Hiilidioksidin puhdistus

Puhtausvaatimukset

Hiilidioksidin puhtautta voidaan arvioida kahdesta lähtökohdasta: arvioimalla epäpuhtauksien vaikutusta hyödyntämiskohteen toimintaan ja varastointi- ja annostelujärjestelmään. Kosteus tuotekaasussa aiheuttaa ongelmia hiilidioksidia paineistettaessa. (De Visser et al. 2008)

Hiilidioksidikaasun pitoisuussuositukset käyttöturvallisuus- ja putkistovaatimusten osalta (De Visser et al. 2008):

• Hiilidioksidi (CO₂) > 95,5 %

• Rikkidioksidi (SO₂) < 100 ppm

• Typpidioksidi (NO₂) < 100 ppm

• Rikkivety (H₂S) < 200 ppm

• Hiilimonoksidi (CO) < 2000 ppm

• Metaani (CH₄) < 4 tilavuus-%

• Typpi (N₂) < 4 tilavuus-%

• Argon (Ar) < 4 tilavuus-%

• Vety (H₂) < 4 tilavuus-%
  
  

Puhdistustekniikat

Absorptio

Epäpuhtaudet pidättyvät nesteen, kaasun tai kiinteän aineen sisään. Absorptio toiseen aineeseen tapahtuu kuitenkin ilman kemiallista reaktiota.

Kemiallinen absorptio

Puhdistustekniikka

• kemiallinen reaktio CO2 ja nesteen välillä

Puhdistusmenetelmä

• vesipohjainen ammoniakki

• vesipohjainen happopesu

• amiinit

• jäähdytetty ammoniakki

• karbonaatit

Käyttökohteet

• lämpövoimalaitokset

• sementinvalmistajat

• raudan ja teräksen tuotanto

• öljynjalostus, kemian tuotanto ja fossiiliset polttoaineet

Puhdistuvat aineet

• CO2, SO2, NOX, NH3, H2S

• siloksaanit, HCI ja HF-yhdisteet, hiukkaset

Fysikaalinen absorptio

Puhdistustekniikka

• CO2 liukeneminen nesteeseen

Puhdistusmenetelmä

• polyetyleeniglykolien dimetyyli (Selexol)

• vesipesu

Käyttökohteet

• lämpövoimalaitokset (korkea kaasupaine)

• öljynjalostus, kemian tuotanto

• fossiilisten polttoaineiden louhinta

Puhdistuvat aineet

• CO2, SO2, NH3, H2S

• siloksaanit, HCI ja HF-yhdisteet, vesihöyry, hiukkaset

Kiinteä absorptio

Puhdistustekniikka

• imeytyminen kiinteisiin absorpentteihin

Puhdistusmenetelmä

• amiineilla kyllästetyt huokoiset materiaalit imevät epäpuhtaudet itseensä ja puhdistavat hiilidioksidin

Käyttökohteet

• lämpövoimalaitokset

• öljynjalostus, kemian tuotanto

• sementinvalmistus

Puhdistuvat aineet

• H2S

Adsorptio

Epäpuhtaudet kiinnittyvät kiinteän tai nestemäisen aineen pintaan, kuten aktiivihiilisuodatin. Huokoiset ja hienojakoiset aineet adsorboivat usein hyvin johtuen suuresta pinta-alasta.

Fysikaalinen adsorptio

Puhdistustekniikka

• adsorboituneet molekyylit ovat kiinnittyneet heikommilla van der Waalsin voimilla

Puhdistusmenetelmä

• aktiivihiilisuodatus

Käyttökohteet

• lämpövoimalaitokset

• öljynjalostus, kemian tuotanto

• sementinvalmistus

• raudan ja teräksen tuotanto

Puhdistuvat aineet

• CO2, H2S,SO2, NH3, VOC-yhdisteet

• siloksaanit, halogenoidut hiilivedyt, vesihöyry

Kemiallinen adsorptio

Puhdistustekniikka

• yksi kerros molekyylejä, atomeja tai ioneita kiinnittyy adsorbentin pintaan kemiallisin sidoksin

Puhdistusmenetelmä

• kaliumpermanganaatilla kyllästettyä vettä käytetään absorptioliuoksena rikkivedyn poistamiseen hiilidioksidista

• natriumkarbonaattia käytetään prosessissa puskuriliuoksena

• sinkkioksidilla (ZnO) voidaan mm. poistaa rikkivetyä (H2S), jolloin muodostuu sinkkisulfidia (ZnS).

Käyttökohteet

• lämpövoimalaitokset

• öljynjalostus, kemian tuotanto

• sementinvalmistus

• raudan ja teräksen tuotanto

• energiantuotannossa poltettaessa normaalin ilman tilalla (ei puhdista, mutta helpottaa CO2-erotusta)

Puhdistuvat aineet

• H2S,O2, CO2, siloksaanit

Kalvoerotus

Puhdistustekniikka

• Läpäisy kalvon läpi, jolla on valikoiva läpäisevyys eri kaasulajeille

• Membraanit jaetaan kahteen ryhmänä riippuen, mikä aine on membraanin toisella puolella: kaasu-kaasu -membraanit ja kaasu-neste -membraanit.

Puhdistusmenetelmä

• Kaasu-kaasu -membraaneissa noin 20–36 bar paineessa oleva puhdistettu kaasu kulkee membraaniin, joka erottaa CO2:n, kosteuden ja rikkivedyn rippeet, mutta jättää CH4:n ja N2:n. Yhdellä membraanilla päästään noin 92 % ja kahdella 96 % metaanipitoisuuksiin.

Käyttökohteet

• lämpövoimalaitokset

• öljynjalostus, kemian tuotanto

• fossiilisten polttoaineiden louhinta

Puhdistuvat aineet

• CO2

Viitteet

De Visser, Erika, Chris Hendriks, Maria Barrio, Mona J. Molnvik, Gelein de Koeijer, Stefani Liljemark ja Yann Le Gallo. 2008. Dynamis CO2 quality recommendations. International Journal of Greenhouse Gas Control, 2(4), 478–484. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2008.04.006

Keskitalo, Esa. 2013. Savukaasujen hiilidioksidin talteenottoprosessin vaikutukset olemassa olevaan monipolttoaine-CHP-voimalaitokseen. Diplomityö, Oulun yliopisto. http://jultika.oulu.fi/files/nbnfioulu-201305291357.pdf

Syrjälä, Joni. 2020. Hiilidioksidin talteenotto savukaasuista. Kandidaatintyö, Tampereen yliopisto. https://trepo.tuni.fi/bitstream/handle/10024/119301/SyrjalaJoni.pdf?sequence=2&isAllowed=y

Teir, Sebastian, Pikkarainen, Toni, Kujanpää, Lauri, Tsupari, Eemeli, Kärki, Janne, Arasto, Antti ja Aatos, Soile. 2011. Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (CCS) - Teknologiakatsaus. Espoo, Finland: VTT Technical Research Centre of Finland. https://www.vttresearch.com/sites/default/files/pdf/workingpapers/2011/W161.pdf