NL2000665C2 - Werkwijze en inrichting voor het separeren van CO2 uit een rook-of synthesegasmengsel van fossiel en biomassa gestookte processen. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het separeren van CO2 uit een rook- of synthesegasmengsel van fossiel en biomassa gestookte processen

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het separeren van 5 CO2 en eventueel andere stoffen uit een rook- of synthesegasmengsel van fossiel en biomassa gestookte processen.

Rookgassen en synthesegassen ontstaan bij respectievelijk de verbranding en de chemische conversie van fossiele en biomassa brandstoffen. Synthesegassen worden in 10 toenemende mate toegepast in onder andere de chemische industrie, bijvoorbeeld als voeding. Bij de verbranding en/of de chemische conversie van fossiele en biomassa brandstoffen is er vaak sprake van een relatief grote uitstoot van schadelijke gassen, zoals bijvoorbeeld het broeikasgas CO2. Heel wat landen hebben door de ratificering van het Kyoto protocol bijkomende verplichtingen opgelegd gekregen om de uitstoot 15 van broeikasgassen en in het bijzonder van CO2 te verminderen. Naar verwachting zal de dreiging voor klimaatverandering tot nog stringentere eisen leiden met betrekking tot deze uitstoot. Onder andere hierdoor is de energiemarkt momenteel sterk in beweging. Zo wint bijvoorbeeld steenkool als fossiele brandstof opnieuw aan belang. Omwille van de competitieve kostprijs van steenkool ten opzichte van andere fossiele brandstoffen 20 investeren groeiende economieën zoals China en India momenteel massaal in de bouw van nieuwe steenkoolcentrales.

Aan het gebruik van fossiele brandstoffen kleven nadelen. De rookgassen van klassieke steenkoolcentrales bevatten hoge concentraties SOx, NOx, roet - en stofdeeltjes.

25 Bovendien komen er bij het verbranden van fossiele brandstoffen doorgaans grote hoeveelheden CO2 vrij. Voor het verwijderen van SOx, NOx, roet - en stofdeeltjes zijn inmiddels technologieën beschikbaar gekomen. Zo werd de zogenaamde “Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC)” technologie ontwikkeld, waarbij de steenkool niet wordt verbrand maar via een vergassingsproces op hoge druk en temperatuur wordt 30 omgezet tot zogenaamd synthesegas. Het synthesegas bevat gemiddeld ongeveer 30 mol% H2, 65 mol% CO, 3 mol% N2, 1 mol% H20 en 1 mol% CO2. De verontreinigingen worden uit het synthesegas verwijderd door dit af te koelen tot een temperatuur in de grootteorde van 100°C, waarbij stoom wordt geproduceerd. Met de 2 gebruikelijke lage-temperatuur-technieken worden vervolgens de zwavel, stikstof- en roetdeeltjes verwijderd.

Het separeren van CO2 uit rook en/of synthesegassen is tot op heden omslachtig 5 gebleken. Bij het boven beschreven IGCC bijvoorbeeld wordt een decarbonisatie van het synthesegas uitgevoerd. Via een zogenaamde CO-shift-reactie wordt CO uit het synthesegas met stoom omgezet in een gasmengsel dat H2 en CO2 bevat (waarbij eveneens enkele mol% N2 aanwezig kunnen zijn). Aldus wordt een gasmengsel verkregen met een hoge C02-concentratie. Typisch is een gasmengsel van 40-50 mol% 10 H2, 40-50 mol% CO2 en enkele mol% N2. Hierop wordt dan een fysische adsorptietechniek toegepast met behulp van membranen. Fysische scheidingstechnieken zijn zeker bij het verwerken van grote volumes gasmengsel minder economisch. Gebleken is bovendien dat bij gebruik van membraantechnologie de totale CO2 terugwinning doorgaans niet hoger is dan tussen 50% en 75% van de aanwezige 15 hoeveelheid. Verder is het teruggewonnen CO2 vaak onzuiver, waarbij meer dan 5 mol% andere moleculen aanwezig zijn in het teruggewonnen CO2- mengsel. Ook is de membraan technologie kostbaar, onder andere doordat deze veel energie verbruikt. Verder wordt er in de bekende membraanscheiding doorgaans in meerdere stappen gewerkt, waarbij het te zuiveren gasmengsel door een cascade van membranen moet 20 worden geleid om een fractie met hoge zuiverheid te verkrijgen.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een werkwijze en inrichting voor het separeren van C02 uit een gasmengsel te verschaffen die een verhoogde selectiviteit vertoont voor het te separeren CO2 en die tevens een snelle scheiding mogelijk maakt.

25

De uitvinding verschaft daartoe een werkwijze volgens de aanhef, die verder wordt gekenmerkt doordat deze de bewerkingsstappen omvat van: A) het verschaffen van een CCVbevattend gasmengsel op een begindruk en een begintemperatuur, 30 B) het koelen van het gasmengsel tot een eindtemperatuur en een einddruk waarbij tenminste één van de fracties althans gedeeltelijk in de vloeibare fase aanwezig is in het gasmengsel, C) het onderwerpen van het aldus ontstane mediummengsel aan een volumekracht, en D) het afvoeren van ten minste het CO2 als één van de gesepareerde fracties.

3

Door er volgens de uitvinding voor te zorgen dat tenminste één van de fracties althans gedeeltelijk, en bij voorkeur in hoofdzaak volledig in de vloeibare fase aanwezig is in het gasmengsel, en dit mengsel vervolgens te onderwerpen aan een volumekracht, wordt 5 ten opzichte van de bekende werkwijze verrassenderwijs een hogere selectiviteit voor de CO2 -fractie bereikt. Het CO2 wordt met andere woorden in puurdere vorm gesepareerd dan tot hiertoe bekend. Het is gebleken dat met de werkwijze volgens de uitvinding een gesepareerd CCb-mengsel kan worden verkregen met een CC>2-gehalte van tenminste 90 mol%, bij voorkeur tenminste 95 mol%, en met de meeste voorkeur 10 tenminste 99 mo 1%.

Het heeft voordelen de werkwijze volgens de uitvinding te kenmerken doordat het gasmengsel wordt gekoeld tot een eindtemperatuur waarbij het CO2 althans gedeeltelijk, en met meer voorkeur in hoofdzaak volledig, in de vloeibare fase aanwezig is in het 15 gasmengsel. Doordat de gesepareerde CCVfractie vloeibaar is en bovendien een hoge graad van puurheid kan bezitten is deze fractie goed te verpompen over relatief grote afstanden. Het verpompen van de vloeibare CC^-fractie kan met weinig energieverlies gebeuren, waarbij bovendien de temperatuur gemakkelijk op het gewenste lage niveau wordt gehouden. Een verder voordeel van de werkwijze volgens onderhavige uitvinding 20 is dat het energieverbruik ervan bijzonder laag is.

Nog volgens de uitvinding kan de onderhavige uitvinding tevens worden toegepast voor het separeren van eventueel andere in het gasmengsel aanwezige stoffen (naast CO2). Zo wordt bij een aantal industriële processen een gasmengsel verkregen van tenminste 25 CO2 en het beruchte blauwzuurgas (HCN). Een dergelijk mengsel kan met de uitgevonden werkwijze en inrichting worden gescheiden in tenminste twee fracties (CO2 en HCN). Gasmengsels van CO2 en HCN, of cyaniden in het algemeen, komen bijvoorbeeld voor bij (pyro)metallurgische processen, waarin metaaloxides worden gezuiverd in de smelt door verhitting met cokes of steenkool. Tenminste een deel van 30 alle verontreinigingen kan in de atmosfeer terechtkomen, bijvoorbeeld via de koeltoren. Metallurgische neerslag kan naast genoemde gassen ook zware metalen bevatten, zoals bijvoorbeeld cadmium, kwik, lood, en zink. Bestaande gasbehandelingsmethodes zoals het bekende uitwassen van verontreinigingen (“wet gas scrubbing”) blijken vaak omslachtig en economisch niet rendabel genoeg. Wordt de werkwijze toegepast op een 4 dergelijk HCN-bevattend gasmengsel dan wordt de werkwijze volgens de uitvinding bij voorkeur gekenmerkt doordat het gasmengsel wordt gekoeld tot een eindtemperatuur waarbij het HCN in hoofdzaak in de vloeibare fase aanwezig is in het gasmengsel. Het in het gasmengsel aanwezige CO2 zal zich bij deze eindtemperatuur bij voorkeur in de 5 gasfase bevinden. Het is volgens de uitvinding dus niet noodzakelijk dat het CO2 zich in de gasfase bevindt tijdens stap C) van de werkwijze, dit kan ook een andere fractie van het gasmengsel zijn.

De temperatuursverlaging tot de eindtemperatuur kan bijvoorbeeld worden verkregen 10 door het gas toe te voeren aan actieve of passieve koelmiddelen. Hoewel niet noodzakelijk volgens de uitvinding heeft het voordelen wanneer de temperatuur isobaar, derhalve bij nagenoeg constante druk, wordt verlaagd. Omdat de temperatuur volgens de uitvinding wordt verlaagd tot onder de temperatuur waar althans een gedeelte van tenminste één van de in het gasmengsel aanwezige fracties vloeibaar is, zal het 15 gasmengsel in haar geheel een fasescheiding ondergaan. Door het gasmengsel te koelen voor aanvang van de scheiding zal tenminste één van de in het gasmengsel aanwezige fracties, en bij voorkeur de CO2- fractie, een faseovergang vertonen van gas naar vloeistof, waarbij eventueel andere bestanddelen in de gasvormige fase blijven. Op deze wijze ontstaat een mediummengsel met een gasvormige matrix waarin vloeistofdruppels 20 zijn opgenomen. Gebleken is dat uit een dergelijk mengsel met verhoogde selectiviteit CO2 kan worden afgescheiden.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt bij voorkeur hierdoor gekenmerkt dat het gasmengsel voorafgaand aan stap B) in een stap E) op een ten opzichte van de 25 begindruk verhoogde druk wordt gebracht en het gasmengsel in stap B) wordt gekoeld tot de eindtemperatuur door dit te onderwerpen aan adiabatische en/of isentropische expansie. De expansie kan volgens de uitvinding worden doorgevoerd in elk hiertoe geschikt en op zich bekend expansiemiddel. Door middel van expansie kan de temperatuur van een medium binnen een zeer kort tijdsbestek worden verlaagd.

30 Expansie kan eventueel worden gerealiseerd door toepassing van een expansiekoeler van het type “Joule Thomson”. In een dergelijke expansiekoeler wordt het gasmengsel isenthalpisch gekoeld, waardoor de druk relatief onafhankelijk van de temperatuur kan worden verlaagd. Een ander mogelijkheid is dat de koeling wordt bewerkstelligd door een koelmedium dat bijvoorbeeld in een separaat circulatiesysteem wordt geëxpandeerd 5 om zo op hel gewenste lage temperatuumiveau te worden gebracht. Bij voorkeur wordt de expansie met behulp van een turbine isentropisch (of adiabatisch) uitgevoerd. Bij een dergelijke koeling worden dmk en temperatuur gezamenlijk verlaagd. Het voordeel van het werken met een separaat koelmedium ten opzichte van expansie van het te separeren 5 medium is onder andere dat dit separaat koelmedium voor de gewenste koelende werking kan worden geoptimaliseerd. De combinatie van de beschreven faseovergang van tenminste één van de in het gasmengsel aanwezige fracties, bij voorkeur de CO2-fractie, en het opvolgend aan een volumekracht onderwerpen (bijvoorbeeld door rotatie) van het aldus verkregen mediummengsel zorgt voor een zeer voordelige scheiding van 10 het mengsel in tenminste twee fracties, waarvan CO2 er één van is.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de koeling en/of de expansie dusdanig uitgevoerd dat de eindtemperatuur ten hoogste 50°C hoger is dan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van de 15 tenminste één fractienaar de vaste fase. Met meer voorkeur is de eindtemperatuur ten hoogste 20°C hoger dan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van de tenminste één fractie naar de vaste fase. Zoals hierboven reeds aangegeven heeft het de voorkeur als de tenminste één fractie de CO2 - fractie is. In een dergelijke voorkeursuitvoeringsvorm waarbij de tenminste één fractie de CO2 - fractie 20 is, heeft het voordelen wanneer de eindtemperatuur gelegen tussen -80°C en -20°C, en de einddruk tussen 10 en 80 bar. Met de meeste voorkeur worden de eindtemperatuur tussen -60°C en -40°C, en de einddruk tussen 20 en 60 bar gekozen. In een voorkeursuitvoeringsvorm waarbij de tenminste één fractie de HCN-fractie is, heeft het voordelen wanneer de eindtemperatuur gelegen tussen -20°C en 50°C, en de einddruk 25 tussen 1 en 60 bar. Met de meeste voorkeur worden de eindtemperatuur in deze voorkeurswerkwijze tussen 0°C en 40°C, en de einddruk tussen 5 en 30 bar gekozen.

Een fasediagram van het gasmengsel (een diagram van de druk versus de temperatuur) wordt doorgaans gekenmerkt door een gebied waar de fracties van het gasmengsel één 30 fase vormen (het menggebied), en een min of meer gesloten gebied waar althans een gedeelte van de fracties een afwijkende fase vormt (ontmengingsgebied). Verder worden doorgaans een gasvormig gebied, een vloeistofgebied en een vaste stofgebied onderscheiden, waarbij het gasvormig gebied gemiddeld bij hoge druk en temperatuur is gelegen, en het vaste stofgebied juist bij lage druk en temperatuur. Een aantal lijnen 6 demarqueren deze gebieden, in het bijzonder een vloeistoflijn, die de grens aangeeft tussen combinaties van druk en temperatuur waaronder (naast andere fasen) ook een vloeistoffase ontstaat, en een vaste stoflijn, die de grens aangeeft tussen combinaties van druk en temperatuur waaronder (naast andere fasen) ook een vaste stoffase ontstaat.

5 De temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van de tenminste één fractie naar in hoofdzaak de vaste fase, is dus de temperatuur overeenkomstig het snijpunt van de einddruklijn met de vaste stoflijn voor de betreffende fase.

Door de afkoeling en/of expansie dusdanig te kiezen dat het eindpunt (de combinatie 10 van bereikte einddruk en eindtemperatuur) op het fasediagram zich zo dicht mogelijk bij de vaste stoflijn bevindt van de tenminste één fractie wordt een scheiding van het CO2 verkregen met verder verbeterde selectiviteit. Het wordt zo zelfs mogelijk in beginsel elke scheidingstechniek toe te passen, ook deze die op zich geen hoge selectiviteit bieden, zoals bijvoorbeeld scheiding door middel van zwaartekracht, en/of een cycloon. 15 Het separatierendement van de rotatiemiddelen wordt overeenkomstig de onderhavige uitvinding verhoogd door, voordat het gasmengsel de rotatiemiddelen bereikt tenminste één fractie, en bij voorkeur de CCVfractie althans gedeeltelijk, en bij voorkeur in hoofdzaak, in vloeibare vorm te brengen. Deze faseovergang vindt plaats door het wijzigen van de temperatuur (afhankelijk van de omstandigheden verwarmen of koelen) 20 en/of de druk van het gasmengsel. Aldus is het eenvoudiger om door middel van rotatie (ten gevolge van de toename van het verschil in op de fractie uitgeoefende centripetaalkrachten) de fracties van het gasmengsel van elkaar te scheiden. Hierbij zij opgemerkt dat onder het scheiden van de fracties wordt verstaan het ten minste gedeeltelijk scheiden van twee fracties zodanig dat er een significant verschil in de 25 gemiddelde massadichtheid van de twee fracties ontstaat; een volledige (100%) scheiding zal in de praktijk moeilijk realiseerbaar zijn. Ten gevolge van de rotatie van het mengsel met nu vergrootte verschillen in de massadichtheid van de te separeren fracties zal de lichtere fractie althans in hoofdzaak naar de binnenzijde van de rotatie migreren en zal de zwaardere fractie (de vloeibare fractie) althans in hoofdzaak naar de 30 buitenzijde van de rotatie migreren.

Naast de ten opzichte van de stand der techniek verhoogde selectiviteit voor CO2 betreft onderhavige uitvinding een scheiding die bovendien de gebruiksmogelijkheden van ten minste één van de fracties vergroot ten opzichte van het gasmengsel. Deze bruikbare 7 (“gereinigde”) fractie kan ook na het separeren nog steeds een deel van een overige ongewenste fractie bezitten (“vervuild zijn met een overige fractie”) maar deze overige fractie is significant kleiner dan de aanwezigheid van deze ongewenste fractie in het oorspronkelijke mengsel. Bij toepassen van de werkwijze voor het separeren van CO2 5 uit rook- en/of synthesegassen bijvoorbeeld, zal de bruikbare fractie een H2-bevattend gasmengsel omvatten. Dit H2-bevattend gasmengsel dat door de hoge selectiviteit van de werkwijze volgens de uitvinding een hoog gehalte watersof bevat, kan desgewenst in elektriciteit worden omgezet in een kolenvergassingseenheid en/of als eindproduct worden verkocht als feedstock voor een chemische fabriek, of voor automotive 10 toepassingen bijvoorbeeld. Een verder voordeel van de werkwijze volgens onderhavige uitvinding is dat het energieverbruik ervan bijzonder laag is, doorgaans van de grootteorde van 3000 J/mol. Dit energieverlies bedraagt slechts 1 %o van de enthalpische verbrandingswaarde van het H2-bevattend gasmengsel (van de orde van 3.106 J/mol).

15

De opvolgende stappen van de werkwijze volgens de uitvinding leiden tot een onverwacht hoog scheidingsrendement zonder dat daartoe volumineuze apparatuur is benodigd (dat wil zeggen de inrichting kan zeer compact zijn uitgevoerd) en waarin het mediummengsel slechts een korte periode hoeft te verblijven. Een inrichting kan nog 20 kleiner (met een kleiner volume) worden uitgevoerd, indien het mediummengsel onder hogere druk door de inrichting wordt gevoerd.

In een voorkeursvariant van de werkwijze volgens de uitvinding wordt tijdens bewerkingsstap C) het mediummengsel onderworpen aan de zwaartekracht. Een 25 dergelijke scheidingstechniek is zeer eenvoudig, en vergt weinig energie en investeringen. In een verdere voorkeursvariant wordt tijdens bewerkingsstap C) het mediummengsel onderworpen aan een centrifugaalkracht, door het mediummengsel toe te voeren aan rotatiemiddelen. De rotatiemiddelen kunnen bijvoorbeeld worden gevormd door ten minste één cycloon (vortex), of als alternatief door een samenstel van 30 meerdere cyclonen. In het geval van een cycloon is het mogelijk de rotatiemiddelen stationair uit te voeren en slechts het medium tot rotatie over te laten gaan. Het toepassen van meerdere (kleinere) cyclonen heeft ten opzichte van een enkele cycloon een voordeel dat vergelijkbaar is met het voordeel van een roterend samenstel van doorvoerkanalen. In een cycloon kunnen facultatief schotten worden geplaatst voor 8 bijvoorbeeld het doen neerslaan van een bepaalde fractie op de schotten en voor het sturen van de cycloon.

Een bijzonder gunstige werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat 5 tijdens bewerkingsstap C) het mediummengsel in roterende stroming wordt gebracht in daartoe voorziene rotatiemiddelen die een roterend samenstel van doorvoerkanalen omvatten. Dergelijke roterende schelders hebben als voordeel dat de gemiddelde afstand van het medium tot een wand (in radiale richting) beperkt blijft waardoor er in relatief geringe tijd (hetgeen overeenkomt met een in axiale richting relatief beperkte lengte van 10 de roterende scheider) een gewenste scheidingsgraad kan worden bereikt. De werking van zo een roterend samenstel van doorvoerkanalen wordt verder positief beïnvloed indien er in de kanalen bij voorkeur een laminaire stroming van het medium wordt aangehouden. Anderzijds is het ook mogelijk dat het medium met turbulente stroming door de kanalen wordt gevoerd. De toe te passen stroomsnelheden kunnen situationeel 15 worden gevarieerd respectievelijk geoptimaliseerd. Een bijzonder geschikte roterende scheider van onderhavig type wordt bijvoorbeeld beschreven in EP0286160A, de inhoud waarvan nadrukkelijk wordt opgenomen in onderhavige aanvrage.

Met bijzondere voorkeur wordt de werkwijze volgens de uitvinding toegepast door 20 tijdens bewerkingsstap C) het mediummengsel te onderwerpen aan zwaartekracht, en/of aan een centrifugaalkracht, en/of het mediummengsel in roterende stroming te brengen in daartoe voorziene rotatiemiddelen die een roterend samenstel van doorvoerkanalen omvatten. De combinatie van scheidingstechnieken kan leiden tot een verder verhoogde selectiviteit van het uit het gasmengsel te separeren CO2. In een verdere 25 voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze wordt de gesepareerde gasvormige fractie verder gezuiverd door dit stroomafwaarts van de rotatiemiddelen door tenminste één membraan te leiden (fysische adsorptie), en/of door een wasser (chemische absorptie). Dit heeft als bijkomend voordeel dat de selectiviteit verder wordt verbeterd, in het bijzonder ook omdat fysische adsorptie en/of chemische absorptie scheiding minder 30 energie kost naarmate het CO2 -gehalte in het gasmengsel lager is.

De werkwijze volgens de uitvinding kan met een relatief kleine doorstroominrichting worden uitgevoerd aangezien de afzonderlijke bewerkingsstappen binnen zeer kort tijdsbestek, bijvoorbeeld afzonderlijk in minder dan 1 seconde, veelal in minder dan 0,1 9 seconde of zelfs in minder van 10 of minder dan 5 milliseconden, kunnen worden uitgevoerd. Dit maakt langdurige processen met bijbehorende inrichtingen die zodanig zijn gedimensioneerd dat zij grote volumes kunnen bevatten overbodig.

5 De werkwijze volgens de uitvinding wordt in het bijzonder toegepast voor het separeren van CO2 uit een rookgas en/of synthesegas van een fossiel en/of biomassa gestookt proces. De werkwijze wordt dan gekenmerkt doordat tijdens bewerkingsstap A) een rookgas en/of synthesegas van een fossiel en/of biomassa gestookt proces wordt verschaft.

10

Het CO2 kan volgens de uitvinding met grote selectiviteit worden gesepareerd uit het gasmengsel. Dit bijzonder gunstige effect wordt onder andere bereikt door tenminste één van de in het gasmengsel aanwezige fracties, en bij voorkeur de CC>2-fractie, voorafgaand aan de eigenlijke scheiding althans gedeeltelijk in vloeibare vorm te 15 brengen, waardoor in het gasmengsel een fasescheiding ontstaat. De werkwijze volgens de uitvinding heeft als bijkomend voordeel dat de vloeibare fractie in stap D) kan worden afgevoerd door dit te verpompen. Als deze vloeibare fractie de CCh-fractie is, dan kan het gesepareerde CO2 op zeer eenvoudige wijze worden getransporteerd naar een locatie waar het kan worden opgeslagen. Bij voorkeur is dit een locatie op de 20 zeebodem. Ook kan het gesepareerde CO2 op deze wijze naar een ondergronds reservoir van poreus gesteente worden gevoerd. Opslag op de zeebodem kan een belangrijke bijdrage leveren aan het oplossen van het broeikasprobleem. Opgemerkt wordt dat met een locatie op de zeebodem elke locatie wordt bedoeld die diep genoeg onder het zeeniveau is gelegen om bijvoorbeeld CO2 gemakkelijk te laten oplossen in het 25 zeewater.

De uitvinding betreft eveneens een inrichting voor het separeren van CO2 uit een gasmengsel, de werking en voordelen waarvan reeds uitvoerig hierboven werden toegelicht in het kader van de werkwijze. De inrichting omvat: 30 - rotatiemiddelen voor het doen roteren van het stromende te separeren gasmengsel, een in stroomrichting van het gasmengsel stroomopwaarts op de rotatiemiddelen aansluitende koel- en/of expansiemiddelen voor het op fysische wijze laten 10 overgaan van tenminste één van de in het gasmengsel aanwezige fracties naar de vloeibare fase, - een op de koel- en/of expansiemiddelen aansluitende toevoer voor het te separeren mediummengsel, en 5 - op de rotatiemiddelen aansluitende pompmiddelen voor het afvoeren van de afgescheiden vloeibare fase.

Bij voorkeur worden de rotatiemiddelen gevormd door een roterend samenstel van doorvoerkanalen en/of door ten minste één cycloon. Verder heeft het voordelen de 10 inrichting te kenmerken doordat de pompmiddelen aansluiten op een locatie op de zeebodem, en/of ondergronds reservoir van poreus gesteente.

Met de inrichting volgens de uitvinding is het mogelijk om op selectieve en goedkope wijze in ieder geval CO2 te separeren uit een gasmengsel dat bij voorkeur tevens H2 15 en/o f HCN bevat.

De onderhavige uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van de in navolgende figuren weergeven niet-limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Hierin toont: figuur 1 een schematisch aanzicht op een inrichting overeenkomstig de uitvinding, en 20 figuur 2 een voorbeeld van een gedeelte van een fasediagram van een met de werkwijze overeenkomstig de uitvinding te separeren eerste gasmengsel; en . figuur 3 een voorbeeld van een gedeelte van een fasediagram van een met de werkwijze overeenkomstig de uitvinding te separeren tweede gasmengsel.

25 Figuur 2 toont een fasediagram van een verontreinigd rookgas, dat met de uitgevonden werkwijze kan worden gereinigd. Het betreft meer in het bijzonder het fasediagram van een 50/40/10 mol% H2/CO2/N2 mengsel. Op de y-as wordt de druk 100 weergegeven, terwijl langs de x-as de temperatuur 200 is uitgezet. Het fasediagram omvat een gebied (aangeduid met G) waar de fracties van het gasmengsel één gasfase vormen (het 30 menggebied) en dat zich bij relatief hoge temperaturen uitstrekt. Verder zijn twee gebieden zichtbaar (aangeduid met G+L, en G+S+L) waar althans een gedeelte van de fracties een afwijkende fase vormen (ontmengingsgebieden). In gebied G is het mediummengsel gasvormig, in gebied G+L is een mengsel aanwezig van vloeistof en gas, waarbij in onderhavig geval CO2 zich in de vloeibare fase bevindt en de rest van de 11 componenten in de gasfase. In gebied G+S+L is een mengsel aanwezig van gas, vloeistof en vaste stof. Een aantal lijnen demarqueert de betreffende gebieden, in het bijzonder een dauwpuntslijn 110, die de grens aangeeft tussen combinaties van druk 100 en temperatuur 200 waaronder (naast andere fasen) ook een vloeistoffase L ontstaat, en 5 een vaste stoflijn 120, die de grens aangeeft tussen combinaties van druk 100 en temperatuur 200 waaronder (naast andere fasen) ook een vaste stoffase VS ontstaat. Het moge duidelijk zijn dat het in figuur 2 getoonde fasediagram slechts ten titel van voorbeeld wordt gegeven, en dat de werkwijze eveneens toepasbaar is voor het separeren van CCh-bevattende gasmengsels met meer fracties, en daardoor een 10 ingewikkelder fasediagram.

Zo wordt in figuur 3 een fasediagram getoond van een synthesegas, dat met de uitgevonden werkwijze kan worden gereinigd. Het betreft meer in het bijzonder het fasediagram van een 50/50 mol% HCN/CCb gasmengsel. Op de y-as wordt de druk 100 15 weergegeven, terwijl langs de x-as de temperatuur 200 is uitgezet. Het fasediagram omvat verder een gebied (aangeduid met G of L) waar de fracties van het gasmengsel één fase vormen (het menggebied), en een min of meer gesloten gebied (aangeduid met G+L, L+S, en G+L+S) waar althans een gedeelte van de fracties een afwijkende fase vormen (ontmengingsgebied). In gebied G is het gasmengsel gasvormig, in gebied L is 20 het gasmengsel vloeibaar. In gebied G+L is een mengsel aanwezig van vloeistof en gas, waarbij in onderhavig geval HCN zich in de vloeibare fase bevindt, en C02 in de gasfase. In gebied G+S+L is een mengsel aanwezig van gas, vloeistof en vaste stof. Een aantal lijnen demarkeren de betreffende gebieden, in het bijzonder een dauwpuntslijn 110, die de grens aangeeft tussen combinaties van druk 100 en temperatuur 200 25 waaronder (naast andere fasen) ook een vloeistoffase L ontstaat, en een vaste stoflijn 120, die de grens aangeeft tussen combinaties van druk 100 en temperatuur 200 waaronder (naast andere fasen) ook een vaste stoffase S ontstaat. Het fasediagram vertoont een kritisch punt 140, een bij de vakman algemeen bekend begrip, waarbij de gasfase en vloeibare fase met elkaar een evenwicht vormen. De kritische temperatuur 30 wordt in het fasediagram van figuur 3 aangeduid met Τ„ύ·

Onder verwijzing naar figuur 1 wordt een inrichting 1 voor het reinigen van een verontreinigd gas zoals bijvoorbeeld het hierboven aangehaalde C02-bevattende rookgas getoond, in welke inrichting 1 de werkwijze volgens de uitvinding kan worden 12 uitgevoerd. In een eerste voorkeursvariant van de werkwijze volgens de uitvinding wordt door een toevoer 2 overeenkomstig de pijl Pi het verontreinigde gas toegevoerd onder een druk tussen 100 en 300 bar (veelal een typische druk van ongeveer 250 bar) en een temperatuur van bijvoorbeeld meer dan 100°C. Het overeenkomstig de pijl Pi 5 toegevoerde gas wordt eventueel in een warmtewisselaar 3 gekoeld, bijvoorbeeld door middel van koeling aan de atmosfeer. De koeling is dusdanig dat het gasmengsel op een temperatuur wordt gebracht die het mengsel gasvormig houdt. Het gas wordt bij voorkeur bij nagenoeg constante druk afgekoeld. Het aldus verkregen gasmengsel stroomt vanuit de warmtewisselaar 3 overeenkomstig de pijl P2 naar een smoorklep 4. 10 Door middel van de smoorklep 4 wordt het overeenkomstig de pijl P2 toegevoerde gasmengsel, bij voorkeur op isentropische wijze, geëxpandeerd naar een lagere druk, bijvoorbeeld tussen 5 en 20 bar. Deze isentropische druk - en temperatuurverlaging is in figuren 2 en 3 aangegeven door middel van lijn 130. Ten gevolge van de plotselinge drukverlaging zal de temperatuur van het gasmengsel terugvallen tot een 15 eindtemperatuur Te (en een overeenkomstige einddruk pe) zodanig dat een deel van de in het gasmengsel aanwezige CO2 - fractie van fase verandert. Voor het 50/40/10 mol% H2/CO2/N2 mengsel zal de CO2 - fractie vloeibaar worden. Voor het 50/50 mol% HCN/CO2 mengsel zal de HCN - fractie vloeibaar worden. Volgens de uitvinding ligt de eindtemperatuur Tebij voorkeur relatief dichtbij, bijvoorbeeld ten hoogste 50°C 20 hoger dan, de temperatuur die bij de einddruk pe overeenkomt met de overgang van tenminste één van de fracties van het gasmengsel naar de vaste fase, dit is verwijzend naar figuren 2 en 3 de temperatuur Ts. Voor het 50/40/10 mol% H2/CO2/N2 gasmengsel zal de CO2 - fractie bij Ts vast worden, voor het 50/50 mol% HCN/CO2 mengsel de HCN - fractie. Door het gasmengsel op de temperatuur Te te brengen ontstaat er een 25 mediummengsel 5 met een gas vormige matrix waarin CO2 of HCN vloeistofdruppels zijn opgenomen. Dit gas/vloeistofdruppelmengsel 5 wordt door de kanalen 6 van een rotor 7 gevoerd waardoor, ten gevolge van de rotatie R van de rotor 7, de CO2 of HCN vloeistofdruppels neerslaan tegen de naar een rotatieas 8 toegekeerde zijden van de kanalen 6 van de rotor 7. De neergeslagen vloeistofdruppels worden afgevangen in een 30 bekken 10 dat door middel van het activeren van een pomp 11 kan worden geleegd, zodanig dat de vloeibare fractie overeenkomstig de pijl P3 wordt afgevoerd. Bij voorkeur dient deze afvoer tenminste voor CO2 gekoeld plaats te vinden om het CO2 vloeibaar te houden. De gasvormige fase (¾ of CO2) verlaat de rotor 7 aan de van de smoorklep 4 afgekeerde zijde als een gasstroom 12. De gasstroom 12 die, ten minste 13 voor een groot deel, is ontdaan van CO2 en in hoofdzaak H2 bevat, wordt afgezogen en verlaat de inrichting 1 overeenkomstig de pijl P4 als gereinigd gas. Voor het 50/50 mol% HCN/CO2 mengsel omvat de gasstroom in hoofdzaak CO2, dat tenminste gedeeltelijk van HCN is ontdaan. Desgewenst kan het door de werkwijze volgens de 5 uitvinding ontstane gas/vloeistofdruppelmengsel 5 voorafgaand worden gescheiden door het aan zwaartekracht te onderwerpen.

Onder verwijzing naar figuur 2 is het volgens een tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding ook mogelijk dat het gas bij nagenoeg 10 constante druk afgekoeld wordt tot temperatuur Te, zoals is aangegeven door de lijn 140. Volgens een derde voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is het ook mogelijk dat het gas door middel van een Joule-Thompson condensor wordt afgekoeld tot de eindtemperatuur Te, zoals is aangegeven door de lijn 150.

15

Met behulp van de bovenbeschreven eerste voorkeursvariant van de werkwijze volgens de uitvinding werd een 50/40/10 mol% gasmengsel van resp. H2, CO2 en N2 in een gasstroom en een vloeistofstroom gescheiden bij een eindtemperatuur Te van -55°C en een einddruk pe van 45 bar. De gasstroom bevatte na de scheiding 66,6 mol% H2, 20,3 20 mol% CO2 en 13,1 mol% N2. De vloeistofstroom bevatte na de scheiding 0,5 mol% H?, 98,9 mol% CO2 en 0,6 mol% N2. De molfractie gas/vloeistof bedroeg ongeveer 0,75/0,25. Met de werkwijze wordt derhalve een nagenoeg pure C02 vloeistofstroom verkregen. De residu gasstroom bevat slechts ongeveer 20 mol% C02. De totale hoeveelheid uit het oorspronkelijke gasmengsel gewonnen CO2 bedraagt ongeveer 62 25 %. De hierboven verkregen gasstroom werd vervolgens opnieuw aan de in figuur 1 weergegeven inrichting toegevoerd en een tweede maal onderworpen aan de werkwijze volgens de uitvinding. De gasstroom bevatte voor de scheiding 66,6 mol% H2, 20,3 mol% CO2 en 13,1 mol% N2,en na de scheiding 70,2 mol% H2, 16,1 mol% C02 en 13,7 mol% N2. De vloeistofstroom bevatte na de tweede scheiding 0,9 mol% H2, 98,2 mol% 30 CO2 en 0,9 mol% N2. De molfractie gas/vloeistof bedroeg dit maal ongeveer 0,95/0,05. De in de tweede stap uit het oorspronkelijke gasmengsel gewonnen hoeveelheid CO2 bedraagt ongeveer 25 %. De totale hoeveelheid uit het oorspronkelijke gasmengsel gewonnen C02 bedraagt voor de twee stappen tezamen dus ongeveer 75 %. Dit is hoger 14 dan tot hiertoe gebruikelijk, zeker als het beperkte aantal stappen (twee) in beschouwing wordt genomen.

Met behulp van de bovenbeschreven eerste voorkeursvariant van de werkwijze volgens 5 de uitvinding werd een 50/50 mol% gasmengsel van resp. HCN en CO2 in een gasstroom en een vloeistofstroom gescheiden bij een eindtemperatuur Te van 25°C en een einddruk pe van 10 bar. Bij deze eindtemperatuur en -druk bevindt het C02 zich in de gasfase, terwijl het HCN zich in hoofdzaak in de vloeistoffase bevindt. De gasstroom bevatte na de scheiding 89,7 mol% CO2 en 10,3 mol% HCN. De vloeistofstroom 10 bevatte na de scheiding 91,0 mol% HCN en 8,9 mol% CO2. De molfractie gas/vloeistof bedroeg ongeveer 0,51/0,49. Met de uitgevonden werkwijze is het dus mogelijk in één enkele processtap een groot gedeelte van het HCN en het C02 af te scheiden, waarbij elke fractie ongeveer 90 mol% zuiverheid vertoont.

15

Claims (18)

1. Werkwijze voor het separeren van CO2 uit een rook- of synthesegasmengsel van fossiel en biomassa gestookte processen, omvattende de bewerkingsstappen van:

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het gasmengsel wordt gekoeld tot een eindtemperatuur waarbij het CO2 in hoofdzaak in de vloeibare fase 15 aanwezig is in het gasmengsel.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het gasmengsel tevens HCN bevat en wordt gekoeld tot een eindtemperatuur waarbij het HCN in hoofdzaak in de vloeibare fase aanwezig is in het gasmengsel. 20

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het gasmengsel in stap B) in hoofdzaak isobaar wordt gekoeld.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het 25 gasmengsel voorafgaand aan stap B) in een stap E) op een ten opzichte van de begindruk verhoogde druk wordt gebracht en het gasmengsel in stap B) wordt gekoeld tot de eindtemperatuur door dit te onderwerpen aan adiabatische en/o fisen tropische expansie.

5 A) het verschaffen van een CCVbevattend gasmengsel op een begindruk en een begintemperatuur, B) het koelen van het gasmengsel tot een eindtemperatuur en een einddruk waarbij tenminste één van de aanwezige fracties althans gedeeltelijk in de vloeibare fase aanwezig is in het gasmengsel,

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de eindtemperatuur ten hoogste 50°C hoger is dan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van een mengselfractie naar de vaste fase.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de eindtemperatuur ten hoogste 20°C hoger is dan de temperatuur die bij de einddruk overeenkomt met de overgang van een mengselfractie naar de vaste fase.

8. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de eindtemperatuur gelegen is tussen -60°C en -40°C, en de einddruk tussen 20 en 60 bar.

9. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de eindtemperatuur gelegen is tussen 0°C en 40°C, en de einddruk tussen 5 en 30 bar. 10

10. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap C) het mediummengsel wordt onderworpen aan de zwaartekracht.

10 C) het onderwerpen van het aldus ontstane mediummengsel aan een volumekracht, en D) het afvoeren van ten minste het CO2 als één van de gesepareerde fracties.

11. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tijdens 15 bewerkingsstap C) het mediummengsel wordt onderworpen aan een centrifiigaalkracht.

12. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap C) het mediummengsel in roterende stroming wordt gebracht in daartoe voorziene rotatiemiddelen die een roterend samenstel van doorvoerkanalen omvatten. 20

13. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat tijdens bewerkingsstap C) het mediummengsel wordt onderworpen aan de zwaartekracht, en/of aan een centrifiigaalkracht, en/of het mediummengsel in roterende stroming wordt gebracht in daartoe voorziene rotatiemiddelen die een roterend samenstel van 25 doorvoerkanalen omvatten.

14. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de vloeibare fractie CO2 is en deze fractie in stap D) wordt afgevoerd door dit te verpompen naar een locatie op de zeebodem, en/of een ondergronds reservoir van 30 poreus gesteente.

15. Inrichting voor het separeren van CO2 uit een rook- of synthesegasmengsel van fossiel en biomassa gestookte processen, omvattende: rotatiemiddelen voor het doen roteren van het stromende te separeren gasmengsel, - een in stroomrichting van het gasmengsel stroomopwaarts op de rotatiemiddelen aansluitende koel- en/of expansiemiddelen voor het op fysische wijze laten 5 overgaan van tenminste één van de in het gasmengsel aanwezige naar de vloeibare fase, - een op de koel- en/of expansiemiddelen aansluitende toevoer voor het te separeren mediummengsel, en - op de rotatiemiddelen aansluitende pompmiddelen voor het afvoeren van de 10 afgescheiden vloeibare fase.

16. Inrichting volgens conclusie 15, met het kenmerk dat de rotatiemiddelen worden gevormd door een roterend samenstel van doorvoerkanalen.

17. Inrichting volgens conclusie 15 of 16, met het kenmerk dat de rotatiemiddelen worden gevormd door ten minste één cycloon.

18. Inrichting volgens één der conclusies 15 - 17, met het kenmerk dat de pompmiddelen aansluiten op een locatie op de zeebodem, en/of een ondergronds 20 reservoir van poreus gesteente.