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Reinigung von CO₂ zur Verwertung

Während sich die Industrie auf eine Netto-Null-Zukunft zubewegt, richtet sich die Aufmerksamkeit auf die Verwertung von Kohlendioxid (CO₂)-Abgasen als Teil der Kreislaufwirtschaft. Damit einher geht eine wachsende Nachfrage nach CO₂, beispielsweise von Lebensmittel- und Getränkeunternehmen, Lebensmittelverarbeitungsunternehmen und der aufstrebenden nachhaltigen Kraftstoff- und Chemieindustrie. Die Aufwertung von CO₂-Abgas erfordert ein klares Verständnis seiner Produktionsquelle und der zu entfernenden Verunreinigungen, um die Spezifikationen verschiedener Endanwendungen zu erfüllen. Anschließend kann eine passende Reinigungslösung konzipiert und angeboten werden.

DESOTEC kann Teil der Lösung sein, indem es eine nachhaltige Filterung bereitstellt, um unerwünschte Bestandteile im CO₂-Strom zu reduzieren. DESOTEC trägt bereits zu Systemen zur CO₂-Reinigung aus Biogas für den Einsatz im Lebensmittel- und Getränkesektor bei und verfügt über ein weitreichendes Fachwissen, das auf weitere Branchen angewendet werden kann.

Treiber und Märkte für CO₂

  • Treiber

Bis vor Kurzem stammte der Großteil des von der europäischen Industrie verbrauchten CO₂ aus der Ammoniakproduktion für Düngemittel. Der jüngste Anstieg der Öl- und Gaspreise hat jedoch zu einem drastischen Rückgang der europäischen Ammoniakproduktion geführt. Daher wird nach neuen CO₂-Quellen gesucht, um die Verfügbarkeit zu verbessern. In Nordamerika wird der CO 2 -Verbrauch hauptsächlich durch das organische Wachstum von Enhanced Oil Recovery (EOR) und der Lebensmittel- und Getränkeindustrie angetrieben.

Der EU Green Deal, die EPA Net Zero Initiative und ähnliche Gesetze auf der ganzen Welt fördern die Dekarbonisierung der Industrie und die Ökologisierung der CO₂-Produktion. Zu den Anreizen können Steuererleichterungen und Subventionen gehören, unter bestimmten Umständen sind auch CO2-Handelszertifikate anwendbar.

Darüber hinaus beeinflusst das wachsende Bewusstsein für den Klimawandel die Kaufentscheidungen in allen Märkten. Biogene CO₂-Quellen wie Biogas sind besonders gefragt, da sie negative Emissionen verursachen und dadurch nachhaltiger und kostengünstiger sind.

  • Märkte

Jeder Markt hat unterschiedliche Anforderungen an die CO₂-Reinheit.

Für Anwendungen in Lebensmittelqualität muss das Gas strenge Standards erfüllen. Für andere Märkte werden die Spezifikationen von den Endbenutzern festgelegt. Bei Non-Food-Anwendungen besteht der Hauptgrund für die Reinigung von CO₂ im Allgemeinen darin, eine Vergiftung nachgeschalteter Katalysatoren zu vermeiden und Korrosion von Rohrleitungen und Instrumenten zu verhindern.

Etablierte Märkte:

- Lebensmittel und Getränke , derzeit der größte Markt. CO₂ wird zur Karbonisierung und als Trockeneis zur Lebensmittelkonservierung verwendet. Für CO 2 in Lebensmittelqualität muss die Reinheit hoch sein. In der EU sind im EIGA-Dokument 70/17 folgende Grenzwerte festgelegt: Gesamt-S 0,1 µmol/mol = 0,1 ppm, Gesamtgehalt an flüchtigen Kohlenwasserstoffen 50 µmol/mol = 50 ppm.

Dieser Markt hat bereits Schwierigkeiten, CO 2 zu finden. Weitere Hindernisse sind die Notwendigkeit einer Zertifizierung und Rückverfolgbarkeit sowie religiöse Anforderungen, z. B. CO₂, das aus Halal-Quellen hergestellt wird.

- Lebensmittelproduktion . CO₂ in Lebensmittelqualität wird verwendet für: Inertatmosphäre für Verpackungen, z. B. für Schinken und Käse; Betäubungsmethoden in Schlachthöfen; und Obstkonservierung in Lagerhäusern.

- Industrie : Schweißen, Wasseraufbereitung, Oberflächenreinigung, Elektronik usw.

- Chemische Produktion und neuartige Chemikalien : z. B. Ersatz von Öl durch CO 2 für die PU-Produktion für umweltfreundliche Matratzen; Herstellung von Natriumbicarbonat; als Lösungsmittel/Inertatmosphäre etc.

- Öl- und Gasindustrie: verbesserte Ölförderung.

- Gewächshäuser , um das Gemüsewachstum zu beschleunigen.

Schwellenländer:

- Nachhaltige Kraftstoffe und Power to X (PtX) . Methanol und Kohlenwasserstoffe mit höherem Molekulargewicht werden aus CO 2 und Wasserstoff durch Verfahren wie Direkthydrierung, Fischer-Tropsch-Synthese oder Methanol zu Olefinen (MTO) hergestellt. Es wird für nachhaltigen Flugtreibstoff (SAF) und andere synthetische Kraftstoffe oder Chemikalien verwendet. Dieser Markt dürfte in den kommenden Jahren erheblich wachsen, da die Länder bestrebt sind, ihre Ziele im EU-Green-Deal zu erreichen.

CO₂-Quellen

Abhängig von seiner Herkunft weist das Abgas unterschiedliche CO2 - Konzentrationen und unterschiedliche Komponenten auf, die vor der Verwertung gereinigt werden müssen.

1- Abgase aus thermischen Prozessen oder der Verbrennung von Abfällen, fossilen Brennstoffen und biogenen Brennstoffen. Sehr große Ströme werden von Industrien wie der Stahl-, Zement- und Bauindustrie emittiert. Dieses Abgas enthält typischerweise 3–20 % CO 2 sowie Feuchtigkeit, Inertgase und auch Katalysator-/Mikroorganismusgifte wie Carbonylsulfid (COS), Kohlenstoffdisulfid (CS 2 ) usw. Aufgrund der relativ geringen Konzentration ist dies der Fall Es ist energieintensiv, dieses CO₂ zu extrahieren.

2-
Brennbare Brenngase, die von Biogasanlagen, Raffinerien, Bergbau, Abwasser und Deponien erzeugt werden. Diese Ströme enthalten typischerweise 30–50 % CO 2 sowie flüchtige organische Verbindungen (VOCs) wie Methan, Feuchtigkeit, aber auch Katalysator-/Mikroorganismusgifte wie Schwefelwasserstoff (H 2 S), Siloxane und andere Komponenten.

3- CO 2 -reiche Gase aus der Produktion von Ammoniak und Harnstoff (Düngemittel), Ethanol (Waschmittel), Wasserstoff und Ethylenoxid (für Waschmittel und Kunststoffe) usw. Diese Abgase bestehen fast ausschließlich aus CO 2 , enthalten aber auch Feuchtigkeit. Inertgase, VOC, Amine usw. als Verunreinigungen.

Zu reinigende Bauteile

Wie in den obigen Beispielen gezeigt, hängen die Verunreinigungen eines Abgases von seiner Herkunft ab, während die beabsichtigte Endverwendung den erforderlichen Reinigungsgrad bestimmt.

Zu diesen Verunreinigungen können gehören:

  • Große Mengen an H 2 O, O 2 , N 2 , H 2 , Ar.
  • Partikel/Staub, die mechanisch abgeschieden werden müssen.
  • Spuren von Komponenten, die Katalysatorgifte oder toxisch für Mikroorganismen im nachgeschalteten Prozess oder sogar für den menschlichen Verzehr sein können:

- Saure Komponenten wie H 2 S, SO 2 , SO 3 , HCl, HF, COS, CS 2 , CH 3 SH, HCN, NO, NO 2 /NO 3 und Cl 2 .

- Grundbestandteile wie NH 3 und Amine.

- Brennbare Bestandteile wie CO, CH 4 , organische Stoffe.

- Biologische organische Bestandteile wie Hefen und Pilze.

- Metallische Bestandteile wie Quecksilber (Hg), Schwermetalle (Ni, Cr usw.) sowie Alkali- und Erdalkalimetalle (Na, K, Ca, Ba), die eher als Aerosole als als Partikel vorliegen.

- Flüchtige organische Bestandteile wie aromatische Kohlenwasserstoffe, Olefine, Aldehyde/organische Säuren, Dioxine/Furane, Öle/Fette usw.

CO2 aus Gasströmen entfernen

Derzeit gibt es vier Haupttechnologien zur Entfernung von CO 2 aus Abgasströmen. Heutzutage werden am häufigsten Absorption oder Adsorption eingesetzt.

1. Absorptions-/Nasswäscher

Es gibt verschiedene Technologien, von denen die Aminwäsche die bekannteste ist. Amine binden große Mengen an H₂S und CO₂. Bei der Flash-Desorption wird H₂S zusammen mit gasförmigem CO₂ freigesetzt, was einen weiteren H₂S-Entfernungsschritt erforderlich macht. Darüber hinaus verringert H₂S nach und nach die CO₂-Beladungskapazität von Aminen und verkürzt deren Lebensdauer. Daher sollte H₂S vorzugsweise vor der Aminwäsche entfernt werden, oder zumindest nachgeschaltet, wenn das CO₂ zusammen mit anderen oben aufgeführten Verunreinigungen verwertet werden soll.

Typischerweise besteht der erste Schritt darin, das CO₂-Gas in einer geeigneten Flüssigkeit, z. B. magerem Amin, in einem Kolonnenwäscher aufzulösen. Der zweite Schritt besteht darin, das CO₂ in einer zweiten Säule zu desorbieren. Anschließend muss das CO₂ entwässert und gereinigt werden. Anschließend wird es wahrscheinlich komprimiert und abgekühlt oder sogar auf etwa 2 MPa und -20 °C verflüssigt. Anschließend ist es für den Transport, die Lagerung und schließlich die Lieferung an den Endverbraucher bereit.

2. Adsorptionsverfahren

Temperaturschwankungen oder Druckschwankungen bei Aktivkohle (Kohlenstoffmolekularsieben) oder Zeolithen werden häufig in Biogasanwendungen und kleineren Anlagen eingesetzt, um CO 2 aus permanenten Gasen wie Methan, Stickstoff, Sauerstoff, H₂O und Ar zu reinigen. Allerdings schlüpfen Spuren der oben genannten Verunreinigungen durch diese Phase und müssen möglicherweise gereinigt werden.

3. Kryokondensatoren

Diese Technologie trennt im Allgemeinen CO₂ von Feuchtigkeit und Permanentgasen. Es können keine sehr geringen Schadstoffkonzentrationen erreicht werden. Die Standardturbinen und Kühler, die bei jedem CO₂-Strom verwendet werden, können verstärkt werden, um als effektiver Kryokondensator zu fungieren. Allerdings reicht dies allein möglicherweise nicht aus, um alle Spezifikationen zu erfüllen, sodass möglicherweise eine zusätzliche Reinigung erforderlich ist, um andere Verunreinigungen zu reduzieren.

4. Membranen

Diese trennen Abgase mit hoher CO 2 -Konzentration von sauren Gasen, biologischem Material, einigen VOCs und Aerosolen. Sie benötigen optimale Betriebsbedingungen wie Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit. Höhere VOC-Konzentrationen können häufig zu einer Membranverschmutzung führen. Für bestimmte Abgase kann diese Trenntechnologie eine sinnvolle Option sein, auch wenn für hohe CO₂-Konzentrationen mehrere Membranen in Reihe geschaltet werden müssen.

CO₂ mit Aktivkohle reinigen

Sobald das CO 2 abgetrennt wurde, kann der CO 2 -Strom Restwasser sowie Spuren der oben aufgeführten Verunreinigungen enthalten. Daher muss es in vielen Fällen gereinigt werden.

Aktivkohlefiltration ist eine bewährte Technologie, die häufig zur Reinigung oder Aufbereitung von CO₂ eingesetzt wird. Es bietet die folgenden wesentlichen Vorteile:

  • Entfernung von VOCs , sauren und basischen Bestandteilen, Quecksilber, Halogenbestandteilen, organischen Stoffen, Schwefel und Gerüchen.
  • Äußerst nützlich als Polierschritt nach anderen Technologien, um die letzten Spuren von Komponenten auf ein unter nachweisbares Niveau zu reduzieren.
  • Kann sowohl Luft-/Gas- als auch Wasser-/ Flüssigkeitsströme reinigen.
  • Einfache Installation und Verwendung.
  • Bewältigt unterschiedliche Durchflussraten und eignet sich daher für Batch- oder intermittierende Prozesse.
  • Kreislaufprozess , bei dem Abfälle entstehen, die zur weiteren Verwendung reaktiviert werden können, was die Nachhaltigkeit fördert.


Bei der Aktivkohlefiltration gelten folgende Einschränkungen:

  • Bei sehr großen Strömen, z. B. aus der Schwerindustrie, kann dies unwirtschaftlich sein.
  • Es kann keine permanenten Gase, Methan, Ethan oder Partikel abscheiden.

Ein typischer Reinigungsprozess mit Aktivkohle

CO2-Reinigungsprozess


DESOTEC wäre entweder zwischen Kühler und Kompressor (Filter 1), oder nach dem Kompressor (Filter 2) oder vor der Trenntechnik (Konditionierung).

DESOTECs mobile nachhaltige Filtrationslösungen

DESOTEC liefert mobile nachhaltige Lösungen mit Aktivkohle an Unternehmen verschiedener Industriezweige in Europa und Nordamerika.

Unsere modulare Filterflotte ermöglicht Durchflussraten von einigen hundert Kubikmetern pro Stunde (m³/h) bis zu 55.000 m³/h in der Gasphase und 2 m³/h bis 50 m³/h in der Flüssigphase. Durch die Parallelschaltung von Filtern sind auch höhere Durchflussmengen behandelbar.

Wir bieten eine Reihe von Kohlenstoffqualitäten zur Behandlung und Erfassung verschiedener Komponenten an. Für saure/basische Verunreinigungen wie Ammoniak, Amine, HCl, HCN, H₂S usw. und Metalle wie Quecksilber wird imprägnierter Kohlenstoff verwendet.

Der nachhaltige Umgang mit Filterabfällen ist der Schlüssel zu unserem Kreislaufservice . Sämtliche Filterabfälle werden in geschlossenen Filtern von den Kundenstandorten wegtransportiert und zu unseren hochmodernen Anlagen gebracht. Am Kohlenstoff adsorbierte Bestandteile werden desorbiert und in den Öfen von DESOTEC abgebaut bzw. verwertet. In den meisten Fällen wird die Aktivkohle zur Wiederverwendung reaktiviert , was die Kosten für die Kunden senkt, die Nachhaltigkeit verbessert und unseren und Ihren CO 2 -Fußabdruck verringert.

Fallstudie: CO₂-Reinigung aus einer Biogasanlage für die Lebensmittel- und Getränkebranche

Diese dänische Anlage produziert Biogas aus Lebensmittelabfällen und landwirtschaftlichen Reststoffen.

Sobald das Methan zur Energieerzeugung extrahiert wird, entsteht ein CO₂-Abgasstrom. Bei den meisten Biogasanlagen würde das CO₂ nach der Reinigung in die Atmosphäre gelangen – hier wird es jedoch verwertet.

DESOTEC liefert zwei parallel geschaltete AC3000PE-Filter als Teil eines Aufbereitungssystems, das weitere Technologien wie einen Kompressor umfasst. Der Abgasstrom beträgt 2250 m³/h und enthält 50 ppm H₂S und 2.000 ppm VOCs , der Rest ist CO₂.

Die Messungen des Kunden zeigen, dass nach der Behandlung nahezu keine Verunreinigungen im CO₂-Strom verbleiben und das Produkt somit für den Einsatz in der Getränkeindustrie geeignet ist.

Das gereinigte Gas wird in zwei Tanks gespeichert und steht für den Transport per LKW zu Kunden aus der Getränkebranche bereit.