A szén-dioxid megkötése ipari gázokból

Átírás

1 A szén-dioxid megkötése ipari gázokból KKFTsz Mizsey Péter 1,2 Nagy Tibor 1 mizsey@mail.bme.hu 1 Kémiai és Környezeti Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem H Műszaki Kémiai Kutatóintézet Pannon Egyetem KMR TÁMOP A-11/1/KONV

2 Szén-dioxid forrásai: 2

3 Irreverzibilis légköri CO 2 koncentráció ppmv Eltérő irodalmi adatok, különböző hatások szerint elsivatagosodás óceánok CO 2 koncentrációjának, ph változása. élővilág átrendeződése 3

4 Szén-dioxid források Jellemzően fosszilis anyagok tüzelése: CO 2 kibocsátás szektorok szerint 2009-ben ipar és építőipar 18% lakossági 11% egyéb 6% közlekedés 30% Energia ipar 35% p/electricity_production_and_supply_statistics fosszilis alapú erőművek, kőolaj finomítók, cementgyárak, vasművek, mezőgazdaság, földgáz feldolgozás Eu-27 Villamos áram termelése energiahordozók szerint víz 11% Nukleáris 28% szél 6% Konvencionális termikus 55% p/electricity_production_and_supply_statistics 4

5 Szén-dioxid lehetséges hasznosítása Kémiai nyersanyag, pl. CH 3 OH (Oláh György prof.), CH 4 Kőolajbányászat Biomassza, alga termelés Hűtőközeg Szuperkritikus oldószer Tűzoltás Élelmiszer ipar 5

6 Emisszió csökkentése Energiaracionalizálás, energia integráció Megújuló energiaforrások alkalmazása, napenergia, biomassza, szél Csővégi hulladékkezelés 6

7 CO2 leválasztási elvek, fosszilis tüzelés Abszorber/deszorber rendszer műveleti vizsgálata Oxi fuel tüzelés N 2 leválasztás, Füstgáz összetétel: hamu, víz és nagy CO 2 koncentráció Tüzelés utáni leválasztás Csővégi technológia, Legegyszerübb retrofit lehetőség, Nagy gázáram, kis CO 2 koncentráció Tüzelés elötti leválasztás Üzemanyag átalakítás (szén elgázosítás) CO 2 leválasztás a tüzelés elött 7

8 Miért MEA-s abszorpció? Kémiai és Környezeti 30 m/m% vizes MEA (monoetanolamin) oldat Füstgáz egyéb komponenseire (pl. kénvegyületek) nem érzékeny Nagy ciklikus kapacitás Jó/könnyű regenerálhatóság energia Iparban elterjedt a használata Más aminok is lehetségesek Ionos folyadékok Gáz szeparáció (membránművelet) kutatás tárgya (füstgáz egyéb komponenseire érzékeny, szelektivitás)

9 MEA-s abszorpció még: Biogáz CO 2 tartalmának eltávolítására hasznosítást zavarja műveletileg zavaró 9

10 Műveleti vizsgálathoz: modell megállapítása Egyensúlyi modell, egyensúlyi egységeket tételez fel az egységeket elhagyó áramok (gőz/gáz folyadék) egyensúlyban vannak realitás és elmélet: tányérhatásfok Taylor, Krishna: Multicomponent mass transfer, (J. Wiley, 1993) 10

11 Műveleti vizsgálathoz: modell megállapítása Rate based sebesség kontrollált, nem-egyensúlyi modell az egységeket elhagyó áramok (gőz/gáz folyadék) nincsenek egyensúlyban összetételüket, mennyiségüket anyagátadási, hőátadási egyenletek alapján, a kolonna belső geometriájának pontos ismeretében számítjuk Taylor, Krishna: Multicomponent mass transfer, (J. Wiley, 1993) 11

12 Műveleti vizsgálathoz: modell megállapítása Reakciók: Egyensúlyi modell: Elektrolit NRTL, enrtl modell (ASPEN software) 12

13 Modell verifikálás, mérések alapján 13

14 Következtetések Flexibilis energiapolitika változó energiahordozók, változó füstgáz összetételek, változó füstgáz mennyiségek, CO 2 leválasztás foka azonban független, kb. 90%. Energiahordozó váltás esetén optimális L/G arány változik, ha a leválasztandó CO 2 mennyisége nő, L is nő, ha a leválasztandó CO 2 mennyisége nő, deszorberben közlendő hő, deszorber páraárama is kisebb LHV energiahordozó növekvő L. 14

15 A CO 2 leválasztóban az üzemzavar elkerülésére Ha energiahordozót kell váltani L, G és deszorber páraáram fűtés megváltoznak, ezek az abszorber és deszorber áramlási viszonyait (hidrodinamika) lényegesen megváltoztatják, eltolják az optimumból, o lehetőleg azonos LHV értékűt válasszunk o tartalék CO 2 leválasztó üzem megfontolandó CO 2 leválasztás foka azonban független, kb. 90%. 15

16 Ha a CO 2 leválasztó erőműhez kapcsolódik befolyásolhatja annak működését, ha az üzemeltetés kedvezőtlenül változik. (Rosszabb tüzelőanyagra kell áttérni, CO 2 leválasztó nem kellően megtervezett.) CO 2 leválasztás fokát is meg lehet változtatni, hogy az erőmű üzemeltetése ne változzon. 16

17 Irányítástechnikai és tervezési feladatok Ha az elsődleges energiaforrás (tüzelőanyag füstgáz) megváltozik az L/G arányt és a deszorber fűtését egyaránt változtatni/szabályozni kell. A CO 2 leválasztó rendszert flexibilisre (szélsőséges tüzelőanyagokra) kell tervezni az üzemeltetési problémák elkerülése érdekében. 17

18 Köszönöm a figyelmet! Köszönjük a kutatás támogatását: KMR TÁMOP A-11/1/KONV