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
Taulukko erilaisista puhdistustekniikoista -ja menetelmistä sekä niiden ominaisuuksista.
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