CO₂ reinigen und verwerten
Während sich die Industrie auf eine Netto-Null-Zukunft zubewegt, richtet sich die Aufmerksamkeit auf die Aufwertung von Kohlendioxid-(CO₂)-Abgasen als Teil der Kreislaufwirtschaft. Dies geht einher mit einer wachsenden Nachfrage nach CO₂, z. B. von Lebensmittel- und Getränkeherstellern, Lebensmittelverarbeitungsunternehmen und der aufstrebenden nachhaltigen Kraftstoff- und Chemieindustrie. Die Aufwertung von CO₂-Abgasen erfordert ein klares Verständnis seiner Produktionsquelle und der zu entfernenden Verunreinigungen, um die Spezifikationen der verschiedenen Endanwendungen zu erfüllen. Anschließend kann eine geeignete Reinigungslösung entwickelt und angeboten werden.
DESOTEC kann Teil der Lösung sein, indem es nachhaltige Filterung zur Reduzierung unerwünschter Bestandteile im CO₂-Strom bereitstellt. DESOTEC trägt bereits zu Systemen zur CO₂-Reinigung aus Biogas für den Einsatz in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie bei und verfügt über umfassendes Know-how, das auch in anderen Branchen Anwendung finden kann.
Treiber und Märkte für CO₂
- Treiber
Bis vor kurzem stammte der größte Teil 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 werden neue CO₂-Quellen gesucht, um die Verfügbarkeit zu verbessern. In Nordamerika wird der CO₂- Verbrauch hauptsächlich durch das organische Wachstum der Enhanced Oil Recovery (EOR) und der Lebensmittel- und Getränkeindustrie getrieben.
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. Anreize können Steuererleichterungen und Subventionen sein, während unter bestimmten Umständen auch Emissionshandelszertifikate anwendbar sind.
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 aufweisen und somit nachhaltiger und kostengünstiger sind.
- Märkte
Jeder Markt hat andere Anforderungen an die CO₂-Reinheit.
Für Anwendungen in Lebensmittelqualität muss das Gas strenge Standards erfüllen. Für andere Märkte werden die Spezifikationen von den Endverbrauchern festgelegt. Bei Anwendungen außerhalb der Lebensmittelindustrie besteht der Hauptgrund für die Reinigung von CO₂ im Allgemeinen darin, eine Vergiftung nachgeschalteter Katalysatoren zu vermeiden und die 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 CO2 in Lebensmittelqualität muss die Reinheit hoch sein. In der EU legt das EIGA-Dokument 70/17 folgende Grenzwerte fest: Gesamt-S 0,1 µmol/mol = 0,1 ppm, Gesamt-flüchtige Kohlenwasserstoffe 50 µmol/mol = 50 ppm.
Dieser Markt hat bereits jetzt Schwierigkeiten, CO₂ zu finden . Weitere Hindernisse sind die Notwendigkeit der Zertifizierung und Rückverfolgbarkeit sowie religiöse Anforderungen, z. B. CO₂ aus Halal-Quellen.
- Lebensmittelproduktion . CO₂ in Lebensmittelqualität wird verwendet für: inerte Atmosphären zum Verpacken von z. B. Schinken und Käse, Betäubungsmethoden in Schlachthöfen und Obstkonservierung in Lagerhäusern.
- Industrie : Schweißen, Wasseraufbereitung, Oberflächenreinigung, Elektronik usw.
- Chemische Produktion und neuartige Chemikalien : z. B. Ersetzen von Öl durch CO2 bei der PU-Produktion für umweltfreundliche Matratzen, Herstellung von Natriumbikarbonat, als Lösungsmittel/inerte Atmosphäre usw.
- Öl- und Gasindustrie: verbesserte Ölgewinnung.
- Gewächshäuser , um das Gemüsewachstum zu beschleunigen.
Schwellenländer:
- Nachhaltige Kraftstoffe und Power to X (PtX) . Methanol und Kohlenwasserstoffe mit höherem Molekulargewicht werden aus CO2 und Wasserstoff durch Prozesse wie Direkthydrierung, Fischer-Tropsch-Synthese oder Methanol zu Olefinen (MTO) hergestellt. Es wird für nachhaltigen Flugkraftstoff (SAF) und andere synthetische Kraftstoffe oder Chemikalien verwendet. Dieser Markt dürfte in den kommenden Jahren erheblich wachsen, da die Länder danach streben, ihre Ziele im Rahmen des EU Green Deal zu erreichen.
CO₂-Quellen
Abhängig von seiner Herkunft weist das Abgas unterschiedliche CO 2 -Konzentrationen und unterschiedliche Bestandteile auf, die vor der Verwertung gereinigt werden müssen.
1- Abgas aus thermischen Prozessen oder der Verbrennung von Abfall, fossilen Brennstoffen und biogenen Brennstoffen. Sehr große Mengen werden von Industrien wie Stahl, Zement und Bauwesen ausgestoßen. Dieses Abgas enthält typischerweise 3-20 % CO₂ sowie Feuchtigkeit, Inertgase und auch Katalysator-/Mikroorganismusgifte wie Carbonylsulfid (COS), Kohlenstoffdisulfid ( CS₂ ) usw. Aufgrund der relativ geringen Konzentration ist die Extraktion dieses CO₂ energieintensiv.
2- Brennbare Gase, die in Biogasanlagen, Raffinerien, im Bergbau, in Abwasseranlagen und auf Mülldeponien entstehen. Diese Ströme enthalten typischerweise 30-50 % CO2 sowie flüchtige organische Verbindungen (VOCs) wie Methan, Feuchtigkeit, aber auch Katalysator-/Mikroorganismusgifte wie Schwefelwasserstoff ( H2S ), Siloxane und andere Komponenten.
3- CO2 - reiche Gase aus der Produktion von Ammoniak und Harnstoff (Düngemittel), Ethanol (Waschmittel), Wasserstoff und Ethylenoxid (für Waschmittel und Kunststoffe) usw. Diese Abgase bestehen fast vollständig aus CO2, enthalten aber auch Feuchtigkeit, Inertgase, VOC, Amine usw. als Verunreinigungen.
Zu reinigende Komponenten
Wie die obigen Beispiele zeigen, hängen die Verunreinigungen eines Abgases von seiner Herkunft ab, während der erforderliche Reinigungsgrad vom beabsichtigten Endverbrauch abhängt.
Zu diesen Verunreinigungen können gehören:
- Große Mengen H 2 O, O 2 , N 2 , H 2 , Ar.
- Partikel/Staub, der mechanisch abgeschieden werden muss.
- Spuren von Komponenten, die als Katalysatorgifte wirken oder für Mikroorganismen in nachgelagerten Prozessen oder sogar für den menschlichen Verzehr toxisch 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 .
– Basische Bestandteile wie NH3 und Amine.
- Brennbare Bestandteile wie CO, CH4 , organische Stoffe.
– Biologische organische Bestandteile wie Hefen und Pilze.
- Metallische Bestandteile wie Quecksilber (Hg), Schwermetalle (Ni, Cr etc.) sowie Alkali- und Erdalkalimetalle (Na, K, Ca, Ba), die nicht als Partikel, sondern als Aerosole auftreten.
- Flüchtige organische Bestandteile wie aromatische Kohlenwasserstoffe, Olefine, Aldehyde/organische Säuren, Dioxine/Furane, Öle/Fette usw.
CO2-Entfernung aus Gasströmen
Zurzeit gibt es vier Haupttechnologien zur Entfernung von CO 2 aus Abgasströmen. Am häufigsten werden heute Absorption oder Adsorption eingesetzt.
1. Absorptions-/Nasswäscher
Es gibt verschiedene Technologien, von denen die Aminwäsche die bekannteste ist. Amine fangen große Mengen an H₂S sowie CO₂ ein. Während der Flash-Desorption wird H₂S zusammen mit gasförmigem CO₂ freigesetzt, was einen weiteren H₂S-Entfernungsschritt erforderlich macht. Darüber hinaus verringert H₂S allmählich die CO₂-Beladungskapazität von Aminen und verkürzt ihre Lebensdauer. Daher sollte H₂S vorzugsweise vor der Aminwäsche entfernt werden oder zumindest nach der Aminwäsche, wenn das CO₂ zusammen mit anderen oben aufgeführten Verunreinigungen verwertet werden soll.
Normalerweise besteht der erste Schritt darin, das CO₂-Gas in einer geeigneten Flüssigkeit, z. B. magerem Amin, in einem Säulenwäscher 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 gekühlt oder sogar auf etwa 2 MPa und -20 °C verflüssigt. Dann ist es bereit für den Transport, die Lagerung und schließlich die Lieferung an den Endverbraucher.
2. Adsorptionsverfahren
Temperatur- oder Druckschwankungen bei Aktivkohle (Kohlenstoffmolekularsiebe) oder Zeolithen werden häufig in Biogasanwendungen und kleineren Anlagen eingesetzt, um CO2 von Permanentgasen wie Methan, Stickstoff, Sauerstoff, H₂O und Argon zu reinigen. Allerdings passieren Spuren der oben genannten Verunreinigungen diesen Schritt und müssen möglicherweise gereinigt werden.
3. Kryokondensatoren
Diese Technologie trennt CO₂ im Allgemeinen von Feuchtigkeit und permanenten Gasen. Sehr niedrige Schadstoffkonzentrationen können damit nicht erreicht werden. Die Standardturbinen und -kühler, die bei jedem CO₂-Strom verwendet werden, können so aufgerüstet werden, dass sie als wirksame Kryokondensatoren fungieren. Dies allein reicht jedoch 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 CO₂ -Konzentration von sauren Gasen, biologischen Stoffen, einigen flüchtigen organischen Verbindungen und Aerosolen. Sie benötigen optimale Betriebsbedingungen wie Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit. Häufig können höhere Konzentrationen flüchtiger organischer Verbindungen zu Membranverschmutzung führen. Für bestimmte Abgase kann diese Trenntechnologie eine sinnvolle Option sein, auch wenn bei hohen CO₂-Konzentrationen mehrere Membranen in Reihe geschaltet werden müssen.
CO₂-Reinigung mit Aktivkohle
Nach der CO 2 -Abtrennung kann der CO 2 -Strom Restwasser sowie Spuren der oben aufgeführten Verunreinigungen enthalten. Daher muss er in vielen Fällen gereinigt werden.
Die Aktivkohlefiltration ist eine bewährte Technologie, die häufig zur Reinigung oder Aufbereitung von CO₂ eingesetzt wird. Sie bietet die folgenden wesentlichen Vorteile:
- Entfernung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) , sauren und basischen Bestandteilen, Quecksilber, Halogenbestandteilen, organischen Stoffen, Schwefel und Gerüchen.
- Äußerst nützlich als Polierschritt nach anderen Technologien, da es die letzten Spuren von Komponenten auf ein Niveau unter der Nachweisgrenze reduziert.
- Potenzial zur Reinigung sowohl von Luft-/Gas- als auch von Wasser-/Flüssigkeitsströmen .
- Einfach zu installieren und zu verwenden.
- Handhabung unterschiedlicher Durchflussraten, daher geeignet für Batch- oder intermittierende Prozesse.
- Kreisförmiger Prozess , bei dem Abfälle erzeugt werden, die für eine weitere Verwendung reaktiviert werden können, was die Nachhaltigkeit fördert.
Die Aktivkohlefiltration unterliegt folgenden Einschränkungen:
- Bei sehr großen Durchflussmengen, beispielsweise aus der Schwerindustrie, kann dies unwirtschaftlich sein.
- Permanente Gase, Methan, Ethan oder Partikel können damit nicht abgetrennt werden.
Ein typischer Reinigungsprozess mit Aktivkohle
DESOTEC würde sich entweder zwischen Kühler und Kompressor (Filter 1) oder nach dem Kompressor (Filter 2) oder vor der Trenntechnologie (Konditionierung) befinden.
DESOTECs mobile, nachhaltige Filtrationslösungen
DESOTEC beliefert Unternehmen verschiedener Industriezweige in Europa und Nordamerika mit mobilen, nachhaltigen Lösungen auf Basis von Aktivkohle.
Unsere modulare Filterflotte ermöglicht Durchflussraten von einigen hundert Kubikmetern pro Stunde (m³/h) bis zu 55 000 m³/h in der Gasphase und von 2 m³/h bis 50 m³/h in der Flüssigphase. Durch die Parallelschaltung von Filtern sind auch höhere Durchflussraten 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.
Die nachhaltige Handhabung von Filterabfällen ist der Schlüssel zu unserem Kreislaufservice . Alle Filterabfälle werden in geschlossenen Filtern von den Kundenstandorten abtransportiert und zu unseren hochmodernen Anlagen gebracht. An der Kohle adsorbierte Komponenten werden in DESOTECs Öfen desorbiert und abgebaut oder 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 CO2- Fußabdruck verringert.
Fallstudie: CO₂-Reinigung aus einer Biogasanlage für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie
Diese dänische Anlage produziert Biogas aus Lebensmittelabfällen und landwirtschaftlichen Rückständen.
Sobald das Methan zur Energieerzeugung extrahiert wird, entsteht ein CO₂-Abgasstrom. In den meisten Biogasanlagen würde das CO₂ nach der Reinigung in die Atmosphäre abgegeben – hier wird es jedoch genutzt.
DESOTEC liefert zwei parallel geschaltete AC3000PE-Filter als Teil eines Behandlungssystems, 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 ist bereit für den LKW-Transport zu Kunden im Getränkesektor.
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Unsere Filtrationslösungen
Wir bieten eine breite Palette von Filtermodellen und Kohlequalitäten an, die Ihren Anforderungen an die industrielle Wasser- oder Luftreinigung entsprechen. -
Unser einzigartiger Service
Unser Closed-Loop-Full-Service-Modell ist so einzigartig wie Ihre Geschäftsanforderungen. Wir definieren die richtige Filtereinrichtung und recyceln Filterabfälle sicher, sodass Sie ganz einfach umweltfreundlich arbeiten können. -
Ihr Weg hin zur Nachhaltigkeit
Uns liegt der Schutz unserer Luft, unseres Wassers und unseres Bodens für künftige Generationen am Herzen, genau wie Ihnen. Unsere Filtrationslösungen helfen Ihnen, Umweltstandards einzuhalten und Ihren ökologischen Fußabdruck zu verringern.