Lösungsmittel in der CO₂-Abscheidung nehmen mehr Feststoffe auf und bauen schneller ab als Lösungsmittel in der Erdgasaufbereitung, denn das Rauchgas trägt neben dem CO₂ auch Sauerstoff, NOx, SO₂ und Staub in den Absorber. Werden diese Feststoffe mit einem geschlossenen Kerzenfilter im Kreislauf des mageren Lösungsmittels kontrolliert, sinken Aufbereitungshäufigkeit, Reboilerleistung und Kosten für Lösungsmittelnachspeisung.
Was verunreinigt das Lösungsmittel in einer CO₂-Abscheideanlage?
Das Abscheidelösungsmittel wird durch das verunreinigt, was das Rauchgas einträgt, und durch das, was das Lösungsmittel beim Abbau selbst bildet. Rauchgas bringt feine Feststoffe mit, etwa Flugasche aus Kohlekesseln, Ofenstaub aus Zementwerken und Mitriss aus der Rauchgasentschwefelung, dazu Sauerstoff, NOx und restliches SO₂. Rauchgas aus Zementöfen gehört zu den schwierigsten Einsatzgasen: Seine Staubbeladung ist höher als die eines Kraftwerks und schwankt mit Rohmehl und Brennstoff.
Sauerstoff treibt den oxidativen Abbau des Amins an, während SO₂ und NOx wärmestabile Salze bilden. Der Abbau macht das Lösungsmittel korrosiver, und die Korrosion bringt zusätzlich feine Partikel in den Kreislauf.
Diese Verunreinigungen werden auf zwei Wegen behandelt. Wärmestabile Salze und die meisten Abbauprodukte sind gelöst und werden durch Aufbereitung (Reclaiming) entfernt. Die Filtration entfernt die suspendierten Feststoffe: Staub, Korrosionsprodukte und Ausfällungen. Da suspendierte Feststoffe Schaum stabilisieren, Wärmetauscher und Packungen verschmutzen und zur Korrosion beitragen, muss ein Kreislauf mit schlechter Feststoffkontrolle häufiger aufbereitet werden.
Wie wirkt sich die Kontamination des Lösungsmittels auf Abscheideleistung und Energieverbrauch aus?
Kontamination erhöht den Energieverbrauch, stört den Betrieb und steigert den Lösungsmittelverbrauch. Mit zunehmenden Abbauprodukten und wärmestabilen Salzen sinkt die zyklische Beladungskapazität, und die Anlage muss mehr Lösungsmittel umwälzen oder stärker regenerieren, um die Abscheiderate zu halten. Die Reboilerleistung steigt, und Reboilerdampf ist einer der größten Betriebskostenposten der aminbasierten Abscheidung. Suspendierte Feststoffe verstärken die Schaumbildung in Absorber und Stripper und verschmutzen den Wärmetauscher zwischen magerem und reichem Lösungsmittel, was den Durchsatz senkt oder ungeplante Stillstände erzwingt.
Jede Aufbereitungskampagne und jeder Filterwechsel entzieht dem Kreislauf außerdem Lösungsmittel. Neuere, abbaubeständige Lösungsmittelmischungen kosten mehr als konventionelles MEA. Deshalb ist die Art, wie ein Filter seine Feststoffe austrägt, ebenso wichtig wie das, was er zurückhält.
Welche Filter werden bei der Aminwäsche und der CO₂-Abscheidung eingesetzt?
Abscheideanlagen setzen in einem Teilstrom des mageren Lösungsmittels drei Filtertypen ein: Patronenfilter, Anschwemm-Kerzenfilter mit Trockenkuchenaustrag und rückspülbare Kerzenfilter mit Schlammaustrag. Häufig folgen ein Aktivkohlebett und eine Polierstufe.
Patronenfilter eignen sich für kleine Anlagen und Polieraufgaben. Im Maßstab der CO₂-Abscheidung, mit Staub im Rauchgas, sind die Elemente schnell beladen, jeder Wechsel bedeutet das Öffnen eines Behälters mit abgebautem Lösungsmittel, und jedes verbrauchte Element wird zu kontaminiertem Abfall.
Der FUNDABAC® Kerzenfilter ist für staubreiche Ströme wie Rauchgas aus Kohlekesseln und Zementöfen sowie für DAC ausgelegt. Die Feststoffe bauen sich als Kuchen auf senkrechten Filterkerzen auf, und bei einem eingestellten Differenzdruck trägt ein Gasrückblaszyklus den Kuchen trocken über das Bodenventil aus. Anschwemmung und Body Feed fangen wechselnde, hohe Feststoffbeladungen ab, und die patentierte Restvolumenfiltration (Heel Volume Filtration) minimiert das im Behälter verbleibende Lösungsmittel.
Der CONTIBAC® Kerzenfilter ist für die unterbrechungsfreie Verarbeitung in großen DAC-Anlagen und kontinuierlichen Post-Combustion-Kreisläufen ausgelegt. Seine Elemente werden vor Ort mit Gas oder Filtrat rückgespült, und der kontinuierliche Feststoffaustrag hält die Lösungsmittelverarbeitung auch während der Regenerationszyklen aufrecht. Die Feststoffe verlassen den Filter als konzentrierter Schlamm, was den Lösungsmittelverlust gering hält.
Beide sind vollständig geschlossene Druckbehälter mit SPS- oder PLS-Steuerung und werden im Normalbetrieb nicht geöffnet, sodass das Bedienpersonal weder mit abgebautem Lösungsmittel noch mit verbrauchten Elementen umgehen muss. Dieselbe Bauweise hat sich in der Erdgasaufbereitung bewährt, wie unser Beitrag zur Filtration bei der Aminwäsche zeigt.
| Parameter | FUNDABAC® Kerzenfilter | CONTIBAC® Kerzenfilter |
|---|---|---|
| Am besten geeignet für | Staubreiche Ströme, hohe Feststoffreinheit | Kontinuierliche Klärung und Eindickung |
| Betriebsart | Batch / semikontinuierlich | Kontinuierlich / semikontinuierlich |
| Filtermedien | Anschwemmung und Body Feed, Kunstfasern | Rückspülbare Elemente, vor Ort regeneriert |
| Kuchenwäsche | Ja, mit reduziertem Verlust an Lösungsmittel und Waschflüssigkeit | Nicht zutreffend |
| Lösungsmittelverlust | Minimiert durch patentierte Restvolumenfiltration | Minimiert durch konzentrierten Schlammaustrag |
| Feststoffaustrag | Trockenkuchen | Konzentrierter Schlamm |
| Wartung | Medienwechsel alle 1 bis 3 Jahre bei staubreicher Abscheidung | Rückspülbare Elemente verlängern die Filterstandzeit |
Die Wahl hängt meist vom Standort ab. Trockenkuchen passt zu Anlagen, die Feststoffe auf die Deponie oder in die Verbrennung geben, Schlammaustrag zu Anlagen, die einen konzentrierten Strom an eine nachgeschaltete Behandlung weiterleiten können.
Was ist bei der Filtration in Direct Air Capture anders?
Bei DAC bestimmt die Rückgewinnung des Lösungsmittels die Kosten pro Tonne. DAC-Anlagen wälzen im Verhältnis zum gewonnenen CO₂ große Lösungsmittelmengen um, und statt Rauchgasstaub reichern sich im Kreislauf ausgefallene Salze, Abbauprodukte und feine Partikel in geringen Konzentrationen an. Der Filter muss verdünnte Ströme über lange Kampagnen mit minimalem Eingriff klären. DrM hat in den USA CONTIBAC® Filter für Direct Air Capture geliefert, die ausgefallene Feststoffe aus dem Lösungsmittelkreislauf entfernen.
CO₂-Abscheidung mit bewährter Feststoffkontrolle skalieren
Mehr als 80 DrM Filter sind in der Gasreinigung und CO₂-Abscheidung in Europa, dem Nahen Osten, Nordafrika, Asien und Nordamerika in Betrieb, von Pilotanlagen bis zu DAC im kommerziellen Maßstab. Mit dem Einzug der Abscheidung in Zement, Stahl und Abfallverbrennung werden Rauchgase staubiger und Lösungsmittel teurer, und die Feststoffkontrolle wird zur Entscheidung in der Planungsphase. Pilot- und Laboranlagen ermöglichen es, eine Trennung mit dem eigenen Lösungsmittel einer Anlage zu testen, bevor in den Vollmaßstab investiert wird.
Das Wichtigste in Kürze
- Rauchgas trägt Sauerstoff, NOx, SO₂ und Staub in den Absorber, daher baut das Abscheidelösungsmittel schneller ab als Lösungsmittel in der Gasaufbereitung.
- Rauchgas aus Zementöfen gehört wegen seiner hohen und schwankenden Staubbeladung zu den schwierigsten Einsatzgasen.
- Die Aufbereitung entfernt gelöste wärmestabile Salze. Die Filtration entfernt die suspendierten Feststoffe, die Schaumbildung, Verschmutzung und Korrosion verursachen.
- Der FUNDABAC® Kerzenfilter eignet sich für staubreiche Ströme: Anschwemmung und Body Feed, Trockenkuchenaustrag und Medienwechsel alle 1 bis 3 Jahre.
- Der CONTIBAC® Kerzenfilter eignet sich für kontinuierliche Kreisläufe und DAC: Rückspülung vor Ort und konzentrierter Schlammaustrag.
- Mehr als 80 DrM Filter sind in der Gasreinigung und CO₂-Abscheidung in fünf Regionen in Betrieb.
Häufig gestellte Fragen
Entfernt die Filtration wärmestabile Salze aus dem Lösungsmittel der CO₂-Abscheidung?
Nein. Wärmestabile Salze sind gelöst und werden durch Aufbereitung (Reclaiming) oder andere Reinigungsschritte des Lösungsmittels entfernt. Die Filtration entfernt suspendierte Feststoffe wie Rauchgasstaub, Korrosionsprodukte und Ausfällungen. Eine gute Feststoffkontrolle verringert die nötige Aufbereitungshäufigkeit, ersetzt die Aufbereitung aber nicht.
Eignet sich Kerzenfiltration für die CO₂-Abscheidung in Zementwerken?
Ja. Rauchgas aus Zementöfen enthält mehr Staub als das meiste Kraftwerksrauchgas, und die Beladung schwankt mit Rohmehl und Brennstoff, daher muss der Lösungsmittelfilter hohe, wechselnde Feststoffmengen verkraften. Kerzenfiltration mit Anschwemmung und Body Feed ist für diese Aufgabe ausgelegt, und der Trockenkuchenaustrag hält den abgeschiedenen Staub aus dem Lösungsmittelkreislauf heraus, ohne verbrauchte Patronen zu erzeugen.
Aus welchen Werkstoffen werden Kerzenfilter für die CO₂-Abscheidung gebaut?
Die Behälter sind in Kohlenstoffstahl, verschiedenen Edelstahlsorten, Titan, hochnickelhaltigen Legierungen und GFK erhältlich, mit Auskleidungen unter anderem aus Hartgummi, PVDF, PFA, ECTFE und Email. Als Filtermedien stehen PP, PVDF, PTFE, PPS, PEEK, PE, UHMWPE und SS 316L zur Verfügung, passend zu Lösungsmittel und Betriebstemperatur gewählt.
Kann ein Filter vor dem Kauf mit unserem eigenen Lösungsmittel getestet werden?
Ja. DrM bietet FUNDABAC® und CONTIBAC® Pilot- und Laboranlagen für Tests vor Ort oder extern unter realen Prozessbedingungen an, sodass die Leistung mit dem tatsächlichen Lösungsmittel einer Anlage bestätigt werden kann, bevor in den Vollmaßstab investiert wird.
