Capsol utilise des capteurs de CO2 de Vaisala pour la capture du carbone en postcombustion dans une usine de valorisation énergétique des déchets

Capsol has a développé une technologie CCS basée sur du carbonate de potassium chaud, offrant de nombreux avantages par rapport aux solutions traditionnelles et idéale pour le traitement des émissions générées par les usines de valorisation énergétique des déchets (WtE). Le nouveau capteur de CO2 MGP241 de Vaisala contribue à optimiser le processus et à maintenir un taux de capture du CO2 élevé. 

Application

L'usine modulaire de capture du carbone CapsolGO (photo) utilise la technologie de capture du carbone par le potassium chaud, où une solution aqueuse de carbonate de potassium subit une réaction réversible avec le dioxyde de carbone et l'eau :

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La réaction est réversible en fonction de la température et de la pression partielle du CO2, et la solution de carbonate de potassium passe en boucle dans des colonnes d'absorption et de stripage avec une étape brevetée de récupération de la chaleur qui réduit les pertes d'énergie et diminue les coûts d'exploitation de l'unité de capture du carbone d'environ 40 % par rapport aux solutions traditionnelles. Les autres avantages de la chimie du carbonate de potassium par rapport aux amines et autres solvants sont que le carbonate de potassium est un produit chimique peu coûteux, non toxique et non volatil. 

Le CO2 capturé est liquéfié et stocké sur site pour être transporté dans un vaisseau  de stockage. Les utilisations possibles du CO2 capturé incluent l'industrie des boissons et les serres. La figure 2 montre un diagramme de flux simplifié d'un processus typique de carbonate de potassium. 

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Dans le système de Capsol, l'absorbeur dans lequel le CO2 est lié au carbonate de potassium se compose de deux étages, et il y a trois points de mesure du CO2 dans le système : un à l'entrée, un entre les deux étages et un à la sortie de l'épurateur où le gaz pauvre en CO2 est renvoyé à l'usine de valorisation énergétique des déchets.  

La mesure du niveau de CO2 entrant est utilisée pour estimer la charge sur l'épurateur, c'est-à-dire la quantité de CO2 à éliminer. La mesure du niveau de CO2 en sortie, quant à elle, indique les émissions résiduelles dans l'air et peut être utilisée avec le premier point de mesure pour calculer le taux de capture du carbone, qui est un chiffre critique pour l'efficacité globale de l'usine. 

La position intermédiaire entre deux étages d'épurateur offre un aperçu plus approfondi du processus. Si le niveau de CO2 après la première étape de l'épurateur est déjà faible, cela indique que l'épurateur fonctionne bien. Si, en revanche, la concentration après la première étape est plus proche du niveau d'entrée, cela indique que le processus ne fonctionne pas de manière optimale. 

Les paramètres de processus qui peuvent être ajustés en fonction de la valeur de CO2 après la première étape d'absorption comprennent, par exemple, la température du matériau de lavage et son débit. Les trois points de mesure sont illustrés à la figure 3, où trois vannes motrices transmettent le gaz des emplacements d'entrée, du milieu et de sortie à un collecteur commun.

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Après des tests approfondis en laboratoire dans l'usine norvégienne de Capsol pour prouver ses performances de mesure, la sonde de dioxyde de carbone de Vaisala a été installée dans le système CapsolGO pour un test sur le terrain. 

Le test sur le terrain comprenait une comparaison avec un analyseur de gaz de procédé extractif basé sur la technologie NDIR pour démontrer qu'une sonde compacte peut donner des résultats de mesure équivalents avec une fraction du coût et des besoins d'espace des analyseurs de gaz extractifs conventionnels. 

Le prototype Vaisala MGP241 a été installé dans un adaptateur à flux traversant à la sortie d'un analyseur de gaz de surveillance des émissions de CO2 certifié QAL1 pour garantir que les deux instruments reçoivent le même gaz et que les résultats sont comparables. 

Dans une installation autonome, la sonde Vaisala MGP241 serait installée directement dans le processus, par exemple dans le collecteur d'échantillonnage illustré à la figure 3. Alternativement, des sondes distinctes pour chaque flux pourraient être utilisées pour obtenir un aperçu en temps réel de tous les points de mesure sans la perte de données associée à l'approche d'échantillonnage multipoint. 

Figure 3 : Emplacement d'échantillonnage pour les trois flux de gaz de procédé, montrant les vannes de sélection et le collecteur. L'échantillon de gaz destiné aux analyseurs est prélevé par le haut du collecteur tandis que l'excès de gaz est évacué par le bas.

Résultats

Les concentrations typiques de CO2 dans les trois positions sont présentées à la figure 4, où les trois flux d'échantillons sont séparés en différents tracés de tendance, même si un seul instrument de CO2 a été utilisé pour mesurer successivement les trois flux d'échantillons. Les parties plates du graphique correspondent aux périodes pendant lesquelles l'instrument mesurait l'un des deux autres flux.  

Pour évaluer les performances du nouveau MGP241 de Vaisala, une mesure de comparaison où la sortie de l'instrument de Vaisala est tracée en fonction de l'instrument de référence a été réalisée. 

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Trois mesures consécutives de la position d'entrée et de la position de sortie, ainsi qu'une mesure de la position médiane ont été effectuées. À chaque fois, un minimum de trente paires de mesures ont été collectées à partir des deux instruments. Comme l'instrument de référence extractif mesurait sur une base sèche, une compensation de gaz sec basée sur la valeur d'humidité réelle mesurée par le prototype MGP241 a été réalisée. 

Le tableau 1 résume les moyennes de chaque exécution, ainsi que les paramètres de la courbe d'étalonnage et son coefficient de corrélation tracé sur ces données. 

La figure 5 montre les mêmes données dans une représentation graphique. Les résultats des tests démontrent une bonne concordance entre les deux méthodes, et la variation entre les exécutions dans les résultats de Vaisala est plus faible que dans la méthode de référence, indiquant une bonne répétabilité et reproductibilité de la méthode. 

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Conclusion

La plate-forme CCS modulaire CapsolGO est une solution flexible et évolutive pour la capture ponctuelle du carbone dans une variété d'industries avec des concentrations de CO2 dans les gaz de combustion allant de 3 à 30 % par vol.  

La sonde de dioxyde de carbone Vaisala MGP241 est parfaite pour une solution compacte basée sur un conteneur comme celle-ci, car elle nécessite un espace minimal à l'intérieur du conteneur, n'a pas de pièces mobiles ni besoin de gaz d'étalonnage et fournit des données directement au système DCS. 

Selon Anders Grinrød, responsable de l'innovation chez Capsol Technologies, l'appareil de mesure in situ compact est parfaitement adapté à la surveillance du processus de capture de Capsol et a obtenu de bons résultats lors des tests en laboratoire et sur le terrain. Le MGP241 est également remarquablement facile à installer et à mettre en service, la tâche a été réalisée par l'équipe conjointe Capsol-Vaisala en moins d'une heure.