Nykyisten savukaasujen hiilidioksidin (CO2) erotusmenetelmien ongelmia ovat korkea energian kulutus, kemikaalien tarve, niiden käsittelykustannukset ja mittakaavan kasvattamisvaikeudet. Nyt tutkittava uusi menetelmä perustuu savukaasun CO2:n tehokkaaseen absorptioon veteen ilman kemikaalien käyttöä. Absorptiota tehostetaan fysikaalisin prosessiteknisin keinoin, minkä tuloksena absorptio moninkertaistuu ja tapahtuu nopeasti. Kun normaaliolosuhteissakin hiilidioksidi liukenee veteen noin 100-kertaisesti typpeen verrattuna, saadaan absorptiovaiheesta CO2:lla rikastunut vesiliuos. Tästä veteen liuenneen hiilidioksidin absorptiomäärää ja sen erotuksen selektiivisyyttä voidaan vielä kasvattaa vastavirta-absorptiolla sekä paineen noston ja lämpötilan laskun avulla. CO2:lla rikastunutta vesiliuosta voidaan hyödyntää jatkoprosessissa sellaisenaan tai nesteestä voidaan vapauttaa desorptiovaiheessa CO2-rikas kaasu jatkoprosessointiin. Hiilidioksidikaasu voidaan edelleen nesteyttää kuljetusta, varastointia tai jatkokäyttöä varten.
Tavoitteet
Tutkimuksen tavoitteena oli löytää optimaaliset olosuhteet savukaasun CO2:n fysikaaliseen vesiabsorptioon perustuvalle erotusprosessille, absorptio- ja desorptiolaitteiston perusrakenne ja perustiedot yksikköprosessin kannattavuudesta ja sen soveltuvuudesta teollisiin olosuhteisiin. Tavoitteena oli, että projektin seurauksena alueella käynnistyy kaasun jatkuvatoimiseen absorptioon perustuvan prosessityypin kehitystyö.
Hankkeessa tutkittiin Balas-mallinnuksella ja kokeellisesti hiilidioksidin absorptiomäärät ja –nopeudet veteen sekä talteenoton energiatehokkuudet. Kokeita varten rakennettiin siirrettävä pilot-laitteisto, jossa olosuhteita voidaan hallita ja muuttaa monipuolisesti. Laitteistolla tutkittiin myös savukaasun ja absorptiokiertoveden epäpuhtauksien vaikutuksia voimalaitosympäristössä. Hankkeen ehkä vaativin tehtävä oli löytää yksikköprosessien optimaalinen rakenne ja käyttökelpoisuus riittävän absorption saavuttamiseksi riittävällä nopeudella. Lopuksi hankkeessa arvioitiin toteuttamiskelpoisimpia prosessivaihtoehtoja, niiden erotus- ja energiatehokkuuksia, kuten myös niiden taloudellisuutta. Tarkasteluun otettiin mukaan myös talteenottoprosessin integroimisvaihtoehtoja ja arvioitiin prosessin kiertoveden käsittelytarpeita.
Tulokset
Tutkimuksessa löydettiin uusi prosessimenetelmä, jolla fysikaaliseen vesiabsorptioon perustuen voidaan erityyppisistä savu- tai prosessikaasuista erottaa jatkokäytön kannalta riittävän puhdasta hiilidioksidikaasua, hyvällä talteenottoasteella sekä kilpailukykyisellä sähköenergiankulutuksella (MWh/t CO2). Menetelmä perustuu savukaasun sisältämän hiilidioksidin tehokkaaseen ja samalla selektiiviseen absorboitumiseen kiertoveteen, sekä absorption jälkeiseen monivaiheiseen hiilidioksidin desorbointiin kiertovedestä ilman kemikaalien käyttöä. Prosessimenetelmän eri vaiheissa hyödynnetään paineen, lämpötilan sekä nesteen ja kaasun virtausnopeuksien muutoksia.
Yhteystiedot
Tapio Tirri
Kuitulaboratorion johtaja
p. 040 582 8468
tapio.tirri(at)mamk.fi