ja kaasu kulkevat vastavirtaan, jolloin absorptio tapahtuu mahdollisimman täydellisesti.
Absorptiosäiliön huipulta poistetaan liukenematon hukkakaasu ja alaosasta hiilidioksidipitoinen vesi jatkaa esidesorptioon (flash-säiliöön), jossa — vedestä poistetaan happea ja typpeä madaltamalla painetta.
Flash-säiliöstä kiertovesi jatkaa ensimmäiseen desorptiosäiliöön, jossa hiilidioksidia N voidaan poistaa edullisesti n. 1 baarin paineeseen saakka, joka muodostaa N suurimman osan tuotekaasun määrästä, koska paineen pudotus flash-säiliön N 30 paineesta on luokkaa Ap = 2-3 baaria.
Tällöin veteen jää kuitenkin vielä hiilidioksidia 2 n. 3 g/l, jolloin prosessin tehokkuuden kannalta hiilidioksidia kannattaa vielä poistaa N kiertovedestä.
Ensimmäisestä desorptiosäiliöstä vesi jatkaa toiseen E desorptiosäiliöön, jossa hyödynnetään alipainetta noin 0,4 - 0,8 baaria.
Tällöin > paineen pudotus ensimmäisen desorptiosäiliön paineesta on enää noin Ap = 0,2 - 0,6 2 35 — baaria, joten vapautuvan kaasun määrä on huomattavasti pienempi kuin = ensimmäisessä desorptiosäiliössä.
Toisessa desorptiosäiliössä vedestä poistetaan niin N paljon hiilidioksidia, kuin se on taloudellisesti kannattavaa.
Toisesta desorptiosäiliöstä kiertovesi jatkaa pumppaussäiliöön ja aloittaa uuden kierroksen.
Esimerkissä korkeusero säiliöiden O ja 1 välillä on n. 5 metriä, korkeusero säiliöiden 1 ja 2 välillä on n. 5 metriä, korkeusero säiliöiden 2 ja 3 välillä on n. 5 metriä ja korkeusero säiliöiden 3 ja 4 välillä on n. 12 metriä. Rakenteen korkeus on n. 20 m. Esimerkki 2 Kuvio 3 esittää mallinnusta erään suoritusmuodon mukaisesta järjestelmästä. Kuvaus on sama kuin esimerkissä 1, mutta sijoittelua muutettu. Esimerkissä 2 korkeusero säiliöiden O ja 1 välillä n. 15 metriä, korkeusero säiliöiden 1 ja 2 välillä n. 10 metriä, korkeusero säiliöiden 2 ja 3 välillä on n. 5 metriä, ja korkeusero säiliöiden 3 ja 4 välillä on n. 17 metriä. Rakenteen korkeus on n. 30 m. Esimerkki 3 Kuvio 4 esittää mallinnusta erään suoritusmuodon mukaisesta järjestelmästä.
Kuvaus on sama kuin esimerkissä 1, mutta sijoittelua muutettu. Esimerkissä 3 korkeusero säiliöiden O ja 1 välillä on n. 5 metriä, korkeusero säiliöiden 1 ja 2 välillä on n. 15 metriä, korkeusero säiliöiden 2 ja 3 välillä on n. 5 metriä, ja korkeusero säiliöiden 3 ja 4 välillä on n. 12 metriä. Rakenteen korkeus on n. 25 m.
Esimerkki 4 Kuvio 5 esittää mallinnusta erään suoritusmuodon mukaisesta järjestelmästä. Kuvaus on sama kuin esimerkissä 1, mutta sijoittelua muutettu. Esimerkissä 4 korkeusero säiliöiden O ja 1 välillä on n. 5 metriä, korkeusero säiliöiden 1 ja 2 välillä on n. 10 metriä, korkeusero säiliöiden 2 ja 3 välillä on n. 5 metriä, korkeusero säiliöiden 3 ja 4 välillä on n. 7 metriä. Rakenteen korkeus on n. 20 m.
N N O N
N <Q 00
N
I jami o
O O O
O 00
O N

Claims (16)

Patenttivaatimukset
1. Menetelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi sitä sisältävästä kaasusta, jossa menetelmässä: - — paineistetaan hiilidioksidia sisältävä kaasu, - — syötetään paineistettua kaasua absorptiovaiheeseen, jossa absor- boidaan paineistetun kaasun sisältämä hiilidioksidi veteen ab- sorptiosäiliössä (0), - — kierrätetään absorptiovaiheessa aikaansaatu vesi, johon hiilidioksidi on absorboitunut, absorptiosäiliöstä (0) desorptiovaiheeseen, jossa desorboidaan veteen absorboitu hiilidioksidi vedestä, ja - — otetaan talteen vedestä desorboitu hiilidioksidi, tunnettu siitä, että desorptiovaiheessa desorboidaan veteen absor- boitu hiilidioksidi vedestä ensimmäisen desorptiosäiliön (2) sekä toisen desorptiosäiliön (3) avulla, jolloin toisessa desorptiosäiliössä (3) käyte- tään alhaisempaa painetta kuin ensimmäisessä desorptiosäiliössä (2).
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä hiilidioksidin talteen otta- miseksi, tunnettu siitä, että ensimmäisen desorptiosäiliön (2) absoluutti- nen paine on alueella 0,9 — 2,5 baaria, edullisesti 1,0 - 1,5 baaria, edulli- semmin 1,0 - 1,3 baaria, ja toisen desorptiosäiliön (3) absoluuttinen paine on alueella 0,05 - 0,9 baaria, edullisesti 0,1 - 0,8 baaria, edullisemmin 0,3 - 0,6 baaria.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä hiilidioksidin talteen ot- tamiseksi, tunnettu siitä, että mainitun hiilidioksidia sisältävän kaasun hii- lidioksidipitoisuus on vähintään 55 %, edullisesti vähintään 60 %, edulli- N semmin vähintään 70 %, ja edullisimmin vähintään 80 %.
N S 30
4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä hiilidioksidin talteen N ottamiseksi, tunnettu siitä, että vähintään yhdessä desorptiosäiliössä (2, E 3) käytetään olennaisesti ilmanpainetta vastaavaa absoluuttista painetta, o edullisesti 1,0 - 1,5 baaria.
O 3 2 35
5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä hiilidioksidin N talteen ottamiseksi, tunnettu siitä, että ensimmäisessä desorptiosäiliössä
(2) käytetään olennaisesti ilmanpainetta vastaavaa absoluuttista painetta, jolloin paine on edullisesti 1,0 — 1,5 baarin välillä.
6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi, tunnettu siitä, että ensimmäisen desorptiosäiliön (2) ja toisen desorptiosäiliön (3) paine-ero on 0,5 - 2,45 baarin välillä, edulli- sesti 0,5 - 1,5 baarin välillä.
7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi, tunnettu siitä, että vähintään yhdessä desorptiosäili- össä (2, 3) käytetään pintasekoitinta.
8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi, tunnettu siitä, että vähintään yhdessä desorptiosäili- össä (2, 3) käytetään ultraäänilähdettä vapauttamaan veteen liuennutta hiilidioksidia.
9. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi, tunnettu siitä, että toisessa desorptiosäiliössä (3) vesi on lämpimämpi vesi kuin ensimmäisessä desorptiosäiliössä (2).
10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi, tunnettu siitä, että menetelmä lisäksi käsittää esidesorptiovaiheen, jolloin esidesorptiovaihe suoritetaan esidesorptiosäili- össä (1), josta vesi johdetaan ensimmäiseen desorptiosäiliöön (2).
11. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä hiilidioksidin N talteen ottamiseksi, tunnettu siitä, että vesi ohjataan liikkumaan ensin N ylöspäin vähintään yhdessä desorptiosäiliössä, edullisesti vähintään sekä © <Q 30 ensimmäisessä että toisessa desorptiosäiliössä.
N E
12. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä hiilidioksidin o talteen ottamiseksi, tunnettu siitä, että desorptiosäiliöt eivät sisällä täy- O : o tepaloja. 2 35
O
N
13. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi, tunnettu siitä, että toisesta desorptiosäiliöstä (2, 3) desorboitu hiilidioksidi kierrätetään takaisin absorptiosäiliöön.
14. Järjestelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi sitä sisältävästä kaasusta, joka järjestelmä käsittää: - — paineistusvälineet hiilidioksidia sisältävän kaasun paineistamiseksi, - absorptiosäiliön (0) paineistusvälineiden avulla paineistetun kaasun sisältämän hiilidioksidin absorboimiseksi veteen, sekä välineet pai- neistetun kaasun syöttämiseksi absorptiosäiliöön (0), - ensimmäisen desorptiosäiliön (2) veteen absorboidun hiilidioksidin desorboimiseksi vedestä, - — välineet veden kierrättämiseksi absorptiosäiliöstä (0) desorptiovai- heeseen, - —talteenottovälineet vedestä desorboitavan hiilidioksidin talteen ot- tamiseksi tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää toisen desorptiosäiliön (3), joka on järjestetty ensimmäisen desorptiosäiliön (2) jälkeen, sekä välineet ve- den —kierrättämiseksi ensimmäisestä desorptiosäiliöstä (2) toiseen desorptiosäiliöön (3), ja jolloin järjestelmä käsittää myös välineet alipai- neen aikaansaamiseksi vähintään toisessa desorptiosäiliössä (3), ja että järjestelmä käsittää myös esidesorptiosäiliön (1), joka on järjestetty ennen ensimmäistä desorptiosäiliötä (2), sekä välineet veden kierrättämiseksi esidesorptiosäiliöstä ensimmäiseen desorptiosäiliöön (2).
15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen järjestelmä hiilidioksidin talteen otta- miseksi, tunnettu siitä, että vähintään yksi ensimmäisestä desorptiosäili- N östä (2) ja toisesta desorptiosäiliöstä (3) käsittää muotoja, jotka pakotta- N vat veden liikkumaan ylöspäin säiliön sisällä. S 30 N
16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen järjestelmä hiilidioksidin talteen E ottamiseksi, tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää myös pumppaussäi- o liön (4). 3 > &
FI20186030A 2018-11-30 2018-11-30 Hiilidioksidin talteenottojärjestelmä sekä -menetelmä FI129504B (fi)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20186030A FI129504B (fi) 2018-11-30 2018-11-30 Hiilidioksidin talteenottojärjestelmä sekä -menetelmä
EP19891383.2A EP3887021A4 (en) 2018-11-30 2019-12-02 CARBON DIOXIDE RECOVERY SYSTEM AND METHOD
PCT/FI2019/050864 WO2020109672A1 (en) 2018-11-30 2019-12-02 System and method for recovery of carbon dioxide
US17/331,714 US20210308618A1 (en) 2018-11-30 2021-05-27 System and method for recovery of carbon dioxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20186030A FI129504B (fi) 2018-11-30 2018-11-30 Hiilidioksidin talteenottojärjestelmä sekä -menetelmä

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20186030A1 FI20186030A1 (fi) 2020-05-31
FI129504B true FI129504B (fi) 2022-03-31

Family

ID=70851932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20186030A FI129504B (fi) 2018-11-30 2018-11-30 Hiilidioksidin talteenottojärjestelmä sekä -menetelmä

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20210308618A1 (fi)
EP (1) EP3887021A4 (fi)
FI (1) FI129504B (fi)
WO (1) WO2020109672A1 (fi)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2613335A (en) * 2021-11-22 2023-06-07 Catagen Ltd Carbon dioxide capture system and method of capturing carbon dioxide
WO2023237773A1 (en) * 2022-06-10 2023-12-14 Carbfix Ohf A method and a system for separating co2 from the additional constituents of a gas mixture comprising at least 70% and up to 90% co2

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO874821L (no) * 1986-12-02 1988-06-03 Norton Co Fremgangsmaate for aa fjerne karbondioksyd fra en gass.
NO176828C (no) * 1992-11-13 1995-06-07 Norsk Hydro As Forbehandling av naturgass som skal kondenseres til flytende naturgass
DE102005060851A1 (de) * 2005-12-16 2007-07-12 Voith Patent Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Entgasen eines flüssigen oder pastösen Mediums, insbesondere einer Streichfarbe
US8518155B2 (en) * 2007-03-16 2013-08-27 Air Products And Chemicals, Inc. Method and apparatus for separating gases
FI124060B (fi) * 2012-12-07 2014-02-28 Mikkelin Ammattikorkeakoulu Oy Menetelmä ja järjestelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi kaasusta
US20140366446A1 (en) * 2013-06-14 2014-12-18 Uop Llc Methods and systems for gas separation
FI127351B (fi) * 2014-10-09 2018-04-13 Carbonreuse Finland Oy Järjestelmä ja menetelmä hiilidioksidin talteen ottamiseksi kaasusta
US20170267538A1 (en) * 2014-12-10 2017-09-21 Ethan Novek Integrated process for capturing carbon dioxide
US20160175770A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-23 General Electric Company Method and system for carbon dioxide desorption
KR101751723B1 (ko) * 2015-09-04 2017-07-03 한국전력공사 산성가스 포집 시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법
CN106753631A (zh) * 2016-11-13 2017-05-31 北京化工大学 强化解吸式沼气提纯及回收二氧化碳的工艺方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210308618A1 (en) 2021-10-07
EP3887021A4 (en) 2022-09-21
FI20186030A1 (fi) 2020-05-31
EP3887021A1 (en) 2021-10-06
WO2020109672A1 (en) 2020-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI129504B (fi) Hiilidioksidin talteenottojärjestelmä sekä -menetelmä
AU7607301A (en) Process for pretreating a natural gas containing acid gases
US8814981B2 (en) Compression of carbon dioxide containing fluid
NO150512B (no) Fremgangsmaate ved fremstilling av urea
CN107365253A (zh) 一种丙二醇甲醚乙酸酯精馏系统及其精馏方法
US9919982B2 (en) Method and device for gas processing
RU2668245C2 (ru) Способ обработки потока продукта реактора получения диметилового эфира посредством технологии разделения
CN102482691A (zh) 从发酵物中连续分离需要的有机材料的方法
CN101410166A (zh) 二氧化碳回收利用、传送用混合物
US20210086129A1 (en) Method for distilling a gas stream containing oxygen
CN114017994A (zh) 用于酒精尾气提纯二氧化碳的工艺
CN115916745A (zh) 热汽提尿素装置和方法
NO137385B (no) Fremgangsm}te for fremstilling av urea.
CN106885449B (zh) 利用液化天然气冷能的空气分离工艺
RU2018136321A (ru) Набор для получения in situ целевого сброженного напитка посредством добавления жидкого растворителя
CN103420397B (zh) 氨和二甲醚分离提纯方法及系统
US20240017205A1 (en) Two step amine absorption process for removal co2/h2s from biogas
US3060233A (en) Production of acetic acid
CN111201199B (zh) 酒精发酵产生的气态流出物的增值利用方法
NO890514L (no) Fremgangsmaate ved fremstilling av urea.
JPS5919723B2 (ja) 吸収によるガス分離
CN101181995A (zh) 中压吸附深度液化液体二氧化碳回收工艺方法
CN103613515A (zh) 一种异氰酸酯生产过程中光气的回收方法
RU2670171C1 (ru) Установка и способ получения жидкого диоксида углерода из газовых смесей, содержащих диоксид углерода, с использованием мембранной технологии
CN207113410U (zh) 一种低功耗co深冷分离系统

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 129504

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B