Capsol visar upp Vaisalas koldioxidsensorer inom avskiljning av koldioxid från efterförbränning i kraftvärmeverk

Capsol har utvecklat en CCS-teknik baserad på varmt kaliumkarbonat, som erbjuder flera fördelar jämfört med konventionella lösningar och är väl lämpad för att behandla utsläpp från kraftvärmeverk (WtE). Vaisalas nya koldioxidsensor MGP241 bidrar till att optimera processen och bibehålla en hög koldioxidavskiljningshastighet. 

Applikation

Capsols modulära CapsolGO-koldioxidavskiljningsanläggning (se bilden) använder HPC-teknik (hot potassium carbonate) för koldioxidavskiljning, där en vattenlösning av kaliumkarbonat genomgår en reversibel reaktion tillsammans med koldioxid och vatten:

Image

Reaktionen är reversibel baserat på temperaturen och partialtrycket för koldioxiden, och kaliumkarbonatlösningen flödar igenom absorptions- och stripperkolumner med ett patenterat värmeåtervinningssteg som minskar energiförlusterna och sänker driftskostnaderna för kolavskiljningsenheten med cirka 40 % jämfört med traditionella lösningar. Andra fördelar med kaliumkarbonat framför aminer och andra lösningsmedel är att kaliumkarbonat är en billig, icke-giftig och icke-flyktig kemikalie. 

Den infångade koldioxiden kondenseras och lagras på plats för transport i ett  lagringskärl. Möjliga användningsområden för den infångade koldioxiden inbegriper dryckesindustrin och växthus. Figur 2 visar ett förenklat flödesdiagram över en typisk kaliumkarbonatprocess. 

Image

I Capsols system består absorbatorn där koldioxid binds till kaliumkarbonat av två steg, och det finns tre mätpunkter för koldioxid i systemet: en vid inloppet, en mellan de två stegen och en vid utloppet från skrubbern där koldioxidlågvärdesgas återförs till kraftvärmeverkets anläggning.  

Mätningen av den inkommande koldioxidnivån används för att uppskatta belastningen på skrubbern, det vill säga hur mycket koldioxid som behöver avskiljas. Mätningen av koldioxidnivån vid utloppet berättar å andra sidan om de återstående utsläppen till luft, och tillsammans med den första mätpunkten kan den användas för att beräkna kolavskiljningshastigheten, vilket är en kritisk siffra för anläggningens totala effektivitet. 

Mittpositionen mellan de två skrubberstegen ger en djupare processinsikt. Om koldioxidnivån efter det första skrubbersteget redan är låg indikerar det att skrubbern fungerar väl. Om koncentrationen efter det första steget däremot är närmare nivån vid inloppet tyder det på att processen inte fungerar optimalt. 

Processparametrar som kan justeras baserat på koldioxidvärdet efter första absorbatorsteget inbegriper exempelvis temperaturen på skrubbermaterialet och dess flödeshastighet. De tre mätpunkterna visas i figur 3, där tre motorventiler leder gas från inloppet, mittpositionen och utloppet till ett gemensamt grenrör.

Image

Efter omfattande laboratorietester vid Capsols norska anläggning för att påvisa dess mätprestanda, installerades Vaisalas koldioxidprob i CapsolGO-systemet för ett fälttest. 

Fälttestet innefattade en jämförelse med en extraktiv processgasanalysator baserad på NDIR-teknik för att visa att en kompakt prob kan ge likvärdiga mätresultat till en bråkdel av kostnaden och utrymmeskraven för konventionella extraktiva gasanalysatorer. 

En Vaisala MGP241-prototyp installerades i en genomströmningsadapter vid utloppet av en QAL1-certifierad gasanalysator för övervakning av koldioxidutsläpp för att säkerställa att de två instrumenten mottar samma gas och att resultaten är jämförbara. 

I en fristående installation skulle Vaisala MGP241-proben installeras direkt i processen, till exempel i provtagningsgrenröret som visas i figur 3.  Alternativt kan separata prober för varje ström användas för att få insikter i realtid från alla mätpunkter utan den förlust av data som är associerad med flerpunktsprovtagning. 

Figur 3: Provtagningsplats för de tre processgasströmmarna, som visar väljarventiler och grenröret. Provgas till analysatorer tas från toppen av grenröret medan överskottsgas ventileras från botten.

Resultat

Typiska koldioxidkoncentrationer vid de tre positionerna visas i figur 4, där de tre provströmmarna är åtskilda i olika trenddiagram, även om ett enda koldioxidinstrument användes för att successivt mäta från de tre provströmmarna. De plana delarna av diagrammet motsvarar perioder då instrumentet mätte en av de två andra strömmarna.  

För att utvärdera prestandan hos Vaisalas nya MGP241 genomfördes en jämförelsemätning där utgången från Vaisalas instrument plottades som en funktion av referensinstrumentet. 

Image

I denna utfördes tre på varandra följande mätkörningar av inloppspositionen och utloppspositionen samt en mätning av mittpositionen. I varje körning samlades ett minimum av trettio mätpar från båda instrumenten. Eftersom det extraktiva referensinstrumentet mätte på torr basis, utfördes en torrgaskompensation baserad på det faktiska fuktighetsvärdet uppmätt med MGP241-prototypen. 

I tabell 1 sammanfattas medelvärdena för varje körning och parametrarna för kalibreringskurvan och dess korrelationskoefficient plottade till dessa data. 

I figur 5 visas samma data i en grafisk representation. Testresultaten visar en god överensstämmelse mellan de två metoderna, och variationen mellan körningarna i Vaisala-resultaten är mindre än i referensmetoden, vilket indikerar god repeterbarhet och reproducerbarhet för metoden. 

Image

Slutsats

Den modulära CCS-plattformen från CapsolGO är en flexibel och skalbar lösning för koldioxidavskiljning från punktkällor i en mängd olika branscher med en koldioxidkoncentration i rökgaserna från 3 till 30 volymprocent.  

Vaisalas MGP241 koldioxidprob är en perfekt lösning för en kompakt, containerbaserad lösning som denna, eftersom den kräver minimalt med utrymme inuti containern, saknar rörliga delar, har inget behov av kalibreringsgaser och skickar data direkt till DCS-systemet. 

Enligt Anders Grinrød, innovationschef på Capsol Technologies, är den kompakta in situ-mätenheten väl lämpad för att övervaka Capsols avskiljningsprocess och har presterat väl i både laboratorie- och fälttester. MGP241 är också anmärkningsvärt enkel att installera och driftsätta och uppgiften utfördes av ett team från både Capsol och Vaisala på mindre än en timme.