NO20093124A1 - Fremgangsmate for ammoniakkbasert separasjon av CO2 fra forbrenningsgass fra kraftproduksjon - Google Patents

Description

Beskrivelse

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for ammoniakkbasert separasjon av CO2fra forbrenningsgassen fra kraftproduksjon. Fremgangsmåten omfatter CO2trykksetting av en slurryblanding bestående av ammoniakkvann, ammoniurnkarbonat og ammoniumbikarbonat til ca 7 kg/cm ved ca 2-40 °C, hvor slurryblandingen er dannet fra et første reaksjonstrinn ved tilnærmet atmosfæretrykk mellom ammoniakkvann og CO2fra urenset avgass fra kraftproduksjon. Under CO2trykksetting av slurryblandingen vil en stor del av arnmoniumkarbonatandelen spalte til ammoniumbikarbonat og føre til at ammoniumbikarbonat felles ut som faststoff og derved kan filtreres fra slurryblandingen som faststoff. Ved atmosfæretrykk spaltes ammoniumbikarbonat faststoff ved ca 60-80 °C til vann, ammoniakkgass og CO2gass, der vannet separeres ut først. Ved trykksetting av ammoniakkgass og CO2gass, kondenserer ammoniakkgassen til væske mens CO2er i gassform. Ammomiakk separeres deretter ut som væske, mens en tilnærmet ren CO2gass går videre til ytterligere trykksetting og kondensasjon til væske for mellomlagring på trykktank. Forut for kondensasjon trykksettes CO2gassen i et første trinn til ca 7 kg/cm<2>, der en del av CO2mengden benyttes for trykksetting av og reaksjon med slurryblandingen fra første reaksjonstrinn. Etter ytterligere trykksetting og kondensasjon av utseparert CO2, kan CO2væsken etter mellomlagring videretransporteres under trykk til eksempelvis geologisk lagring. Ammoniakk og vann fra spalteprosessen, samt at filtrat fra slurryfiltrering sirkuleres til utgangsreaktor for reaksjon mellom ammoniakk og CO2fra urenset avgass. Metoden vil medvirke til at tilvirkningskostnadene for CO2væske fra kraftgenerert avgass blir redusert i forhold til "moden" teknologi, ved at energikostnadene blir relativt lave og at gjenvinning av absorpsjonsvæsken, dvs. ammoniakk, blir meget høy.

Fokus på CO2utslipp fra kraftproduksjon som klimatrussel har vært sterkt økende de senere år. "Moden" teknologi for CO2håndtering fra kraftproduksjon fremstår som meget kostbar med høye energikostnader og et relativt høyt tap av skadelig absorpsjonsvæske. Behovet for alternative og billigere metoder har derfor stor aktualitet

Ammoniakkbasert CO2separasjon fra forbrenningsavgass fra kraftproduksjon, har som utgangspunkt at det fremstilles en slurryblanding bestående av ammoniakkvann, ammoniurnkarbonat og ammoniumbikarbonat. Slurryblandingen oppstår som et reaksjonsprodukt etter et første reaksjonstrinn i en ammoniakk-C02reaktor, der ammoniakkvann og CO2fra urenset forbrenningsavgass reagerer ved atmosfæretrykk etter følgende kjemiske ligning:

Etter endt reaksjonsforløp av første reaksjonstrinn på ca 10 sekunder, vil det fortsatt være ca 50 % ureagert ammoniakk (NH3) igjen i løsningen. Ca 85-90 % av CO2innholdet i avgassen vil være absorbert og konvertert til ammoniumbikarbonat og ammoniurnkarbonat. Mol-basert fordeling mellom ammoniumbikarbonat (HNH4CO3) og ammoniumkarbonat ((NH^COa) i blandingen vil være ca HNH4C03/(NH4)2C03 = 5/4. Ved å trykksette blandingen med C02til ca 7 kg/cm<2>ved ca 2-40 °C, vil store deler av ammoniumkarbonatet omdannes til ammoniumbikarbonat etter følgende kjemiske ligning:

Dette vil da i praksis innebære at nesten all CO2bli utfelt som ammoniumbikarbonat under trykk. Utfellingen vil finne sted i en separat krystallisator, hvoretter slurryblandingen filtreres på et trykksatt filter. Avfiltrert ammoniumbikarbonat varmes deretter opp og spaltes ved ca 60

- 80 °C, til vann, ammoniakkgass og CO2gass. Vann frasepareres først og ammoniakk-CCh

gassblandingen trykksettes deretter for utskilling av kondensert ammoniakkvæske. Gassfasen som deretter i hovedsak utgjøres av ren CO2gass, trykksettes først til ca 7 kg/cm<2>og deretter ytterligere inntil CO2kondenser ut som trykksatt væske for deretter å bli mellomlagret for transport til endelig deponi. Ved første trykksetting til ca 7 kg/cm<2>ledes en del av C02 mengden til krystallisatoren for trykksetting av og reaksjon med slurryblandingen fra første reaksjonstrinn. Slurryblandingen filtreres deretter og filtratet fra filtreringen, samt vann og ammoniakk fra spalting av ammoniumbikarbonat sirkuleres tilbake til ammoniakk-CChreaktor i første reaksjonstrinn..

Foreliggende oppfinnelse angjelder en fremgangsmåte for ammoniakkbasert separasjon av CO2fra forbrenningsavgass fra kraftproduksjon,karakterisert vedat ammoniumbikarbonat fremstilles fra en slurryblanding, som er generert fra et første reaksjonstrinn der ammoniakkvann og CO2fra urenset avgass fra kraftproduksjon og ved tilnærmet atmosfæretrykk reagerer til en slurryblanding av ammoniakkvann, ammoniumbikarbonat og ammoniurnkarbonat, hvoretter slurryblandingen trykksettes med CO2gass til ca 7 kg/cm<2>ved ca 2 - 40 °C, som fører til at ammoniurnkarbonat omdannes til ammoniumbikarbonat, og slik at ammoniumbikarbonat faststoff utfelles og filtreres ut, hvoretter ammoniumbikarbonat faststoff ved atmosfæretrykk spaltes ved ca 60 - 80 °C til vann, ammoniakkgass og CO2i gassform, hvoretter vann separeres ut først og gassfasen deretter trykksettes slik at ammoniakk blir separert ut som væske, hvorpå C02-gass deretter først trykksettes til ca 7 kg/cm og hvor en del av CO2mengden blir ledet til tykksetting av og reaksjon med slurryblandingen fra første reaksjonstrinn, og hvoretter den gjenværende del av CO2gassen ytterligere trykksettes og kondenseres til en trykksatt væske, som derved kan lagres geologisk, slik at metoden på en økonomisk gunstig måte kan utnyttes til fangst, regenerering og lagring av CO2fra forbrenningsavgass fra blant annet kullkraftverk og gasskraftverk.

I det etterfølgende angis et eksempel på utførelse av fremgangsmåte.

Eksempel

Det er tatt utgangspunkt i håndtering av 100.000 tonn CO2per år, som utgjør 90 % av CO2

mengden i avgassen fra et 40 MW Kullkraftverk, Avgassen til håndteringsanlegget vil utgjøre 70.000 m<3>/time avgass med 15 tonn/time CO2, dvs. at netto fanget CO2i prosessen vil utgjøre 13,5 tonn/time CO2. Avgassen fra kullkraftverket og regenerert ammoniakk fra prosessen går til CC>2-reaktor, der 90 % av CO2mengden etter ca 10 sek. ved tilnærmet atmosfæretrykk, reagerer til ammoniumbikarbonat og ammoniumkarbonat i en slurryblanding med ammoniakkvann. Slurryblandingen pumpes deretter til en trykksatt krystallisator der ammoniumkarbonat ved ca 2-40 °C og et CO2trykk på ca 7 kg/cm<2>blir omdannet til ammoniumbikarbonat, med den følge at ammoniumbikarbonat utfelles som faststoff. Slurryblandingen går deretter til filter hvor ammoniumbikarbonat avfiltreres og for deretter å lagres i en mellomsilo. Filtratet fra filtreringen sirkuleres tilbake til CO2reaktor. Ammoniumbikarbonat produktet i mellomsiloen går deretter til termisk spalting ved en temperatur på ca 60-80 °C i en roterovn, der ammoniumbikarbonat spaltes til vann, ammoniakkgass og CO2i gassform. Vannet ledes ut separat fra roterovnen og sirkuleres

tilbake til CO2 reaktoren, mens CCfe-gass og ammoniakkgass trykksettes i trykktank, hvorved ammoniakk kondenserer til væske som blir tappet ut separat fra trykktanken og sirkulert tilbake til CO2reaktor. CCtø-gassen tappes ut fra trykktanken i gassform og trykksettes deretter først til ca 7 kg/cm<2>, der en del av C02 gassen ledes til trykksetting av og reaksjon med slurryblandingen i krystallisatoren. Den resterende del av C02 gassen trykksettes ytterligere hvorved CO2 kondenserer til væske og deretter mellomlagres som væske i en trykksatt lagringstank. Det oppnås herved å separere ut ca 90 % av CO2 mengden fra forbenningsavgassen fra et 40 MW kullkraftverk på en energieffektiv og konkurransedyktig måte.

Det er vedlagt et prosessflytskjema som bilag tilsøknaden.

Claims (1)

1.

Fremgangsmåte for ammoniakkbasert separasjon av CO2fra forbrenningsavgass fra kraftproduksjon,karakterisert vedat ammoniumbikarbonat fremstilles fra en slurryblanding, som er generert fra et første reaksjonstrinn der ammoniakkvann og CO2fra urenset avgass fra kraftproduksjon og ved tilnærmet atmosfæretrykk reagerer til en slurryblanding av ammoniakkvann, ammoniumbikarbonat og ammoniumkarbonat, hvoretter slurryblandingen trykksettes med CO2gass til ca 7 kg/cm<2>ved ca 2-40 °C, som fører til at ammoniumkarbonat omdannes til ammoniumbikarbonat, og slik at ammoniumbikarbonat faststoff utfelles og filtreres ut, hvoretter ammoniumbikarbonat faststoff ved atmosfæretrykk spaltes ved ca 60 - 80 °C til vann, ammoniakkgass og CO2i gassform, hvoretter vann separeres ut først og gassfasen deretter trykksettes slik at ammoniakk blir separert ut som væske, hvorpå CCVgass deretter først trykksettes til ca 7 kg/cm<2>og hvor en del av CO2mengden blir ledet til trykksetting av og reaksjon med slurryblandingen fra første reaksjonstrinn, og hvoretter den gjenværende del av CO2gassen ytterligere trykksettes og kondenseres til en trykksatt væske, som derved kan lagres geologisk, slik at metoden på en økonomisk gunstig måte kan utnyttes til fangst, regenerering og deponering av CO2fra forbrenningsavgass fra blant annet kullkraftverk og gasskraftverk.