Natte CO2-verwijderingsmethode: effectief? 

Als het om natte rookgasreiniging gaat, vooral in het kader van CO2-afvang, roepen veel mensen meteen het beeld op van een standaard wasser met een mondstuk en een alkalische oplossing. Maar efficiëntie is niet slechts een cijfer van ?90%+? in het installatiepaspoort. Dit is een complex verhaal, waarin de theorie vaak afwijkt van de praktijk, en de belangrijkste juryleden zijn de operators en de boekhoudafdeling, die de kosten van reagentia en slibverwerking berekent.

Wat gaat er schuil achter “hoog rendement”? in uw paspoort?

Bijna elke fabrikant of technisch instituut dat technologie aanbiedt, levert gegevens over de absorptie-efficiëntie op het niveau van 95-99%. Deze cijfers hebben echter vrijwel altijd betrekking op laboratoriumomstandigheden of een proefinstallatie met een ideale, stabiele gasstroom. In werkelijkheid ‘danst’ de samenstelling van het gas bij een grote thermische elektriciteitscentrale of cementfabriek? — de concentratie SO2, stof, temperatuurveranderingen. En dit is waar de nuances beginnen.

Klassiek bijvoorbeeldnatte methodeop aminebasis (MEA) in een wasser kan inderdaad een efficiëntie opleveren die dicht bij de theoretische ligt. Maar alleen als we het hebben over een schone, gekoelde en gedroogde stroom. Voeg echte onzuiverheden toe, vooral zuurstof, en ongecontroleerde oxidatie en afbraak van het amine begint. De efficiëntie neemt niet onmiddellijk af, maar geleidelijk, en de operator ziet dit alleen door het toenemende verbruik van het reagens om dezelfde mate van zuivering te behouden. Het is geen ongeluk, het is ?stil? het budget opeten.

Wanneer ze bij ons instituut komen met een verzoek voor een CO2-afvangproject, is de eerste vraag daarom niet “welke efficiëntie wil je?”, maar “wat is de exacte en worst-case samenstelling van het inlaatgas, inclusief sporen van onzuiverheden?” en “waar moet de gebruikte oplossing of het slib naartoe?”. Zonder antwoorden op deze vragen is elke verklaarde effectiviteit slechts een mooi getal.

Problemen waarover niet in brochures wordt geschreven

Een van de belangrijkste problemen is corrosie. Alkalische omgevingen, hete oplossingen van carbonaten of aminen en de aanwezigheid van zelfs maar sporen van chloriden zijn een ideaal recept voor de vernietiging van gewoon koolstofstaal. Bij projecten kwamen we situaties tegen waarbij de wasser na zes maanden in bedrijf moest worden gestopt vanwege ongeplande reparaties vanwege corrosieputten in de spatzone. De effectiviteit was op dit moment uiteraard nul. Het is noodzakelijk om dure legeringen of speciale coatings aan te brengen, wat de economie van het hele project dramatisch verandert.

Een andere hoofdpijn is de vorming van hardnekkige afzettingen en zoutproppen. Vooral bij gebruik van kalkslurries. Theoretisch is alles eenvoudig: Ca(OH)2 reageert met CO2, wat resulteert in CaCO3. In de praktijk blijft calciumcarbonaat aan het mondstuk, de mondstukken en de warmtewisselaarbuizen plakken. Doorspoelen helpt, maar het moet stoppen. Wat als stoppen onmogelijk is? Vervolgens neemt het rendement geleidelijk af als gevolg van een afname van het contactoppervlak van gas en vloeistof.

En natuurlijk de energiekosten. Het absorptieproces zelf is niet het meest energie-intensief. Maar de desorptie van CO2 uit de oplossing (regeneratie) vergt enorme verwarmingskosten. Vaak tot 70% van alle bedrijfskosten. Het is mogelijk om een ​​scrubber te bouwen met een rendement van 99%, maar als de helft van de stoom van de thermische energiecentrale zelf wordt besteed aan regeneratie, over wat voor soort algehele efficiëntie van de onderneming kunnen we dan praten? Dit is een doodlopende weg.

Ervaring uit echte projecten: waar compromissen werden gezocht

Eén project voor een ammoniakfabriek was het afvangen van CO2 uit de conversiestroom. De concentratie was hoog, maar de temperatuur ook. Klassieknatte methodemet MEA was een diepe koeling van het gas nodig, wat leidde tot grote kapitaalkosten voor koelkasten. In plaats daarvan stelden ze een optie voor met heet kaliwassen (K2CO3) en werkten ze daaraan uit. De absorptie-efficiëntie op papier was lager: ongeveer 85-90%. Maar we vermeden een enorme koelunit en condensaatcollectoren en de regeneratie vond plaats op een hogere temperatuur, waardoor het mogelijk werd restwarmte uit een andere processtroom te gebruiken. Voor de fabriek is de uiteindelijke economische efficiëntie van deze ?minder efficiënte? vanuit het oogpunt van de chemie van de methode bleek hoger te zijn.

Een ander geval betrof een poging om een ​​verbeterde amineoplossing van een Europese leverancier in een kleine stookruimte te gebruiken. De oplossing beloofde een hoge weerstand tegen oxidatie. Maar ze hielden geen rekening met de Russische bijzonderheden: het hogere zwavelgehalte in de brandstof. SO2, zelfs in sporenhoeveelheden, dat in de vorige stap niet volledig werd opgevangen, bindt zich onomkeerbaar met het amine en vormt hittestabiele zouten. Het reagens verloor zijn activiteit onherstelbaar. Het project voldeed helaas niet aan de specificaties. Het voorbehandelingssysteem moest worden aangepast, wat opnieuw gevolgen had voor de economie.

Alternatieven en hybride oplossingen

Tegenwoordig wordt er veel gesproken over “droge” methoden, membranen, adsorbentia. Maar in grootschalige industrieën, zoals de energie- en metaalindustrie,natte methodetot nu toe ongeëvenaard in termen van schaalbaarheid en verfijning. Een ander ding is dat het steeds vaker niet in zijn pure vorm wordt gebruikt, maar als onderdeel van een hybride circuit.

Zo is de eerste fase een droge of semi-droge methode voor de grove reiniging en koeling, de tweede fase is de fijne reiniging in een scrubber. Of andersom: eerst komt een natte gaswasser om het grootste deel van de onzuiverheden en CO2 te verwijderen, en daarna komt het polijsten met een adsorbens. Bij dergelijke ontwerpen kan de algehele systeemefficiëntie hoger zijn en de bedrijfskosten lager dan wanneer één ‘superscrubber’ alles in één keer probeert te doen.

Chinese collega's die hun technologieën actief promoten, hebben interessante ervaringen. Bijvoorbeeld een ontwerpinstituutChengdu Yizhi Technologie Co.(opgericht door Huaxi Technology) combineert in zijn oplossingen voor de industrie vaak klassieke scrubbers met warmteterugwinningssystemen en geavanceerde automatisering, waardoor het reagensverbruik in realtime wordt geoptimaliseerd, afhankelijk van de belasting. Op hun websiteyzkjhx.ruU kunt beschrijvingen van dergelijke complexe projecten vinden. Hun aanpak is niet om tegen elke prijs een maximale absorptie-efficiëntie na te streven, maar om het optimale evenwicht te vinden tussen het terugwinningspercentage en de totale kosten. Dit is een meer volwassen en praktische uitstraling.

Dus is de natte methode effectief? Laatste overwegingen

Efficiëntie is een veelzijdig begrip. Als gas-vloeistofcontacttechnologie voor massaoverdracht is de natte CO2-verwijderingsmethode uiterst effectief en al tientallen jaren bewezen. Hoe is het klaar? Boxed? technologie voor welke onderneming dan ook niet. Dit is een tool die zeer nauwkeurig moet worden geselecteerd en geconfigureerd voor specifieke omstandigheden.

De belangrijkste voordelen zijn het hoge vermogen van de unit, de betrouwbaarheid (met het juiste ontwerp en de juiste materialen) en de voorspelbaarheid van het proces. De belangrijkste nadelen zijn hoge kapitaalkosten voor corrosiebestendige materialen, hoge bedrijfskosten voor regeneratie en problemen met afval (vloeistof of slib).

Het antwoord op de vraag in de titel is dus: ja, de natte methode is technisch effectief. Maar of het vanuit economisch en operationeel oogpunt effectief zal zijn voor uw specifieke faciliteit, is een kwestie van diepgaande audits, modellering en het vinden van compromissen. Geen kant-en-klaar figuur uit de catalogus zal hier werken. De hele levenscyclus moet in ogenschouw worden genomen: van de kosten van roestvrij staal voor de wasser tot de logistiek van het verwijderen van carbonaatslib. Alleen een dergelijke berekening zal echte effectiviteit aantonen.