WO2014146859A1 - Verfahren zur überwachung und regelung eines absorptionsmittel-füllstandes einer im betrieb befindlichen co2 abscheidevorrichtung - Google Patents

Verfahren zur überwachung und regelung eines absorptionsmittel-füllstandes einer im betrieb befindlichen co2 abscheidevorrichtung Download PDF

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Definitions

  • the make-up water flow can be easily adjusted by measuring the level of absorbent in the absorbent loop.
  • a purely level-dependent macroup-water feed is in unsteady states not possible. Instationary states occur, for example, during startup or load change of the C0 2 capture process upstream power plant processes or can also arise when changing operating parameters of the C0 2 capture process. In unsteady states, fluctuations in the loading of the absorbent with C0 2 or fluctuations in the density of the absorbent frequently occur. This can also lead to different absorbent -Holdups on the column pack of the absorber.
  • the level in the absorber is no longer suitable to serve as a basis for accurate control of the makeup water.
  • the object of the invention is to provide a method by which a cost-effective and easy online monitoring of an operating C0 2 deposition process and a targeted control of the absorbent level, so even with unsteady operations or fluctuating operating parameters, the absorbent best possible for the absorption is configured by C0 2 .
  • the object is achieved by a method according to the features of claim 1.
  • the method is used to monitor and control an absorbent level of an operating C0 2 deposition process.
  • the C0 2 deposition process includes an absorbent cycle in which an absorbent of water and a dissolved, detergent-active additive is promoted.
  • the invention first the density of the absorbent and the loading of the absorbent with C0 2 are measured. Subsequently, the dilution of the absorbent with water is calculated from these measurements. Depending on the dilution of the absorbent with water then a makeup water is added to the absorbent circuit. As a result, the best possible absorption of C0 2 is ensured even in transient processes by a suitable dilution of the
  • the invention makes use of the fact that the dilution of the absorbent is dependent on the density of the absorbent and the C0 2 loading.
  • the prior art already offers a number of measurement methods, such as the density determination by buoyancy or the Girolami method.
  • For the determination of the loading of the absorbent with C0 2 also known measuring method can be used.
  • the monitoring or analysis can be carried out online, ie during the operation of the C0 2 capture process, as a result of which online regulation also takes place.
  • the online analysis is more accurate and less expensive than the offline analysis and can be carried out continuously.
  • the online control system thus provides a continuous and reliable supply of make-up water.
  • the loading of the absorbent with C0 2 is measured spectroscopically or by titration.
  • the loading of the absorbent with C0 2 can also be determined via a C0 2 balance, from a measured density of the adsorbed C0 2 , from the measured density of the regenerated absorbent, from the amount of in the absorbent cycle funded absorbent and the deposition rate of the C0 2 precipitation device at C0 2 is presented.
  • the C0 2 balance is on the solution of a
  • the unknown parameters in the function are the loading of the regenerated absorption medium, the loading of the C0 2 loaded absorption medium, and the dilution.
  • the density of the regenerated absorption medium is determined by the function of the loading of the regenerated absorption medium and the dilution of the absorption medium.
  • the density of the absorption medium loaded with C0 2 is determined from the function of the loading of the absorption medium with C0 2 and the dilution.
  • the C0 2 capture rate is determined by the function of C0 2 loaded absorption medium and the loading of the absorption medium with C0 2 . Based on the resulting C0 2 _Balanz can then be determined simply the dilution.
  • the loading of the absorption medium with C0 2 can advantageously be determined via a characteristic curve of a C0 2 equilibrium loading. This is determined from a function of temperature and the concentration of C0 2 in the flue gas to be cleaned. The function consists of the temperature and the C0 2 load in the flue gas to be cleaned. Assuming that absorption equilibrium is achieved in the absorber, the loading of the absorbent with C0 2 can be easily but sufficiently accurately estimated.
  • the process is used particularly advantageously in C0 2 capture processes which, as the detergent-active additive, are an amino acid salt, preferably from the group of the secondary
  • Amino acid salts have no appreciable vapor pressure, which is why they are not discharged with the purified flue gas from the C0 2 Capture process.
  • 1 shows a method for monitoring and control of a
  • the method comprises a first measuring process 20 and a second measuring process 30, which are connected to a CO 2 capture process 10, an evaluation process 40 and a control process 50.
  • the CO 2 capture process 10 comprises in particular an absorption medium cycle into which an absorption process and a desorption process are switched.
  • the first measurement process 20 is connected to the C0 2 capture process and continuously collects data about the density 25 of the absorption medium conducted in the C0 2 capture process, in particular the absorption process. In the measuring process 20, the data about the density 25 are processed.
  • the second measuring process 30 is also connected to the CO 2 capture process, and collects simultaneously to the first measuring process 20 measurement data on the loading 35 of the absorbent with CO 2 . These measured data on the load 35 are also processed in the second measuring process 30.
  • further measuring processes may be present to ascertain further operating parameters, such as the mass of the adsorbent mass, temperature or flue gas mass flow.
  • the processed measurement data from the first measurement process 20 and the second measurement process 30 are transferred to an evaluation process 40.
  • the evaluation process 40 continuously calculates the actual dilution of the absorbent with water on the basis of the measurement values provided. Values for an ideal dilution with water (dilution factor) are also stored in the evaluation process 40. By comparing the actual dilution (actual value) with the stored ideal dilution value (target value), the deviation of the actual dilution is determined for ideal dilution and transmitted continuously as a control command 45 to a control process 50.
  • the control process 50 controls on the basis of the continuously arriving control commands 45 via a control command 51, a control valve 55 which is connected in a supply line for makeup water 60, and thus via a continuous control the C0 2 Capture process lost water feeds again.
  • the invention thus provides an online analysis and online control, by which a suitable dilution of the aqueous absorbent can always be set, even in transient processes.
  • costs can be saved by eliminating offline analyzes through the online procedure.
  • the continuously adapted dilution always provides an optimally conditioned absorption medium for C0 2 absorption.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Regelung eines Absorptionsmittel-Füllstandes eines im Betrieb befindlichen CO2 Capture-Prozesses (10) mit einem Absorptionsmittelkreislauf, in dem ein Absorptionsmittel aus Wasser und einem gelösten, waschaktiven Zusatzstoff gefördert wird. Dabei werden in einem ersten Messprozess (20) Messdaten über die Dichte des Absorptionsmittels (25) und in einem zweiten Messprozess (30) Messdaten über die Beladung des Absorptionsmittels mit CO2 (35) erfasst. In einem Auswerteprozess (40) wird aus den Messwerten die Verdünnung des Absorptionsmittels mit Wasser berechnet, und dann abhängig von der Verdünnung des Absorptionsmittels mit Wasser in einem Regelprozess (50) dem Absorptionsmittelkreislauf ein Makeup-Wasser zugeregelt, sodass auch bei instationären Vorgängen durch die Verdünnung des Absorptionsmittels eine bestmöglichste Absorption von CO2 gewährleistet ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überwachung und Regelung eines Absorptionsmittel-Füllstandes einer im Betrieb befindlichen C02
Abscheidevorrichtung
Bei fossilbefeuerten Kraftwerksanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie entsteht durch die Verbrennung eines fossilen Brennstoffes ein kohlendioxidhaltiges Rauchgas. Zur Vermei- dung bzw. zur Verringerung von Kohlendioxid-Emissionen muss Kohlendioxid aus den Rauchgasen abgetrennt werden. Zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Gasgemisch sind allgemein verschiedene Methoden bekannt . Insbesondere zum Abtrennen von Kohlendioxid aus einem Rauchgas nach einem Verbrennungspro- zess ist die Methode der Absorption-Desorption gebräuchlich. In großtechnischem Maßstab wird Kohlendioxid dabei mit einem Lösungsmittel oder Absorptionsmittel aus dem Rauchgas in einem Absorber herausgewaschen (C02 Capture-Prozess) . Gebräuchliche chemische Absorptionsmittel sind beispielsweise wässri- ge Lösungen aus Methanlolamin, Aminosäuresalze oder Pottasche .
Im Betrieb des C02 Capture-Prozesses verdampft aber auch kontinuierlich ein Teil des Wassers. Der Wasserdampf wird dann zusammen mit dem von C02 gereinigten Rauchgas aus dem Absorber ausgetragen. Durch den Austrag von Wasser aus dem Absorptionsmittel verändert sich das Verdünnungsverhältnis zwischen Wasser und den waschaktiven Zusatzstoffen wie Amine,
Aminosäuresalze oder Pottasche. Daher muss dem Absorptions- mittelkreislauf kontinuierlich ein Makeup-Wasser zugeführt werden, um das durch Verdampfung ausgetragene Wasser zu kompensieren .
Bei einem statischen Betrieb des C02 Capture-Prozesses kann der Makeup-Wasserstrom leicht anhand einer Messung des Füllstandes von Absorptionsmittel im Absorptionsmittelkreislauf eingestellt werden. Eine rein am Füllstand orientierte Ma- keup-Wasser-Zuspeisung ist aber bei instationären Zuständen nicht möglich. Instationäre Zustände treten beispielsweise beim Anfahren oder Lastwechsel der dem C02 Capture-Prozess vorgeschalteten Kraftwerksprozesse auf oder können auch bei der Änderung von Betriebsparametern des C02 Capture-Prozesses entstehen. Bei instationären Zuständen treten häufig Schwankungen in der Beladung des Absorptionsmittels mit C02 auf oder Schwankungen der Dichte des Absorptionsmittels. Dadurch kann es auch zu unterschiedlichen Absorptionsmittel -Holdups auf der Kolonnenpackung des Absorbers kommen.
Da durch die bei instationären Vorgängen teilweise stark schwankenden Füllstände an Absorptionsmittel, ist der Füllstand in dem Absorber nicht mehr geeignet als Grundlage für eine genaue Regelung des Makeup-Wassers zu dienen.
Um diesem Problem zumindest teilweise entgegen zu wirken, war es bislang bekannt, eine offline-Analyse einer aus dem Absorptionsmittelkreislauf entnommenen Probe durchzuführen. Diese Probe wurde dann auf ihre Verdünnung hin überprüft . Nachteilig an dieser Vorgehensweise ist, dass einer Erkenntnis aus der Analyse der Probe über eine mögliche abweichende Verdünnung des Absorptionsmittels, erst zeitverzögert durch entsprechende Regelung des Makeup-Wassers entgegengewirkt werden konnte. Derartige Analysen sind zudem aufwendig und verursachen hohe Kosten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, durch das eine kostengünstige und einfache online-Überwachung eines im Betrieb befindlichen C02 Abscheideprozesses und eine gezielte Regelung des Absorptionsmittel-Füllstands erfolgt, sodass auch bei instationären Vorgängen oder schwankenden Betriebsparametern das Absorptionsmittel bestmöglich für die Absorption von C02 konfiguriert ist. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Verfahren dient der Überwachung und Regelung eines Absorptionsmittel-Füllstandes eines im Betrieb befindlichen C02 Abscheideprozesses. Der C02 Abscheideprozess umfasst dabei einen Absorptionsmittelkreislauf, in dem ein Absorptionsmittel aus Wasser und einem gelösten, waschaktiven Zusatzstoff gefördert wird. Erfindungsgemäß werden dabei zunächst die Dichte des Absorptionsmittels und die Beladung des Absorptionsmittels mit C02 gemessen. Anschließend wird aus diesen Messwerten die Verdünnung des Absorptionsmittels mit Wasser berechnet. Abhängig von der Verdünnung des Absorptionsmittels mit Wasser wird dann dem Absorptionsmittelkreislauf ein Makeup-Wasser zugeregelt. Dadurch ist auch bei instationären Vorgängen durch eine geeignete Verdünnung des Absorptionsmittels eine bestmögliche Absorption von C02 gewährleistet .
Die Erfindung macht sich dabei zu Nutze, dass die Verdünnung des Absorptionsmittels abhängig ist von der Dichte des Absorptionsmittels und der C02 Beladung. Für die Dichtemessung bietet der Stand der Technik bereits eine Reihe an Messverfahren, wie beispielsweise die Dichtebestimmung durch Auftrieb oder die Girolami -Methode . Für die Bestimmung der Beladung des Absorptionsmittels mit C02 kann sich ebenfalls bekannter Messverfahren bedient werden. Die Überwachung bzw. Analyse kann online, also während des Betriebs des C02 Captu- re-Prozesses durchgeführt werden, wodurch auch eine online- Regelung erfolgt. Die online-Analyse ist genauer und kostengünstiger als die offline-Analyse und kann zudem kontinuierlich durchgeführt werden. Durch die online-Regelung ist somit eine kontinuierliche und zuverlässige Nachspeisung an Makeup- Wasser gegeben. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Beladung des Absorptionsmittels mit C02 spektroskopisch oder über Titration gemessen. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Beladung des Absorptionsmittels mit C02 auch über eine C02_Bilanz bestimmt werden, die aus einer gemessenen Dichte des mit C02 beladenen Absorptionsmittels, aus der gemessenen Dichte des regenerierten Absorptionsmittels, aus der Menge an im Absorptionsmittelkreislauf geförderten Absorptionsmittel und der Abscheiderate der C02 Abscheidevorrichtung an C02 er- stellt wird. Die C02-Bilanz wird über die Lösung eines
Gleichgewichtssystems bestimmt. Die unbekannten Parameter in der Funktion sind die Beladung des regenerierten Absorptionsmediums, die Beladung des mit C02 beladenen Absorptionsmedi- ums, sowie die Verdünnung. Die Dichte des regenerierten Absorptionsmediums wird dabei durch die Funktion aus der Beladung des regenerierten Absorptionsmediums und der Verdünnung des Absorptionsmediums bestimmt. Die Dichte des mit C02 beladenen Absorptionsmediums wird bestimmt aus der Funktion aus der Beladung des Absorptionsmediums mit C02 und der Verdünnung. Die C02 Capture Rate wird bestimmt durch die Funktion aus mit C02 beladenem Absorptionsmedium und der Beladung des Absorptionsmediums mit C02. Anhand der sich daraus ergebenden C02_Bilanz kann dann einfach die Verdünnung ermittelt werden.
Alternativ oder in Kombination zu der spektroskopischen Messung oder Bestimmung der Verdünnung anhand einer C02 Bilanz, kann die Beladung des Absorptionsmittels mit C02 vorteilhaft über eine Kennlinie einer C02 Gleichgewichts-Beladung be- stimmt werden. Diese wird aus einer Funktion aus Temperatur und der Konzentration an C02 im zu reinigenden Rauchgas bestimmt. Die Funktion besteht aus der Temperatur und der C02 Beladung im zu reinigenden Rauchgas. Unter der Annahme, dass ein Absorptionsgleichgewicht im Absorber erreicht wird, kann die Beladung des Absorptionsmittels mit C02 einfach aber ausreichend genau abgeschätzt werden.
Besonders vorteilhaft kommt das Verfahren bei C02 Capture- Prozessen zum Einsatz, die als waschaktiven Zusatzstoff ein Aminosäuresalz, vorzugsweise aus der Gruppe der sekundären
Aminosäuresalze verwenden. Aminosäuresalze haben keinen merklichen Dampfdruck, weshalb sie auch nicht mit dem gereinigten Rauchgas aus dem C02 Capture-Prozess ausgetragen werden.
Durch den weitgehenden konstanten Erhalt der waschaktiven Substanz im Absorptionsmittelkreislauf genügt eine Regelung des Makeup-Wasserstroms, um die Verdünnung auf ein geeignetes Niveau einzustellen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur näher beschrieben. Darin zeigt:
FIG 1 ein Verfahren zur Überwachung und Regelung eines
Absorptionsmittel-Füllstandes eines im Betrieb befindlichen C02 Abscheideprozesses.
FIG 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung und Regelung eines Absorptionsmittel-Füllstandes. Das Verfah- ren umfasst einen ersten Messprozess 20 und einen zweiten Messprozess 30, die an einen C02 Capture Prozess 10 angeschlossen sind, einen Auswerteprozess 40 und einen Regelpro- zess 50. Der C02 Capture Prozess 10 umfasst dabei insbesondere einen Absorptionsmittelkreislauf, in den ein Absorptions- prozess und eine Desorptionsprozess geschaltet sind.
Der erste Messprozess 20 ist mit dem C02 Capture-Prozess verbunden, und erhebt kontinuierlich Daten über die Dichte 25 des in dem C02 Capture-Prozess, insbesondere dem Absorptions- prozess, geführten Absorptionsmittels. In dem Messprozess 20 werden die Daten über die Dichte 25 aufbereitet. Der zweite Messprozess 30 ist ebenfalls mit dem C02 Capture Prozess verbunden, und erhebt gleichzeitig zum ersten Messprozess 20 Messdaten über die Beladung 35 des Absorptionsmittels mit C02. Auch diese Messdaten über die Beladung 35 werden im zweiten Messprozess 30 aufbereitet. Zudem können weitere Messprozesse zur Erhebung weiterer Betriebsparameter, wie Ab- sorptionsmittelmassenstrom, Temperatur oder Rauchgasmassen- strom vorhanden sein.
Die aufbereiteten Messdaten aus dem ersten Messprozess 20 und dem zweiten Messprozess 30 werden in einen Auswerteprozess 40 überführt. Der Auswerteprozess 40 errechnet anhand der zur Verfügung gestellten Messwerte kontinuierlich die tatsächli- che Verdünnung des Absorptionsmittels mit Wasser. In dem Auswerteprozess 40 sind zudem Werte für eine ideale Verdünnung mit Wasser (Verdünnungsfaktor) hinterlegt. Durch einen Abgleich der tatsächlichen Verdünnung (Ist-Wert) mit dem hin- terlegten idealen Verdünnungswert (Soll-Wert) , wird die Abweichung der tatsächlichen Verdünnung zur idealen Verdünnung ermittelt und kontinuierlich als Regelbefehl 45 an einen Re- gelprozess 50 übermittelt.
Der Regelprozess 50 steuert anhand der kontinuierlich eintreffenden Regelbefehle 45 über einen Steuerbefehl 51 ein Regelventil 55, das in eine Zuführleitung für Makeup-Wasser 60 geschaltet ist, und somit über eine kontinuierliche Regelung dem C02 Capture-Prozess verloren gegangenes Wasser wieder zuführt .
Durch die Erfindung ist somit eine online-Analyse und online- Regelung gegeben, durch die auch bei instationären Vorgängen stets eine geeignete Verdünnung des wässrigen Absorptionsmittels einstellbar ist. Durch das online-Verfahren können somit einerseits Kosten durch den Wegfall von offline-Analysen gespart werden. Andererseits ist durch die kontinuierlich ange- passte Verdünnung immer ein optimal konditioniertes Absorpti - onsmittel für die C02 Absorption bereitgestellt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung und Regelung eines Absorptionsmittel-Füllstandes eines im Betrieb befindlichen C02 Capture- Prozesses (10) mit einem Absorptionsmittelkreislauf, in dem ein Absorptionsmittel aus Wasser und einem gelösten, waschaktiven Zusatzstoff gefördert wird, bei dem
in einem ersten Messprozess (20) Messdaten über die Dichte des Absorptionsmittels (25) und in einem zweiten Messprozess (30) Messdaten über die Beladung des Absorptionsmittels mit C02 (35) erfasst werden,
in einem Auswerteprozess (40) aus den Messwerten die Verdünnung des Absorptionsmittels mit Wasser berechnet wird und abhängig von der Verdünnung des Absorptionsmit- tels mit Wasser,
in einem Regelprozess (50) dem Absorptionsmittelkreislauf ein Makeup-Wasser zugeregelt wird, sodass auch bei instationären Vorgängen durch die Verdünnung des Absorptionsmittels eine bestmöglichste Absorption von C02 ge- währleistet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladung des Absorptionsmittels mit C02 spektroskopisch oder über Titration gemessen wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Beladung des Absorptionsmittels mit C02 über eine C02-Bilanz bestimmt wird, die aus einer gemessenen Dichte (25) des mit C02 beladenen Absorptionsmittels, aus der gemessenen Dichte des regenerierten Absorptionsmittels, aus der Menge an im Absorptionsmittelkreislauf geförderten Absorptionsmittel und der Abscheiderate des C02 Capture-Prozesses (10) an C02 erstellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Beladung des Absorptionsmittels mit C02 über eine Kennlinie einer C02 Gleichgewichts-Beladung bestimmt wird, die aus einer Funktion aus Temperatur und der Konzentration an C02 im zu reinigenden Rauchgas bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als waschaktiver Zusatzstoff ein Aminosäuresalz, vorzugsweise der Gruppe der sekundären Aminosäuresalze verwendet wird.
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