Capsol käyttää Vaisalan hiilidioksidiantureita jätteenpolton jälkeisessä hiilidioksidin talteenotossa

Capsol on kehittänyt kuumaan kaliumkarbonaattiin perustuvan teknologian hiilidioksidin talteenottoon ja varastointiin (CCS). Menetelmä tarjoaa monia etuja perinteisiin ratkaisuihin verrattuna ja soveltuu hyvin energian talteenottolaitosten päästöjen käsittelyyn. Vaisalan uusi MGP241-hiilidioksidianturi auttaa optimoimaan prosessin ja pitämään hiilidioksidin talteenottoasteen korkeana. 

Sovellus

Capsolin modulaarinen CapsolGO-talteenottolaitos (kuvassa) käyttää kuumaan kaliumkarbonaattiin perustuvaa talteenottoteknologiaa, jossa kaliumkarbonaatin vesiliuos reagoi hiilidioksidin ja veden kanssa:

Image

Reaktion suunta määräytyy hiilidioksidin lämpötilan ja osapaineen mukaan. Ratkaisussa kaliumkarbonaattiliuos kiertää patentoitua lämmönpalautumisvaihetta käyttävien absorptio- ja haihdutuskolonnien läpi, mikä pienentää energiahäviöitä ja alentaa hiilidioksidin talteenottoyksikön käyttökustannuksia noin 40 prosentilla perinteisiin ratkaisuihin verrattuna. Toinen kaliumkarbonaatin etu amiineihin ja muihin liuottimiin verrattuna on se, että kaliumkarbonaatti on edullinen, myrkytön ja haihtumaton kemikaali. 

Talteenotettu hiilidioksidi nesteytetään ja varastoidaan paikan päällä ja kuljetetaan edelleen säiliöissä käyttökohteisiin, kuten juomateollisuuden tai kasvihuoneiden tarpeisiin. Kuvassa 2 esitetään yksinkertaistettu vuokaavio tyypillisestä kaliumkarbonaattiprosessista. 

Image

Capsolin järjestelmässä on kaksivaiheinen absorbaattori, jossa hiilidioksidi sitoutuu kaliumkarbonaattiin. Hiilidioksidin mittauspisteitä on kolme: yksi sisääntulossa, yksi vaiheiden välissä ja yksi pesurilähdössä, jossa vähähiilidioksidinen kaasu palautetaan talteenottolaitokseen.  

Saapuvan hiilidioksidin mittaustulosta käytetään arvioitaessa pesurin kuormitusta eli sitä, miten paljon hiilidioksidia täytyy poistaa. Lähdön hiilidioksiditason mittaus puolestaan kertoo, paljonko jäännöskaasua pääsee ilmaan. Tämän mittaustuloksen ja ensimmäisen mittauspisteen arvon avulla voidaan laskea hiilidioksidin talteenottoaste, joka on kriittinen luku arvioitaessa laitoksen kokonaishyötysuhdetta. 

Keskipiste kahden pesurivaiheen välillä antaa syvällisemmän käsityksen prosessista. Jos hiilidioksiditaso ensimmäisen pesurivaiheen jälkeen on jo matala, voidaan todeta pesurin toimivan hyvin. Jos toisaalta pitoisuus ensimmäisen vaiheen jälkeen on lähempänä tulotasoa, prosessi ei toimi optimaalisesti. 

Ensimmäisen absorptiovaiheen jälkeisen hiilidioksidiarvon perusteella voidaan säätää prosessiparametreja, kuten pesunesteen lämpötilaa ja virtausnopeutta. Kolme mittauspistettä esitetään kuvassa 3, jossa kolme moottoriventtiiliä ohjaavat tulo-, keski- ja lähtöpisteiden kaasun jakoputkeen.

Image

Vaisalan hiilidioksidimittapäälle tehtiin Capsolin Norjan tehtaalla kattavat laboratoriotestit, joilla osoitettiin sen mittaussuorituskyky. Tämän jälkeen mittapää asennettiin CapsolGO-järjestelmään kenttätestiä varten. 

Kenttätestissä mittapäätä verrattiin NDIR-teknologiaan perustuvaan ekstraktiiviseen prosessikaasuanalysaattoriin. Vertailu osoitti, että pienikokoinen mittapää voi antaa vastaavat mittaustulokset murto-osalla perinteisten ekstraktiivisten kaasuanalysaattoreiden kustannus- ja tilatarpeesta. 

Vaisala MGP241:n prototyyppi asennettiin QAL1-sertifioidun, hiilidioksidipäästöjä mittaavan kaasuanalysaattorin ulostulossa olevaan läpivirtaussovittimeen, jotta voitiin varmistaa, että molempiin mittalaitteisiin syötetään samaa kaasua ja että tulokset ovat vertailukelpoisia. 

Erillisasennuksessa Vaisala MGP241 ‑mittapää asennetaan suoraan prosessiin, esimerkiksi kuvassa 3 näkyvään näytteenottoputkistoon. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää erillisiä mittapäitä kullekin virralle, jolloin saadaan reaaliaikainen kuva kaikista mittauspisteistä menettämättä monen pisteen näytteenottoon liittyviä tietoja. 

Kuva 3: Kolmen prosessikaasuvirran näytteenottopaikka, jossa näkyy monitieventtiilit ja jakoputki. Analysaattorien kaasunäytteet otetaan jakoputken yläosasta, ja liikakaasu poistetaan sen alaosasta.

Tulokset

Tyypilliset hiilidioksidipitoisuudet näissä kolmessa paikassa esitetään kuvassa 4. Siinä kolme näytevirtaa on eroteltu erillisiksi trendikäyriksi, vaikka sama hiilidioksidimittalaite mittasi kolmea näytevirtaa vuorotellen. Kaavion tasaiset osat vastaavat jaksoja, jolloin laite mittasi jompaakumpaa kahdesta muusta virrasta.  

Vaisalan uuden MGP241:n suorituskykyä arvioitiin vertailumittauksella, jossa Vaisalan mittalaitteen antamat tulokset piirrettiin vertailumittalaitteen tulosten funktiona. 

Image

Tulo- ja lähtöpisteissä tallennettiin kolme peräkkäistä mittaussarjaa, keskipisteessä yksi. Kussakin mittaussarjassa kerättiin molemmilla mittalaitteilla vähintään 30 mittausparia. Koska ekstraktiivinen vertailumittalaite mittasi kuivia näytteitä, tehtiin kuivakaasun kompensointi, joka perustu MGP241-prototyypin mittaamaan todelliseen kosteusarvoon. 

Taulukossa 1 on yhteenveto kunkin mittaussarjan keskiarvoista sekä näiden tietojen perusteella lasketut kalibrointikäyrän parametrit ja korrelaatiokerroin. 

Kuvassa 5 esitetään samat tiedot graafisessa muodossa. Testitulosten perusteella nämä kaksi menetelmää ovat hyvin linjassa keskenään. Lisäksi on nähtävissä, että Vaisalan mittalaitteella mittaussarjojen välinen vaihtelu on pienempi kuin vertailumenetelmällä, mikä osoittaa menetelmän hyvän toistettavuuden ja uusittavuuden. 

Image

Johtopäätös

CapsolGO:n modulaarinen CCS-alusta on joustava ja skaalautuva ratkaisu pistelähteen hiilidioksidin talteenottoon monenlaisilla aloilla, joilla savukaasujen hiilidioksidipitoisuudet ovat 3–30 tilavuusprosenttia.  

Vaisalan MGP241-hiilidioksidimittapää on täydellinen ratkaisu tämänkaltaiseen kompaktiin, säiliöpohjaiseen ratkaisuun, sillä se vie vain vähän tilaa säiliön sisällä, siinä ei ole liikkuvia osia eikä tarvetta kalibrointikaasuille ja se toimittaa tiedot suoraan DCS-järjestelmään. 

Capsol Technologiesin innovaatiojohtajan Anders Grinrødin mukaan prosessilinjaan asennettava kompakti mittalaite sopii hyvin Capsolin talteenottoprosessin valvontaan, minkä lisäksi se on menestynyt hyvin sekä laboratorio- että kenttätesteissä. MGP241 on myös huomattavan helppo asentaa ja ottaa käyttöön – Capsolin ja Vaisalan yhteistiimi suoriutui tästä alle tunnissa.