FI20205987A1 - Voimalaitoksen polttomenetelmä ja polttolaitteisto - Google Patents

Voimalaitoksen polttomenetelmä ja polttolaitteisto Download PDF

Info

Publication number
FI20205987A1
FI20205987A1 FI20205987A FI20205987A FI20205987A1 FI 20205987 A1 FI20205987 A1 FI 20205987A1 FI 20205987 A FI20205987 A FI 20205987A FI 20205987 A FI20205987 A FI 20205987A FI 20205987 A1 FI20205987 A1 FI 20205987A1
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
gas
carbon dioxide
combustion
oxygen
flue gas
Prior art date
Application number
FI20205987A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Inventor
Timo Juutilainen
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 FI20205987A priority Critical patent/FI20205987A1/fi
Priority to PCT/FI2021/050657 priority patent/WO2022074293A1/en
Priority to EP21877063.4A priority patent/EP4225473A1/en
Publication of FI20205987A1 publication Critical patent/FI20205987A1/fi

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/022—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow
    • 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
    • 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
    • B01D53/18—Absorbing units; Liquid distributors therefor
    • 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
    • B01D53/22—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 diffusion
    • B01D53/229—Integrated processes (Diffusion and at least one other process, e.g. adsorption, absorption)
    • 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
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • 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
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/06—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for completing combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • 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
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/12—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/10—Single element gases other than halogens
    • B01D2257/102—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • 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
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32—Direct CO2 mitigation
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Abstract

Keksinnön kohteena on voimalaitoksen polttomenetelmä, jossa voimalaitoksen polttokattilaan (4) johdetaan hapetuskaasua, jonka palamisen seurauksena syntyy hiilidioksidipitoinen savukaasu. Menetelmässä aikaansaadaan happirikas kaasu, saatu happirikas kaasu johdetaan polttoprosessiin (4), polttoreaktiossa syntyneestä savukaasusta erotetaan (6) hiilidioksidia olennaisesti veden ja hiilidioksidikaasun vuorovaikutukseen perustuvalla erotusmenetelmällä, ja erotettu hiilidioksidi otetaan talteen (7). Keksinnön kohteena on myös voimalaitoksen polttolaitteisto hiilidioksidin talteenottojärjestelmällä (7).

Description

Voimalaitoksen ilmapolttomenetelmä happirikastuksella ja polttolaitteisto hiilidioksidin talteenotolla Keksinnön kohde —Keksinnön kohteena on menetelmä voimalaitoksen ilmapolttoprosessin optimoi- miseksi happirikastuksen avulla ja tähän soveltuva voimalaitoksen laitteisto.
Mene- telmässä säädetään syötettävän hapetuskaasun koostumusta sekä käsitellään synty- neet savukaasut hiilidioksidifraktion erottamiseksi ja talteen ottamiseksi.
Tekniikan taso Ilmapoltto ja happipoltto (eng. oxy-fuel combustion) ovat tekniikan tasosta tunnetut menetelmät energian tuottamiseksi hiilivetyä sisältävästä polttoaineesta, kuten bio- polttoaineesta tai fossiilisesta polttoaineesta.
Erityisesti happipolttomenetelmässä on mahdollista ottaa hiilidioksidipitoista savukaasua talteen, jolloin saadaan voimalai- — tosten hiilidioksidipäästöjä vähennettyä merkittävästi.
Siinä ajatuksena on syöttää puhdasta happea voimalaitoksen kattilaan, jolloin sen palaessa syntyy vain puhdasta hiilidioksidia.
Ongelmana on se, että tämä prosessi nostaa liekin lämpötilaa niin kor- keaksi, että metallit sulavat ja siten energiatuotannossa laitteisto usein vaurioituu tai korrodoituu.
Historiallisesti happipolttoprosessia on nimenomaan käytetty metallien — hitsaukseen tai leikkaamiseen.
Lisäksi puhtaan hapen tuottamiseen käytetään pää- osin kryogeenistä menetelmää, mikä aiheuttaa merkittäviä investointikuluja ja alen- taa voimalaitosten hyötysuhdetta.
Verrattuna tavalliseen ilmapolttoon happipolton ero on syötettävän kaasun koostu- o 25 —muksessa.
Kuivan ilman happi (Oz) -pitoisuus on vain 21 %. Loppuosuus on 78 % O typpeä (N2) ja I % muita kaasuja, enimmäkseen argonia (Ar) ja hiilidioksidia (CO2). O Polttoprosessi on eksoterminen reaktio, jossa palamisympäristön happi reagoi or- S gaanisen, eli hiilivetyä sisältävän polttoaineen kanssa muuttuen hiilidioksidiksi, ve- I deksi ja lämmöksi.
Nostamalla hapetuskaasun happiosuutta saadaan tehokkaampi ja > 30 — puhtaampi palamisprosessi, jonka seurauksena savukaasun hiilidioksidiosuus kas- 2 vaa.
Perinteisessä happipoltossa hapetuskaasun happipitoisuus on noin 45 %, jolloin S loput kaasusta on suurimmaksi osaksi typpeä, hiilidioksidia ja muita kaasuja.
Typpi N on normaaleissa olosuhteissa inertti kaasu, joka tavallisessa polttoprosessissa pää- osin tulee sellaisenaan polton läpi.
Hapetuskaasun happipitoisuuden ollessa korkea syntyy prosessissa myös muita sivutuotteita, kuten rikkiyhdisteitä ja typen oksideja (NOx). Perinteisessä ilmapoltossa hapetuskaasun suuren typpiosuuden lämmittäminen taas — vaatii energiaa, joka alentaa polttoprosessin tehoa. Suurien kaasumäärien käsittely on myös hiilidioksidin erotuksessa ja talteenotossa epäkäytännöllistä ja kallista. Sa- vukaasussa esiintyy ilmasta peräisin olevia ja poltossa muodostettuja epäpuhtauksia (esim. edellä mainitut NOx-yhdisteet), joita pitää erottaa hiilidioksidin kaasufraktiosta ennen hiilidioksidin varastointia tai jatkokäyttöä.
Perinteisissä menetelmissä savukaasun typpipitoisuus on korkeampi kuin keksinnön mukaisessa menetelmässä syötettävän kaasun O>-pitoisuuden ollessa vertailussa va- kio. Käytännössä perinteisen menetelmän savukaasussa on korkeamman typpipitoi- suuden johdosta pienempi hiilidioksidin pitoisuus, vaikeuttaen täten hiilidioksidin tal- — teenottoa varsinkin silloin, kun tuotekaasun, eli hiilidioksidifraktion puhtaudessa on erityisiä vaatimuksia, kuten alhainen happipitoisuus (<0,5 til-% O»). Hiilidioksidipi- toisuuden ollessa savukaasussa alhainen (<30 %), hiilidioksidi otetaan tavallisesti talteen kemiallisin menetelmin, jolloin sen jatkohyödyntäminen on vaikeampaa. Hiili- dioksidikaasuun jää helposti jäännöskemikaaleja, esim. amiineja, tai sitten erotettu — hiilidioksidi on sitoutuneena toiseen aineeseen, esim. saostumana. Jatkokäyttöä var- ten on suoritettava erillinen puhdistusvaihe. Vaihtoehtoisesti tarvitaan korkeamman puhtausasteen saavuttamiseksi CO2-nesteytystä, joka tyypillisesti kaksinkertaistaa investointikustannukset ja myös nostaa käyttökustannuksia. o 25 — Happipolton tekniikkaa on kokeiltu paljon, mutta siinä ilmenevät vaikeudet ovat käy- O tännössä tehneet idean vaikeaksi toteuttaa. Kun käytetään puhdasta happea nosta- O maan hapetuskaasun happipitoisuutta, on ongelmaan esitetty ratkaisuksi, että ha- S pen joukkoon laitetaan savukaasua laimentamaan paloa (eng. RFG, Recirculated I Flue Gas), jolloin lämpötila kattilassa pysyy sellaisella tasolla, ettei laitteisto vauri- > 30 — oidu. Tästä kuitenkin tulee uusi ongelma, eli että hapetuskaasun joukkoon tulee 3 epäpuhtauksia kuten typpeä, rikkiä ja typen oksideja, joita nimenomaisesti syntyy N korkeissa lämpötiloissa. Myös polttoaineesta peräisin olevia päästökomponentteja, N kuten rikkidioksidia ja vetykloridia voi esiintyä savukaasussa. Näillä on vesihöyryn kanssa reagoidessaan syövyttävä vaikutus laitteistoon. Puhdistamattoman savukaasun kierrättäminen polttokammioon korostaa tätä ongelmaa, sillä epäpuh- tauksia kertyy tällä tavalla sekä hapetuskaasuun että talteen otettavaan hiilidioksidi- kaasuun, jolloin puhdistustarve korostuu.
— Varsinkin ilmapoltossa savukaasuissa on usein n. 10 % hiilidioksidia, tällöin ei toivot- tuja kaasuja on savukaasussa yhteensä 90 % tai jopa enemmän. Tämä vaikeuttaa huomattavasti hiilidioksidin talteenottoa, mikä perinteisesti tapahtuu lähes poikkeuk- setta kemiallisin menetelmin.
—Keksinnön kuvaus Keksinnön kohteena on voimalaitoksen polttomenetelmä, jossa voimalaitoksen polt- tokattilaan johdetaan hapetuskaasua, jonka palamisen seurauksena syntyy hiilidiok- sidipitoinen savukaasu. Menetelmässä aikaansaadaan happirikas kaasu, saatu happirikas kaasu johdetaan polttoprosessiin, valinnaisesti yhdessä vähintään —yhden muun kaasun kanssa, muodostaen täten polttoprosessin hapetuskaasun, polttoreaktiossa syntyneestä savukaasusta erotetaan hiilidioksidia olennaisesti ve- den- ja hiilidioksidikaasun vuorovaikutukseen perustuvalla erotusmenetelmällä, ja erotettu hiilidioksidi otetaan talteen. Keksinnön kohteena on myös voimalaitoksen polttolaitteisto, jossa on hapetuskaasun valmistusyksikkö, polttokattila ja savukaa- — sun poistojärjestelmä. Keksinnön mukainen laitteisto käsittää lisäksi olennaisesti ve- den- ja hiilidioksidikaasun vuorovaikutukseen perustuvan hiilidioksidin erotusjärjes- telmän, jossa savukaasusta erotetaan puhdasta hiilidioksidia ja josta saatu hiilidiok- sidikaasu on johdettavissa talteenottojärjestelmään ja/tai kierrettävissä takaisin polt- tokattilaan. Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteistolla saadun tuotekaasun, o 25 — eli hiilidioksidikaasun puhtausaste (CO>-pitoisuus) on edullisesti vähintään 95 %, O edullisemmin vähintään 97 % ja vielä edullisemmin vähintään 98 % CO>. Erityisen O edullisesti CO; pitoisuus on vähintään 99 %. Jäännöshapen osuus kaasussa on edul- S lisesti korkeintaan 0,5 % Oa. = > 30 — Tässä keksinnössä ratkaistaan perinteisten ilma- ja happipolttomenetelmien ongel- 2 mat säätämällä syötettävän kaasun ja/tai savukaasun koostumusta. Ilmapolton hap- S pirikastuksen tavoitteena on nostaa savukaasun hiilidioksidipitoisuus tasolle, joka N mahdollistaa hiilidioksidin erotuksen fysikaalisella menetelmällä, joka hyödyntää olennaisesti veden ja hiilidioksidin vuorovaikutusta. Hapetuskaasun koostumus voidaan edullisesti säätää poistamalla typpeä ilmasta happirikkaan kaasufraktion ai- kaansaamiseksi. Happipitoinen kaasu tai puhdas happi voidaan myös valmistaa käyttäen muita menetelmiä, kuten elektrolyysiä. Tätä happirikasta kaasua on mah- dollista laimentaa hiilidioksidikaasulla ja/tai savukaasulla. Sellaisissa polttoproses- — seissa, joissa vaaditaan korkea kaasun virtausnopeus, on edullista syöttää hapetus- kaasun lisäksi ilmaa polttoprosessiin. Hapetuskaasun happipitoisuuden ollessa kor- keampi kuin 21 % ilma toimii täten myös laimennuskaasuna.
Hapetuskaasu valmistetaan edullisesti poistamalla ilmassa oleva typpi osittain tai ko- — konaan ennen sen syöttämistä polttokammioon. Mahdollinen jäljellä oleva typpi toi- mii polttoreaktion vaimentajana. Eräässä keksinnön sovellusmuodossa polttokammi- oon johdetaan savukaasusta erotettua hiilidioksidia yhdessä korkeamman happipi- toisuuden ilmafraktion tai puhtaan hapen kanssa. Hiilidioksidi on voimakkaasti pala- mista vaimentava kaasu, josta syystä sitä käytetään jopa sammutuskaasuna.
Happirikkaan kaasun valmistukseen käytetään edullisesti membraanisuodatinjärjes- telmää, jolloin polttoprosessista saadaan kustannustehokkaampi perinteiseen kryo- geeniseen järjestelmään verrattuna. Membraanilla poistetaan ilmasta typpeä, ja tämä happirikas ilmafraktio syötetään polttokattilaan hapetuskaasuna valinnaisesti — yhdessä kierrätetyn hiilidioksidin kanssa. Tämä mahdollistaa sen, ettei polttoproses- sia varten tarvitse valmistaa puhdasta happea, mikä yleensä säästää energiaa. On myös mahdollista poistaa savukaasusta typpeä, esim. membraanin avulla, ja siten nostaa hiilidioksidikaasun osapainetta savukaasussa ennen hiilidioksidin erotuspro- sessia. o 25 o Merkittävä osa keksinnön prosessia on hiilidioksidin tehokas erotus ja talteenotto. O Tämä on toteutettavissa erilaisilla kemiallisilla ja fysikaalisilla menetelmillä. Edullinen S fysikaalinen menetelmä on veden kiertoprosessi, johon kuuluu hiilidioksidin absorp- I tio- ja desorptiokolonneja. Tämän etu on etenkin se, ettei prosessiin tarvita ympäris- > 30 — tölle tai ihmiselle vaarallisia kemikaaleja, vaan prosessi perustuu veden ja hiilidioksi- 2 dikaasun vuorovaikutukseen eri paineissa. N Ilmapoltossa hiilidioksidin pitoisuus savukaasussa on noin 5-15 %, usein n. 10 % prosessista ja voimalaitoksen kuormatasosta riippuen. Näin alhaisella hiilidioksidipitoisuudella fysikaalinen erotus on usein hyvin vaikeaa, ja perinteisesti on sen takia turvauduttu kemiallisiin erotusmenetelmiin. Kemiallisissa erotusmene- telmissä lisätty reagenssi reagoi hiilidioksidikaasun kanssa, jolloin on hyvin vaikeata ottaa prosessista talteen puhdasta hiilidioksidia. Fysikaalisia erotusmenetelmiä käy- 5 — tetään lähestulkoon vain, kun hiilidioksidin pitoisuus savukaasussa on korkeampi, kuten monessa happipolttomenetelmässä. Lisäksi moni fysikaalinen erotusmene- telmä hyödyntää orgaanisia liuottimia, mikä usein lisää kustannuksia ja ympäristö- kuormitusta, kun keksinnön menetelmässä hyödynnetään vettä. Veden myrkyttö- myys tekee erotusprosessista erityisen edullisen, kun tuotekaasuna saatu hiilidioksi- —dikaasu käytetään elintarviketeollisuudessa. Keksinnön mukainen menetelmä mah- dollistaa ylimääräisen puhdistusvaiheen pois jättämäisen ja prosessin tehostamisen kokonaisuudessaan.
Polttoprosessi voidaan optimoida etsimällä kokeellisesti kaasujen paras sekoitus- — suhde. Ilmassa on 78 % typpeä, 21 % happea ja 1 % muita kaasuja. Polttoproses- sissa happi muuttuu hiilidioksidiksi. Yleensä voimalaitosta ajetaan ylimääräisellä ha- pella, jotta palamisessa syntyisi mahdollisimman vähän saastuttavia kaasujakeita. Usein on perinteisten voimalaitosten savukaasuissa siksi vain 10 % hiilidioksidia, jol- loin siinä on 11 % palamatonta happea. Typpi tulee passiivisena kaasuna sellaise- naan polton läpi.
Keksinnön polttoprosessissa savukaasun koostumus ei juurikaan muutu, koska pala- misprosessin hillitsemiseksi hyödynnetään passiivisia kaasuja (esim. Nz tai CO>). Myös puhtaustarve toteutuu, koska prosessissa kierrätettävä savukaasu korvataan o 25 — ainakin osittain hiilidioksidilla. Näin ollen savukaasussa esiintyviä epäpuhtauksia ei O kierrätetä polttoprosessiin yhtä paljon. Prosessin muina etuina on halvemmat O käyttö- ja investointikulut. Nämä johtuvat osittain siitä, että korkeampi savukaasun S hiilidioksidipitoisuus tehostaa erotusprosessia ja osittain siitä, että syötettävä hape- I tuskaasu valmistetaan kustannustehokkaasti säätämällä ilman happipitoisuus opti- > 30 — maaliselle tasolle. Puhtaan happikaasun valmistaminen voidaan täten välttää. Mikäli 3 kokonaan haluaa välttää NO,-yhdisteiden syntymistä polttoprosessin aikana ja erot- N taa hyvin puhdasta hiilidioksidikaasua (>99 %), on menetelmällä myös mahdollista N valmistaa puhdasta happea ja käyttää pelkästään savukaasuista erotettua hiilidioksi- dia laimennuskaasuna. Tämä toisin asettaa korkeat vaatimukset laitteistolle, ja soveltuu siten parhaiten happipolttoyksikköihin.
Ilmapolttoyksiköissä saavutetaan korkea hiilidioksidikaasun puhtausaste yhdistämällä hiilidioksidin kiertoprosessi ilma- polton happirikastukseen.
Investointikuluja alentaa se, että menetelmän toteutta- miseksi tarvittavat laiteyksiköt voidaan liittää olemassa oleviin voimalaitoksiin.
Tämä —-jälkiasennusmahdollisuus alentaa prosessin käyttöönottokustannukset huomatta- vasti.
Tällaisissa tilanteissa voi olla edullista hyödyntää voimalaitoksen omaa hapen- tuotantoyksikköä, jos sellaista on olemassa.
Hiilidioksidifraktio erotetaan edullisesti savukaasusta hiilidioksidin absorptio- ja — desorptiokolonneja käyttäen.
Absorptiokolonnissa säädetään paine sellaiselle tasolle, että mahdollisimman paljon hiilidioksidikaasua siirtyy vesifaasiin, jolloin puhdasta hii- lidioksidia saadaan erotettua laskemalla paine desorptiokolonnissa.
Tällä menetel- mällä on mahdollista erottaa myös hapetuskaasusta peräisin oleva typpi, sillä typpi- kaasu imeytyy hiilidioksidia huonommin veteen.
Samoin monet polttoaineesta ja il- masta muodostuneet epäpuhtaudet ovat vesiliukoisia, jolloin nämä tehokkaasti si- toutuvat veteen eivätkä siirry hiilidioksidikaasun mukaan talteenottoon.
Saadun hiili- dioksidifraktion suunnitellun käyttökohteen ja puhtausvaatimusten mukaan voi kui- tenkin olla edullista erottaa esim. rikkiyhdisteet ennen hiilidioksidin talteenottoa.
Keksinnön yksi sovellusmuoto esittää myös ratkaisun, jossa typpi erotetaan savu- — kaasusta heti polton jälkeen vastaavalla membraanisuodatinjärjestelmällä kuin ha- pen valmistuksessa.
Täten on mahdollista erottaa prosessissa hiilidioksidia savukaa- sun hiilidioksidipitoisuuden ollessa niinkin alhainen kuin 6 %. Nostamalla hiilidioksi- din osapaine savukaasussa ennen erotusta parannetaan erotusvaiheen hyötysuh- detta.
Kun polttoreaktiossa syntyneestä savukaasusta poistetaan typpeä membraa- o 25 — nisuodattimen avulla ennen hiilidioksidin erottamista savukaasusta, pienenee käsitel- O tävän kaasun tilavuus ja saavutetaan korkeampi hiilidioksidin pitoisuus ja osapaine O savukaasussa.
Täten pienenee myös tarve kierrättää kaasua tai on mahdollista saa- S vuttaa korkeampi puhtausaste talteen otettavalle hiilidioksidikaasulle. = > 30 — Absorptio- ja desorptiomenetelmällä saatu hiilidioksidifraktio on optimointitavasta 3 riippuen hyvin puhdas (vähintään n. 95—99 % hiilidioksidia). Korkean puhtausasteen S ansiosta on mahdollista käyttää saatu hiilidioksidikaasu muihin sovelluksiin, joissa N hiilidioksidi toimii raaka-aineena.
Vaihtoehtoisesti hiilidioksidi on mahdollista säilyttää tai varastoida siten, ettei se pääse ilmakehään, jossa se toimii kasvihuonekaasuna.
Sekä savukaasun koostumus että erotusmenetelmän parametrit, kuten absorptio- ja desorptiopaine, vaikuttavat tuotekaasun koostumukseen. —Kuvioiden lyhyt kuvaus Keksintöä kuvataan seuraavaksi yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 on erään keksinnönmukaisen menetelmän prosessikaavio, jossa kaa- sun koostumus on esimerkinomaisesti ilmoitettu, ja kuvio 2 on prosessikaavio eräästä keksinnönmukaisen menetelmän suoritus- muodosta ilmapolttolaitoksessa. — Määritelmät Hapetuskaasulla tarkoitetaan tässä yhteydessä polttoprosessiin syötettävää happipi- toista kaasua, eli polttokaasua, syöttökaasua tai raakakaasua. Tämä on yleensä il- maa, jonka happipitoisuus on nostettu poistamalla ilmasta typpeä joko osittain tai kokonaan ja johon valinnaisesti on lisätty laimennuskaasua palamislämpötilan alen- — tamiseksi. Laimennuskaasu voi tässä yhteydessä olla esim. savukaasu tai hiilidiok- sidi. Voidaan lisätä myös ilmaa apukaasuna virtausnopeuden nostamiseksi, jolloin se happipitoisuuden ollessa korkea myös toimii laimennuskaasuna. Kaasujen koostumukset (%) on tässä tulkittava kuivan kaasun tilavuusprosentti- Q 25 — osuutena (til.-%), ellei muuta ilmoiteta.
S
O T Puhtaalla hiilidioksidilla tarkoitetaan tässä yhteydessä hiilidioksidin erotusprosessista Nn O saatua hiilidioksidikaasua. Tämän puhtausaste on edullisesti vähintään 95 %, edulli- E semmin vähintään 97 %, vielä edullisemmin vähintään 98 % CO». Erityisen edullinen 5 30 on tilanne, jossa erotetussa hiilidioksidifraktiossa on hiilidioksidia vähintään 99 %.
B
N O Membraanisuodatinjärjestelmä voi tässä yhteydessä tarkoittaa sekä yksittäistä mem- braanisuodatinta että useampaa sarjaan tai rinnakkain järjestettyä membraanisuodatinta tai membraanisuodatinsarjaa.
Membraanisuodatinjärjestel- mässä olevat membraanit voivat olla ominaisuuksiltaan erilaisia.
Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus — Esillä oleva keksintö esittää ratkaisun, jossa voimalaitoksen polttoprosessi saadaan optimoitua säätämällä hapetuskaasun ja/tai savukaasun koostumusta hiilidioksidin talteenoton tehostamiseksi.
Menetelmässä ei laimenneta puhdasta happea pelkäs- tään savukaasuilla vaan polttoprosessia hillitään poistamalla polttoprosessiin syötet- tävästä ilmasta typpeä, jolloin sen happipitoisuus kasvaa.
Saadussa happirikkaassa — kaasussa jäljellä oleva typpi toimii polttoprosessin vaimentajana.
Eräässä edullisessa sovellusmuodossa osa hiilidioksidikaasusta johdetaan takaisin polttokammioon osaksi hapetuskaasua palamisreaktion hillitsemiseksi ja savukaasun CO2-pitoisuuden nostamiseksi.
Tässä tilanteessa saavutetaan korkea puhtausaste savukaasulle, sillä savukaasussa olevia epäpuhtauksia ei kierrätetä polttoprosessiin.
Säätämällä proses- — sista saadun hiilidioksidikaasun osuus hapetuskaasussa saadaan palamislämpötilaa ja talteenottoprosessia optimoitua.
Tällöin saadaan savukaasujen CO>-pitoisuutta nostettua ja käsittelyprosessia tehostettua sekä happikaasun valmistuksen inves- tointi- ja käyttökustannuksia laskettua, jolloin polttoprosessista tulee kustannuste- hokkaampi talteen otettua CO>-tonnia kohti.
Tavoitteena on nostaa hapetuskaasun — happipitoisuus tasolle, jossa palamisreaktion lämpötila on laitteistolle turvallinen eikä aiheuta merkittävää epäpuhtauksien (esim.
NO,) syntymistä.
Nykyisissä ilma- tai happipolttolaitteistoissa sovellettuna hapetuskaasun happipitoisuus on edullisesti korkeintaan 40 %, edullisemmin korkeintaan 30 % ja vielä edullisemmin korkeintaan %. Tehokkaan polttoprosessiin saavuttamiseksi happipitoisuuden tulee kuitenkin o 25 — edullisesti olla vähintään 15 %, edullisemmin vähintään 18 % ja vielä edullisemmin O 21 %. Korkea happipitoisuus johtaa korkeampaan CO>-pitoisuuteen savukaasussa, O mikä tekee CO>:n talteenotosta tehokkaamman, mutta asettaa erityisvaatimuksia S laitteistolle.
Happipolttolaitteistoissa on mahdollista soveltaa keksinnön mukaista I menetelmää laitteiston rajoituksia noudattaen, jolloin hapetuskaasun happipitoisuus > 30 voi olla esim. vähintään 30 %, 40 % tai 45 % ja korkeintaan 50 %, 60 % tai 80 %. 3 Paloprosessin O>-pitoisuutta voidaan säätää välillä 21 % ... 99 % pelkästään typpeä S poistamalla, joten maksimaalinen säätövara mahdollistaa kaikissa tilanteissa proses- N sin optimoinnin ja haittojen minimoinnin.
Eräässä edullisessa sovellusmuodossa il- man happipitoisuutta saadaan säädettyä muokkaamalla membraanisuodatinjärjestelmän kokoonpanoa ja/tai membraanisuodatusjärjestel- män läpi kulkevan ilman virtausnopeutta ja painetta. Yksinkertaisimmin hapetus- kaasu saadaan aikaan vain typpeä poistamalla, eikä tarvitse lisätä esim. savukaa- suja, jolloin prosessiin tulee minimaalisen vähän poistettavaa epäpuhtautta. Tämä — on toteutettavissa esim. onttokuitumembraaneja käytteen, kuten Parker EnOxy 604- membraania. Poistamalla typpeä savukaasusta myös ennen erotusprosessia saa- daan tällaisessa tilanteessa savukaasun hiilidioksidiosuutta nostettua, jolloin kaasuja ei tarvitse käsitellä moneen kertaan, kuten joutuu tekemään, jos savukaasuja ja/tai hiilidioksidia syötetään takaisin polttoprosessiin.
Keksinnön prosessia voidaan optimoida etsimällä kokeellisesti paras kaasujen sekoi- tussuhde tietylle polttolaitteistolle ja polttoaineelle. Savukaasujen hiilidioksidipitoi- suus ei ole suoraan verrannollinen syötettävään hapetuskaasun happipitoisuuteen, sillä se on myös riippuvainen Lambda-arvosta, jolla tarkoitetaan sitä, kuinka suurella — ylimääräisellä hapella laitosta ajetaan. Korkeammalla Lambda-arvolla on savukaasu- jen sisältämän reagoimattoman hapenpitoisuus korkeampi. Liian alhainen happipitoi- suus hapetuskaasussa saattaa toisaalta johtaa epätäydelliseen palamisprosessiin ja alhaiseen hiilidioksidin muodostumiseen, jolloin CO2-talteenottoa varten on käsitel- tävä suuria kaasumääriä.
Hapetuskaasun ilmafraktion happipitoisuuden nostamiseksi voidaan käyttää mem- braanisuodatusmenetelmää. Tähän tarkoitukseen sopii kaupalliset membraani- suodattimet, joita tarvittaessa kytketään sarjaan. Näitä membraanisuodattimia voi- daan käyttää typen poistamiseksi ilmasta ennen polttoa ja/tai typen poistamiseksi o 25 — savukaasusta ennen hiilidioksidin erotusta ja talteenottoa. Siten vähintään yksi O membraanisuodatinjärjestelmä on sijoitettuna hapetuskaasun valmistusyksikön yh- O teyteen ja/tai laitteistossa polttokattilan jälkeen ennen savukaasun erotusjärjestel- S mää. = > 30 — Ennen mainittua vähintään yhtä membraanisuodatinjärjestelmää on mahdollista 2 tehdä ilman esikäsittely membraanijärjestelmän suojaamiseksi ja prosessin tehosta- S miseksi. Tämä esikäsittelyjärjestely voi olla esim. kaasun suodatus spray-suodatti- N men tapaisella esisuodattimella ja sen jälkeen kaasun kuivaus veden poistamiseksi. Membraanin tukkeutumisen estämiseksi on joidenkin membraanien kohdalla mahdollista tehdä membraanisuodatusjärjestelmä kaksivaiheiseksi, jolloin suodatet- tava kaasu virtaa vuorotellen puolelta toiselle ja suunnan vaihdon yhteydessä huuh- dotaan kertyneet pölyt pois. Sekä sarja- että rinnakkaisjärjestelmät ovat mahdollisia tämän aikaansaamiseksi.
Tehokas hiilidioksidin erotus- ja talteenottovaihe parantaa keksinnön prosessia. Tämä on edullisesti toteutettavissa veden kiertoprosessilla, jonka ensimmäisenä vai- heena on absorptiokolonni, johon hiilidioksidi imeytetään painetta käyttäen. Sen jäl- keen vesi pumpataan vähintään yhteen desorptiokolonniin, jossa paine lasketaan, — minkä jälkeen vesi pumpataan uudelleen absorptiokolonniin. Tällöin absorptiokolon- nissa oleva vesi sitoo hiilidioksidia, joka vapautuu desorptiokolonnissa. Mitä enem- män hiilidioksidia sitoutuu absorptiokolonnissa ja vapautuu desorptiokolonnissa, sitä tehokkaampi prosessi on. Näin ollen hiilidioksidin erotusjärjestelmä käsittää vähin- tään yhden absorptiokolonnin ja vähintään yhden desorptiokolonnin, välineet pai- — neen säätämäiseksi mainitussa vähintään yhdessä absorptiokolonnissa ja/tai vähin- tään yhdessä desorptiokolonnissa, välineet veden siirtämiseksi järjestelmässä ja väli- neet puhtaan hiilidioksidikaasun talteen ottamiseksi. Erotusprosessissa sovelletut absorptio- ja desorptiokolonnit voivat olla eri kokoisia ja -muotoisia säiliöitä, joihin tarvittaessa on liitettävissä apukolonneja tai apusäiliöitä hiilidioksidin erotusprosessin tehostamiseksi. Näiden avulla paineen nostaminen ja/tai laskeminen voidaan tehdä vaiheittain. Kolonneissa tai säiliöissä voi olla mekaa- nisia välineitä veden sekoittamiseksi ja siten hiilidioksidin erotusprosessin tehosta- miseksi. On myös mahdollista hyödyntää lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmiä kaasun o 25 absorption ja desorption säätämiseksi. Kun savukaasun hiilidioksidipitoisuus on vä- O hintään 50 % on edullista käyttää kaksoisdesorptiojärjestelmää, jossa absorptioko- O lonnin lisäksi on yksi esidesorptiokolonni ja vähintään yksi desorptiokolonni. S Esidesorptiokolonnissa paine on korkeampi kuin varsinaisessa desorptiokolonnissa, I jolloin paineen säätämiseen kuluu vähemmän energiaa. Savukaasun hiilidioksidipi- > 30 — toisuuden nostamiseksi voidaan käyttää edellä mainittua membraanisuodatusta. S Keksinnön mukainen savukaasujen käsittelyjärjestelmä soveltuu pienin muokkauksin N myös menetelmiin, joissa lisätään kemiallisia aineita hiilidioksidin sitomiseksi tai muuntamiseksi. Esimerkkejä tällaisista lisäaineista on hiilihappoanhydraasi, amiinit ja ruokasooda.
Vastaavasti on mahdollista liittää kolonneihin välineet savukaasun mu- kaan kulkeneiden, veteen liuenneiden epäpuhtauksien neutraloimiseksi tai saosta- miseksi.
Keksinnön mukaisen hiilidioksidin erotusjärjestelmän yksi etu on kuitenkin se, että on mahdollista erottaa savukaasuista puhtaan hiilidioksidin kaasufraktio —myösilman lisättyjä kemiallisia aineita, jolloin näistä ei myöskään jää epäpuhtauksia erotettuun hiilidioksidin kaasufraktioon.
Yllä esitetty hiilidioksidin absorptio- ja desorptiomenetelmä perustuu kaasun osa- paine-käsitteeseen.
Jos jotain kaasua, tässä tapauksessa hiilidioksidia, on seoskaa- — sussa 10 % ja paine on 20 bar niin hiilidioksidikaasun osapaine (po) on 0,1 * 20 bar = 2 bar.
Jos hiilidioksidia on kuitenkin 20 % on osapaine samalla säiliön paineella 0,2 * 20 bar = 4 bar.
Tämä osapaine on suoraan verrannollinen kaasun imeytymi- seen veteen, sillä se noudattaa Henryn lakia: c = Kupo, — jossa c on konsentraatio, KH on kaasulle ominainen Henryn vakio ja po on osapaine.
Tällöin jos kaasun osapaine nousee 2 baarista 4 baariin imeytyy veteen kaksinkertai- nen määrä hiilidioksidia.
Tähän vaikuttaa lisäksi veden ja kaasun lämpötila.
Henryn lain mukaan kaasua sitoutuu sitä enemmän mitä suurempi on kaasun osa- — paine.
Näin ollen, jos tietyn kaasun pitoisuus kaasuseoksessa on 10 % ja se noste- taan tavalla tai toisella 20 %:iin ja muut olosuhteet pysyvät samana kaksinkertais- tuu teho.
Keksinnön mukaisessa järjestelmässä savukaasujen hiilidioksidipitoisuus voi olla hyvin laajalla alueella, sillä prosessi toimii jo savukaasun 6 %:n hiilidioksidi- pitoisuudella.
Korkea hiilidioksidipitoisuus tekee prosessista tehokkaamman.
Mene- o 25 — telmän tietyissä sovellusmuodoissa (esim. happipoltto, typen erotus ennen erotus- O prosessia) hiilidioksidipitoisuus voi olla hyvin korkea, esim. 70-95 %, jolloin aikaan- O saadaan tehokas erotusprosessi ja hyvin puhdas hiilidioksidifraktio.
Ilmapoltossa hii- S lidioksidi- ja/tai savukaasun kierrättämisellä savukaasun hiilidioksidipitoisuus on I usein alle 35 %. Keksinnön menetelmä mahdollistaa hiilidioksidin talteen ottamisen > 30 — savukaasuista, jossa on alle 35 %, alle 20 %, alle 15 % tai alle 10 % hiilidioksidia.
N Keksinnön eräs edullinen sovellusmuoto on sen käyttö polttoprosessin paranta- N miseksi leijupetikattilassa.
Muutokset nykyisiin polttolaitoksiin voidaan tehdä jälkiasennuksena ja suuren kaasuvirtauksen saavuttamiseksi on mahdollista lisätä kolmantena kaasuvirtauksena ilmaa. Esimerkki 1 — Kuviossa 1 kuvataan erästä keksinnön mukaista menetelmää prosessikaavion avulla. Kuvion 1 mukaisessa menetelmässä ja siihen liittyvässä laitteistossa on esitetty myös vaihtoehtoisia vaiheita. Kuvion 1 mukaisessa happipolttomenetelmässä syötetään ilmaa (1) esikäsittelyjär- —-jestelmään (2), jossa poistetaan epäpuhtaudet vesisumun avulla. Kemiallisten ja mekaanisten vuorovaikutusten ansiosta ilmassa olevia epäpuhtauksia kiinnittyy vesi- pisaroihin ja siirtyy suodatusmateriaaliin. Tämän jälkeen ilma kuivataan ja syötetään membraanisuodatinjärjestelmään (3), jossa suuri osa typestä poistetaan hapetus- kaasun valmistamiseksi. Membraanisuodatinjärjestelmä voi koostua esim. Parker —SmartFluxx SA15020-membraanisuodattimista, joilla on mahdollista saada korkean happipitoisuuden kaasufraktio ilmasta. Membraanien tukkeutumisen estämiseksi on edullista vaihtaa kaasuvirtauksen virtaussuuntaa ja siten huuhtoa mahdolliset il- massa jäljellä olevat hiukkaset pois järjestelmästä. Membraanisuodatinjärjestel- mästä tulevan ilman typpipitoisuus on kuvion 1 esimerkissä n. 20 %, jolloin happipi- — toisuus on n. 80 %. Polttoprosessissa (4) muodostuu hiilidioksidia 70 %. Savukaa- sussa on vielä reagoimatonta typpeä 20 % ja happea 10 %. Savukaasut johdetaan valinnaisesti toiseen puhdistusyksikköön (5) epäpuhtauksien, kuten rikkiyhdisteiden poistamiseksi. Tämä puhdistusyksikkö voi olla myös toinen membraanisuodatinjär- jestelmä typen poistamiseksi ennen hiilidioksidin erotusta (6), tai yhdistelmä eri o 25 — puhdistusyksiköistä.
S O Hiilidioksidin erotusjärjestelmä muodostuu vähintään yhdestä absorptiokolonnista ja S vähintään yhdestä desorptiokolonnista. Polttoprosessista tuleva ja valinnaisesti esi- I puhdistettu savukaasu paineistetaan ja johdetaan absorptiokolonniin, jossa se ab- > 30 — sorboituu eli imeytyy veteen Henryn lain mukaisesti. Absorboidun hiilidioksidin osuus 2 riippuu säiliössä olevasta paineesta ja savukaasussa olevan hiilidioksidin määrästä. S Absorbointiprosessi on tehostettavissa mekaanisilla välineillä, esim. sekoittimella, N joka saa veden kiertämään ja/tai lentämään säiliössä olevaan ilmatilaan, jolloin vesi- ja kaasufaasien kosketuspinnat ovat mahdollisimman suuria. Henryn vakio on erilaisille kaasuille eri, jolloin painetta säätämällä saadaan myös typpeä ja happea erotettua prosessissa. Absorptiokolonnista vesi, johon hiilidioksidi on absorboitunut, johdetaan — desorptiokolonniin, jossa paine lasketaan. Kun paine laskee, desorboituu eli vapau- tuu vesifaasiin absorboitunutta hiilidioksidia säiliön ilmatilaan. Myös tämä prosessi on tehostettavissa mekaanisilla välineillä, esim. sekoittimella. Kun kaasufaasin ja ve- sifaasin välinen pinta-ala kasvaa, tehostuu kaasun siirtyminen vesifaasista, sillä jär- jestelmä pyrkii tasapainoon. Apukolonneja käyttäen on myös mahdollista laskea — paine asteittain. Hiilidioksidin erotusprosessista (6) saadun hiilidioksidin puhtausaste on noin 99 %. Vesi johdetaan desorptiokolonnista takaisin absorptiokolonniin. Puhdas hiilidioksidifraktio on johdettavissa hiilidioksidin talteenottoon (7). Valinnai- sesti osavirta puhtaasta, n. 99 %:sta hiilidioksidikaasusta johdetaan takaisin (8) — polttoprosessiin sen vaimentamiseksi. Tämä kaasu tulee reagoimattomana poltto- prosessin läpi. Kuvion 1 kaasukoostumuksien esimerkissä hapetuskaasussa ei ole li- sättyä hiilidioksidia. Keksinnön mukainen happipolttojärjestelmä ja sen komponentit on tutkittu pienessä — mittakaavassa. Palamisprosessin savukaasujen koostumuksen riippuvuus syötetyn kaasun happipitoisuuteen tutkittiin tekemällä kaasuseokset, jossa on vähemmän typpeä ja 20 % korkeampi happipitoisuus. Kokeissa lisättiin hapetuskaasuun hiilidi- oksidia, jotta sen CO2-pitoisuus oli 30 %. Prosessi todettiin hyvin toimivaksi ja hiilidi- oksidin erotusprosessin tehokkuus kasvoi kolminkertaiseksi. o 25 O Esimerkki 2 O Hapetuskaasun hiilidioksidipitoisuuden vaikutus hiilidioksidikaasun erotusprosessin S tehokkuuteen arvioitiin happirikastuskokeista saatujen arvojen perusteella. Kokeet I suoritettiin leijupetikattilassa, polttoaineena mäntypurua. Laitteiston kaaviokuva on > 30 — esitetty kuviossa 2. Myös tähän laitteistoon on liitettävissä typen erotusyksikkö en- 3 nen hiilidioksidin erotusyksikköä ja talteenottoyksikköä.
O S
Kyseisessä kattilassa suoraan liekkeihin puhallettava toisioilma säätyy normaalisti savukaasun jäännöshapen mukaan. Parhaan hyötysuhteen aikaansaamiseksi on to- dettu, että jäännöshapen pitoisuuden tulisi olla n. 3-5 %.
— Syntyneen palokaasun lämpötila on n. 800 °C ja lämmön talteenoton jälkeen tämä laskee lämpötilaan n. 150-200 °C. Kyseisessä lämpölaitoksessa osa savukaasuista on johdettavissa takaisin polttokattilaan, loput johdetaan tavallisissa olosuhteissa sa- vupiippuun. Savukaasun koostumuksen perusteella saatiin laskennalliset arvot tal- teen otettavan hiilidioksidifraktion puhtaudelle ja erotusprosessin tehokkuudelle.
Polttoprosessiin syötetyn hapetuskaasun happipitoisuus pidettiin kaikissa kokeissa vakiona arvossa n. 21 %. Muodostuneen savukaasun jäännöshapen pitoisuus pysyi myös kaikissa tutkimuksen vaiheissa vakiona arvossa n. 5 %, jossa hyötysuhde on todettu hyväksi.
Kaikissa kokeissa hapetuskaasuna, eli syöttökaasuna oli ilman, hapen ja kiertokaa- sun seos. Kiertokaasulla tarkoitetaan sekä savukaasua, jota kuviossa 2 ja esimerkin taulukoissa on nimetty kiertokaasu 1:ksi (KK1), että erotusprosessista saatua hiilidi- oksidin tuotekaasua, jota kuviossa 2 on nimetty kiertokaasu 2:ksi (KK2). Happi ja — kiertokaasuvirtaukset sekoitettiin siten, että saadun kaasuseoksen happipitoisuus oli n. 21 %. Yhdistyessään ilmavirtaukseen, polttokattilaan (4) syötettävän hapetuskaa- sun happipitoisuus pysyi siten vakiona. Tutkimuksessa tehtiin kaksi koesarjaa, hap- pirikastuskoe 1 ja happirikastuskoe 2. Lisäksi tehtiin tavallisen ilmapolton vertailu- koe. Ensimmäisessä happirikastuskokeessa ilman tilavuussuhde kiertokaasuun oli o 25 3:1, toisessa kokeessa vastaava suhde oli 1:1. Käytetyt virtausnopeudet ilmenevät
N O taulukosta 1.
N O N O
I jami a
PP 00 o
LO O N O N
Taulukko 1: Syöttökaasun komponenttien virtausnopeudet CO: Kierto- Tot TT = Happirikastus | 657,9 42,4 199,9 ett | 1 Happirikastus | 417,7 82,4 400,1 ett [11 | |]. amapoio | 0 | | = [ = | > [= Taulukko 2 esittää hapetuskaasun koostumusta kuvion 2 pisteessä B juuri ennen syöttöä polttokattilaan sekä kiertokaasun 1, eli savukaasun, koostumusta ja osavir- taa ennen sekoitusta puhtaan hapen kanssa kuvion 2 pisteessä A. Syötetyn ilman ti- lavuusvirtaus vastaa pisteen A ja pisteen B tilavuusvirtausten erotusta. Syötetyn il- man koostumuksessa tilavuuspitoisuudet on ilmoitettu ainoastaan ilman pääkom- ponenteille (N2 ja O2), jolloin muitten kaasujen tilavuuspitoisuudet puuttuvat taulu- kosta. Pisteessä B hapetuskaasun komponenttien yhteenlaskettu tilavuusprosentti — on siten alle 100 %. Taulukko 2: Savukaasun ja syöttökaasun koostumus polttoprosessissa, CO? takaisinkierrätys 0 % 0] p [ees o räkan (KK) jossa |A + OR KRKA | Happirikastus- Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus : (CoO Ne CO: [02 Me [Orja [M |
T | 00 2 HE a O Happirikastus- Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus
[eee [M [co jo IN: CO: ja IN: | Pitoisuus 29,9 15,0 |65,1 [24,8 |21,2 [54,0 |13,3 [21,1 |65,1 (til-%) Tilavuusvirtaus | 11941200 [260,7 119,4/102,4/260,7 | 119,4 | 190,1 | 586,5 (NI/min) Taulukko 3 esittää tilanteen, jossa savukaasun lisäksi 25 % CO>-tuotekaasusta kier- rätetään takaisin polttoprosessiin ja taulukko 4 esittää tilanteen, jossa savukaasun lisäksi 50 % CO>-tuotekaasusta kierrätetään takaisin polttoprosessiin. Kiertokaasujen —(KK1, KK2) virtausnopeus säädetään kiertokaasupuhaltimen (9) avulla. Takaisinkier- rätetty tuotekaasu (KK2) korvaa savukaasua (KK1) siten, että kattilaan menevä tila- vuusvirtaus pysyy laskelmassa vakiona. Taulukko 3: Savukaasun ja syöttökaasun koostumus polttoprosessissa, CO: takaisinkierratys 25 % |] = es o Ilma + 0: + Savukaasu (KK1) [Oz + KK1 + KK2 |KK1 + KK2 . Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Happirikastus- koe 1 161,6 NI/min 242,3 NI/min 900,2 NI/min [So Me [Co [02 NCO: jo [N | Pitoisuus (til-%) 25,5 |50 169,5 132,5 (20,9 146,6 18,8 |21,0 169,6 Tilavuusvirtaus (NI/min) 41,1 18,1 112,4 [78,8 |50,6 |112,9 178,8 |188,8|626,1
OO
N 3 1 | i . Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus = Happirikastus- W koe 2 361,0 NI/min 482,5 NI/min 900,2 NI/min
O : [SO Ne [Co [02 [Ne (CO: jon [N | jami a - - N Pitoisuus 34,5 |50 [60,5 [33,8 [20,8 |45,4 |18,1 |20,9 |60,5 00 (til-%) O Tilavuusvirtaus N (NI/min) 124,5 | 18,0 |218,5 | 162,9 | 100,6 | 219,0 | 162,9 | 188,3 | 544,8
N
Taulukko 4: Savukaasun ja syöttökaasun koostumus polttoprosessissa, CO? takaisinkierrätys 50 % [= [es Ilma + Oz + Savukaasu (KK1) [Oz + KK1 + KK2 |KK1 + KK2 . Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Happirikastus- koe 1 96,7 NI/min 242,3 NI/min 900,2 NI/min [Ce] [M [CO jos IN: CO: joa IN: | Pitoisuus (til-%) 31,0 15,0 [64,0 154,2 |19,7 |26,1 |14,6 [20,6 |64,0 Tilavuusvirtaus (NI/min) 29,9 14,8 161,9 |[131,4]47,6 163,3 |131,4/185,8 | 576,5 . Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Happirikastus- koe 2 294,2 NI/min 482,5 NI/min 900,2 NI/min [Ce] [M [CO jos IN: CO: joa IN: | Pitoisuus 41,1 |5,0 [53,9 [46,7 |20,2 [33,1 |25,1 |20,6 |53,9 (til-%) Tilavuusvirtaus (NI/min) 120,9 | 14,7 |158,7 | 225,5 197,4 |159,6 | 225,5 | 185,1 | 485,4 Eräässä toisessa esimerkin 2 mukaisessa sovellusmuodossa käytetään Parkerin EnOxy 604-membraania hapetuskaasun valmistamiseksi. Membraanierotukseen syö- tetään ilmaa 7 baarin (g) paineessa, jolloin saadun 40 %:n happipitoisuuden il- mafraktion virtausnopeus on 74,8 I/ min membraania kohti. Käyttämällä kolme mem-
O N braania, saadaan erotettua 224,4 NI/min happirikasta ilmaa (40 % O»), jota syöte-
N S tään polttoprosessiin happirikastuskokeessa 1. Hapen osavirran virtausnopeus on tä- N 10 ten 89,76 NI/min, mikä vastaa 3,95 mol/min. Happea syötetään siten membraa- 7 neista polttoprosessiin 7,3 kg/h, eli noin 0,17 tonnia vuorokaudessa. Tämä virtaus E laimennetaan savukaasun (KK1) ja/tai hiilidioksidikaasun (KK2) kiertokaasuvirtauk- 2 sella vastaavaan osavirtaan, kuin yllä 50 % CO>:n takaisinkierrätyksellä. Virtausno- S peus pisteessä A on silloin 424,3 NI/mol, jolloin happipitoisuus on 22,3 %, mikä on N 15 — hieman korkeampi kuin kuviossa 2. Happirikastuskokeessa 2 käytetään viisi membraania, jolloin happirikkaan ilman (40 %) virtausnopeus on 374 l/min. Happea syötetään membraaneista polttoprosessiin 12,1 kg/h, eli 0,29 tonnia vuorokaudessa. Membraanierotusmenetelmä soveltuu myös tilanteisiin, joissa happea tuotetaan mo- — ninkertaisesti, esim. 5-15 kertaa happirikastuskokeen 2 esimerkin määrään nähden tai enemmän. Skaalattuna prosessiin, jossa happea tuotetaan n. 24 tonnia vuoro- kaudessa membraanien määrä olisi 400. Tämä vastaa 80 kertaa happipolttokokeen 2 määrää. Membraanisuodatukseen syötetyn ilman tilavuusvirtaus on tässä 122590 NI/min, jolloin happirikasta ilmaa (40 % O) saadaan prosessista 29920 NI/min.
— Happirikkaan kaasun virtausnopeus on siten n. 24 % membraanierotukseen syöte- tyn ilman virtausnopeudesta. Kun happirikasta kaasua laimennetaan happirikastus- kokeen 2 mukaisesti (50 % CO; takaisinkierrätys), polttoprosessiin syötetään hape- tuskaasua 72016 NI/min, jonka CO2-pitoisuus on 25,5 % ja O2-pitoisuus on 21,2 %. Savukaasuista erotetun hiilidioksidin (CO> 98,9 %) tilavuusvirtaus on 17195 NI/min, — jolloin talteenottoon siirtyy 8695 NI/min. Tämä vastaa n. 960 kgceo2/h eli n. 23 tonnia hiilidioksidia vuorokaudessa. Erotusprosessin laskennallinen energian kulutus on 0,30 MWhuor/tcoz, prosessin tehonkulutus 584,1 kWrox ja COz:n talteenottoaste 84,4 %. Laskelmissa reaktorin halkaisija on 3,6 m.
O N O N O N O
I jami o
PP 00 o
LO O N O N
Taulukko 5: Happirikastus membraanisuodatusmenetelmällä; savukaasun ja syöttökaasun koostumus polttoprosessissa, CO; takaisinkierrätys 50 % [een [es Ilma + Oz + Savukaasu (KK1) [Oz + KK1 + KK2 |KK1 + KK2 L. Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Happirikastus- koe 1 91,2 NI/min 424,3 NI/min 900,2 NI/min [coo [M [002 jos IN: [02 joa M | Pitoisuus (til-%) 32,3 [50 162,7 132,1 [22,3 145,6 |15,1 [21,6 |62,7 Tilavuusvirtaus (NI/min) 29,5 14,6 157,2 [136,3|94,7 |193,3 | 136,3 | 194,7 | 564,5 L. Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Tilavuusvirtaus Happirikastus- koe 2 292,0 NI/min 774,1 NI/min 900,2 NI/min = [602 jo [M [00 jo IN: CO: ja IN: | Pitoisuus 41,8 |50 |53,2 |29,6 [21,3 [49,2 [25,4 [21,2 |53,2 (til-%) Tilavuusvirtaus (NI/min) 122,0 |14,6 |155,4|228,9 | 164,5 | 380,7 | 228,9 | 191,0 | 479,1 Taulukko 6 esittää happirikastuskokeessa 1 ja happirikastuskokeessa 2 käytettyjen — syöttökaasujen vaikutuksen tuotekaasun koostumukseen. Laskelmissa on oletettu, että syöttöilman mukana savukaasuihin siirtyneet muut kaasut poistuvat erotuspro- o sessissa nostaen siten hiilidioksidikaasun osuutta tuotekaasussa. Hiilidioksidin ero-
N IN tusprosessi on laskettu niin, että se käsittelee kaiken savukaasun. Laskelmissa ab- O sorptiopaine on ollut 6,3 bar (a) ja veden lämpötila n. 9 °C. Reaktorin halkaisija on S 10 — happirikastuskokeen 1 laskelmissa ollut 0,5 m ja happirikastuskokeen 2 laskelmissa I 0,4 m. Esidesorptiopaine on laskelmissa välillä 2-3 bar (a). Happirikastuskokeessa 2 N käytetään enemmän kiertokaasua kuin happirikastuskokeessa 1, mikä vastaavasti D vaikuttaa tuotekaasun tilavuusvirtaukseen.
S N O N
Taulukko 6: Tuotekaasun koostumus ja erotusprosessin tehokkuus eri ha- petuskaasuilla 1] Laskennalliset arvot RR Tuotekaasu (CO2) Ilman kaasun jäähdytystä , =|$ lg £8 |g © 0 5 n © Cc n 5 n n 5 DIR 915 2 3 = 3 5 5 v = | © Blå B O < O = 3 © CC |= e|5 2 a © a 3 + 2 v Ia ol 3 © 2 oS 5 <| s s Glas 83 L 5 © 5 2 n S 82/3 BF E|CO:|0:| Nl 55 |& gl £ MW hyo / % NI/min |til-% |til-% |til-% |tcoz KWkok [1/5 3] 790] 12 0 % 2] 815] ms
ENE Yo | 2] 827] 173 | 1] 816] 1032 50 % | 2] 841) 1059 | 1 818] 1087 50 %*
[2] sa] wer wa] 03] 03] — 020] 79] is *Happirikastus membraanisuodatusmenetelmällä 5 Laskelmien pohjalta korkein tuotekaasun puhtausaste saavutettaisiin, kun tuotekaa- sua kierrätetään prosessiin 50 %. Tämä on myös tilanne, jossa energiankulutus ero- tusprosessista saatua CO>-tonnia kohti olisi pienin. Laskelmissa on huomioitu sekä Q takaisinkierrätettävä että talteen otettava hiilidioksidikaasu. Erotusprosessin para-
O N metreja, kuten reaktorin halkaisija, vesivirtaus ja desorptiopaine on myös laskennal-
O T 10 — lisesti optimoitu tietylle savukaasun koostumukselle siten, että talteenottoon me- Nn O nevä hiilidioksidikaasu on hyvin puhdas nostamatta energiakulutusta liikaa. Vaikka E kierrätetyn kaasun yhteistilavuus oli happirikastuskokeessa 2 korkeampi kuin happi- 5 rikastuskokeessa 1, oli tämä erotusprosessin tehonkulutuksen ja energiankulutuksen D osalta edullisempi menetelmä. Erotusprosessin tehonkulutus, jossa on huomioitu O 15 — sähkötehon kulutus ja kiertoveden jäähdytystehon kulutus, nousi hieman mitä enemmän tuotekaasua kierrätettiin polttoprosessiin. Näissä tilanteissa erotusproses- sin ominaiskulutus, eli energiakulutus savukaasuista saatua CO2-tonnia kohti, oli hiilidioksidin korkeamman osapaineen ansiosta alhaisempi ja tuotekaasu puhtaampi, mikä on tärkeätä varsinkin tilanteissa, joissa tuotekaasua on tarkoitus hyödyntää esim. teollisuudessa ja varsinkin elintarviketeollisuudessa. Hiilidioksidin talteenotto- aste nousi, kun hiilidioksidikaasua lisättiin kiertoon. Suurempi kiertokaasun osavirta — paransi erotusprosessin energiatehokkuutta, ja prosessi on optimoitavissa parhaan hyötysuhteen ja puhtaus- tai talteenottoasteen mukaan. Tässä esimerkissä keksinnön mukaista menetelmää on sovellettu olemassa olevaan järjestelmään. Myös tähän on liitettävissä savukaasujen membraanierotusjärjes- telmäennen hiilidioksidin talteen ottoa. Membraanierotuksen energiakulutus saadaan optimoitua valitsemalla membraanien määrä ja syöttöpaine siten, että energiankulutus on mahdollisimman matala tarvitta- van hapetuskaasun O>-pitoisuuteen ja hapetuskaasun virtausnopeuden saavutta- — miseksi. Tässä esimerkissä membraaneja on käytetty rinnakkain. Vaihtoehtoisesti suodatettu kaasu johdetaan toiseen membraanisuodatinjärjestelmään, jolloin happi- rikkaan kaasun virtausnopeus laskee ja happipitoisuus nousee esimerkin tilantee- seen verrattuna.
O N O N O N O
I jami o Nn 00 o
LO O N O N

Claims (15)

Patenttivaatimukset
1. Voimalaitoksen polttomenetelmä, jossa voimalaitoksen polttokattilaan johdetaan hapetuskaasua, jonka palamisen seurauksena syntyy hiilidioksidipitoinen savukaasu, tunnettu siitä, että menetelmässä - aikaansaadaan happirikas kaasu, - saatu happirikas kaasu johdetaan polttoprosessiin, valinnaisesti yhdessä vähintään yhden muun kaasun kanssa, muodostaen täten polttoprosessin hapetuskaasun, - polttoreaktiossa syntyneestä savukaasusta erotetaan hiilidioksidia olennaisesti ve- — den- ja hiilidioksidikaasun vuorovaikutukseen perustuvalla erotusmenetelmällä, ja - erotettu hiilidioksidi otetaan talteen.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että osa hiilidiok- sidikaasusta johdetaan takaisin polttokammioon osaksi hapetuskaasua palamisreak- — tion hillitsemiseksi ja savukaasun CO2-pitoisuuden nostamiseksi.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happiri- kas kaasu valmistetaan ilmasta johtamalla ilmaa membraanisuodatinjärjestelmän läpi typen poistamiseksi, jolloin saadun happirikkaan kaasun happipitoisuus on vä- — hintään 21 %.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että voi- malaitoksen polttomenetelmä on ilma- tai happipolttomenetelmä, jossa hapetuskaa- sun happipitoisuus on vähintään 15 % ja korkeintaan 40 %. o 25 O
5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että O palamislämpötilan ja talteenottoprosessin optimoimiseksi säädetään prosessista saa- S dun hiilidioksidikaasun osuus hapetuskaasussa. = > 30 —
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 2 polttoreaktiossa syntyneestä savukaasusta poistetaan typpeä membraanisuodatti- S men avulla ennen hiilidioksidin erottamista savukaasusta.
N
7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sa- vukaasu ensin johdetaan absorptiokolonniin, jossa hiilidioksidikaasu imeytetään ve- teen painetta käyttäen, jonka jälkeen vesi pumpataan vähintään yhteen desorptiokolonniin, jossa paine lasketaan puhtaan hiilidioksidikaasun vapautta- — miseksi vedestä ja hiilidioksidifraktion talteen ottamiseksi, jonka jälkeen vesi edulli- sesti pumpataan uudelleen absorptiokolonniin.
8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hiili- dioksidin erotusmenetelmässä paineen nostaminen ja/tai laskeminen tehdään vai- — heittain, esimerkiksi apukolonnien avulla.
9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että voi- malaitoksen polttomenetelmä on ilma- tai happipolttomenetelmä, jossa polttopro- sessista tulevan savukaasun hiilidioksidipitoisuus on korkeintaan 35 % ennen mah- — dollista membraanisuodatusta ja hiilidioksidin erotusta.
10. Voimalaitoksen polttolaitteisto, jossa on hapetuskaasun valmistusyksikkö, polt- tokattila ja savukaasun poistojärjestelmä, tunnettu siitä, että laitteisto lisäksi kä- sittää olennaisesti veden- ja hiilidioksidikaasun vuorovaikutukseen perustuvan hiilidi- — oksidin erotusjärjestelmän, jossa savukaasusta erotetaan hiilidioksidia ja josta saatu hiilidioksidikaasu on johdettavissa talteenottojärjestelmään ja/tai kierrettävissä ta- kaisin polttokattilaan.
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen happipolttolaitteisto, tunnettu siitä, että o 25 — hiilidioksidin erotusjärjestelmä käsittää vähintään yhden absorptiokolonnin ja vähin- O tään yhden desorptiokolonnin, välineet paineen säätämäiseksi mainitussa vähintään O yhdessä absorptiokolonnissa ja/tai vähintään yhdessä desorptiokolonnissa, välineet S veden siirtämiseksi järjestelmässä ja välineet hiilidioksidikaasun talteen ottamiseksi. = > 30 12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen happipolttolaitteisto, tunnettu siitä, 3 että happipitoisen kaasun valmistusyksikkö käsittää typen poistamiseen soveltuvan N membraanisuodatinjärjestelmän.
N
13. Jonkin patenttivaatimuksen 10-12 mukainen happipolttolaitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää typen erotukseen soveltuvan membraanisuodatinjärjes- telmän, joka sijaitsee laitteistossa polttokattilan jälkeen ennen savukaasun erotus- järjestelmää.
14. Jonkin patenttivaatimuksen 10-13 mukainen happipolttolaitteisto, tunnettu siitä, että laitteisto käsittää vähintään yhden esikäsittelylaitteiston ennen mainittua vähintään yhtä membraanisuodatinjärjestelmää.
15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tai patenttivaatimuksen 10 mukai- nen happipolttolaitteisto, tunnettu siitä, että polttokattila on leijupetikattila.
O
N
O
N
O
N
O
I jami a
PP 00 o
LO
O
N
O
N
FI20205987A 2020-10-07 2020-10-07 Voimalaitoksen polttomenetelmä ja polttolaitteisto FI20205987A1 (fi)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20205987A FI20205987A1 (fi) 2020-10-07 2020-10-07 Voimalaitoksen polttomenetelmä ja polttolaitteisto
PCT/FI2021/050657 WO2022074293A1 (en) 2020-10-07 2021-10-06 Method and apparatus for enhanced carbon dioxide capture in a power plant
EP21877063.4A EP4225473A1 (en) 2020-10-07 2021-10-06 Method and apparatus for enhanced carbon dioxide capture in a power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20205987A FI20205987A1 (fi) 2020-10-07 2020-10-07 Voimalaitoksen polttomenetelmä ja polttolaitteisto

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FI20205987A1 true FI20205987A1 (fi) 2022-04-08

Family

ID=81126776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20205987A FI20205987A1 (fi) 2020-10-07 2020-10-07 Voimalaitoksen polttomenetelmä ja polttolaitteisto

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4225473A1 (fi)
FI (1) FI20205987A1 (fi)
WO (1) WO2022074293A1 (fi)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9005335B2 (en) * 2010-09-13 2015-04-14 Membrane Technology And Research, Inc. Hybrid parallel / serial process for carbon dioxide capture from combustion exhaust gas using a sweep-based membrane separation step
EP2916933A1 (en) * 2012-10-31 2015-09-16 Membrane Technology and Research, Inc Sweep-based membrane gas separation integrated with gas-fired power production and co2 recovery
US9546785B1 (en) * 2016-06-13 2017-01-17 Membrane Technology And Research, Inc. Sweep-based membrane separation process for removing carbon dioxide from exhaust gases generated by multiple combustion sources
US20200078729A1 (en) * 2016-12-14 2020-03-12 Membrane Technology And Research, Inc. Separation and co-capture of co2 and so2 from combustion process flue gas

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022074293A1 (en) 2022-04-14
EP4225473A1 (en) 2023-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2561113C2 (ru) Способ разделения газов с использованием мембран с продувкой выходной поверхности для удаления co2 из продуктов сгорания газообразного топлива
RU2534075C1 (ru) Способ отделения диоксида углерода из отработанного газа с использованием стадий мембранного разделения на основе продувки и абсорбции
US8025715B2 (en) Process for separating carbon dioxide from flue gas using parallel carbon dioxide capture and sweep-based membrane separation steps
RU2489197C2 (ru) Способ разделения газов с применением мембран с продувкой пермеата для удаления co2 из продуктов сжигания
US10479684B2 (en) Enhancement of claus tail gas treatment by sulfur dioxide-selective membrane technology and sulfur dioxide-selective absorption technology
US9005335B2 (en) Hybrid parallel / serial process for carbon dioxide capture from combustion exhaust gas using a sweep-based membrane separation step
CN102380312B (zh) So2催化氧化和氧燃料酸压缩的集合
US8444942B2 (en) Process for removing contaminants from gas streams
US10508033B2 (en) Enhancement of claus tail gas treatment by sulfur dioxide-selective membrane technology
US20110200491A1 (en) Combustion systems and power plants incorporating parallel carbon dioxide capture and sweep-based membrane separation units to remove carbon dioxide from combustion gases
CN101855169A (zh) 用于分离气态混合物的方法和设备
CN109310945B (zh) 用于从由多个燃烧源产生的排放气体中除去二氧化碳的基于吹扫的膜分离方法
NZ590827A (en) A method for recovery of high purity carbon dioxide
ZA200800619B (en) Process for removing contaminants from gas streams
US20050255019A1 (en) Emission control system
FI20205987A1 (fi) Voimalaitoksen polttomenetelmä ja polttolaitteisto
Joarder et al. Solution to air pollution for removing CO2 and SO2 from flue gases: a prospective approach
CA2540870A1 (en) Desulphurization of odorous gases of a pulp mill
NO156083B (no) Fremgangsmaate og anordning for gjenvinning av nitrogenoksyder fra nitroese gasser.
KR101861649B1 (ko) 연소가스 중 이산화탄소 분리막 시스템 분리 성능 향상 방법 및 장치
CN204933200U (zh) 一种尾气深度脱碘装置