Фильтрация растворителя при улавливании углерода: контроль загрязнений в контурах растворителя CCS и DAC

Растворитель установок улавливания углерода накапливает больше твёрдых частиц и деградирует быстрее, чем растворитель в подготовке природного газа, потому что дымовые газы вместе с CO₂ несут в абсорбер кислород, NOx, SO₂ и пыль. Контроль этих частиц с помощью закрытого свечного фильтра в контуре регенерированного (тощего) растворителя снижает частоту восстановления растворителя (reclaiming), нагрузку на ребойлер и затраты на подпитку растворителем.

Что загрязняет растворитель на установке улавливания углерода?

Растворитель загрязняется тем, что приносят дымовые газы, и тем, что образуется при его собственной деградации. Дымовые газы несут мелкие твёрдые частицы, например золу-унос угольных котлов, пыль цементных печей и унос из систем сероочистки, а также кислород, NOx и остаточный SO₂. Дымовые газы цементных печей относятся к самым сложным потокам для улавливания: их запылённость выше, чем у электростанций, и меняется в зависимости от сырьевой муки и топлива.

Кислород вызывает окислительную деградацию амина, а SO₂ и NOx образуют термостабильные соли. Деградация делает растворитель более коррозионным, а коррозия добавляет в контур мелкие частицы.

С этими загрязнениями справляются двумя способами. Термостабильные соли и большая часть продуктов деградации растворены и удаляются восстановлением растворителя. Фильтрация удаляет взвешенные твёрдые частицы: пыль, продукты коррозии и осадки. Поскольку взвешенные частицы стабилизируют пену, загрязняют теплообменники и насадку и способствуют коррозии, контуру с плохим контролем твёрдых частиц требуется более частое восстановление.

Как загрязнение растворителя влияет на эффективность улавливания и энергопотребление?

Загрязнение повышает энергопотребление, нарушает работу установки и увеличивает расход растворителя. По мере накопления продуктов деградации и термостабильных солей циклическая ёмкость снижается, и для сохранения степени улавливания установке приходится прокачивать больше растворителя или интенсивнее его регенерировать. Нагрузка на ребойлер растёт, а пар ребойлера является одной из крупнейших статей эксплуатационных затрат при аминовом улавливании. Взвешенные частицы усиливают пенообразование в абсорбере и десорбере и загрязняют теплообменник тощего и насыщенного растворителя, что снижает производительность или вызывает незапланированные остановы.

Каждая кампания восстановления и каждая замена фильтра также выводят растворитель из контура. Новые смеси растворителей, стойкие к деградации, стоят дороже обычного МЭА, поэтому способ выгрузки твёрдых частиц из фильтра так же важен, как и то, что он задерживает.

Какие фильтры применяются при аминовой очистке и улавливании углерода?

На установках улавливания в боковом потоке тощего растворителя используют три типа фильтров: картриджные фильтры, свечные фильтры с намывным слоем и выгрузкой сухого осадка, а также свечные фильтры с обратной промывкой и шламовой выгрузкой. Часто за ними следуют слой активированного угля и ступень тонкой доочистки.

Картриджные фильтры подходят для небольших установок и доочистки. В масштабе улавливания, при наличии пыли в дымовых газах, элементы быстро забиваются, каждая замена означает вскрытие аппарата с деградированным растворителем, а каждый отработанный элемент становится загрязнённым отходом.

Свечной фильтр FUNDABAC® предназначен для сильно запылённых потоков, таких как дымовые газы угольных котлов и цементных печей, а также для DAC. Твёрдые частицы образуют осадок на вертикальных фильтрующих свечах, и при заданном перепаде давления цикл обратной продувки газом выгружает осадок в сухом виде через нижний клапан. Намывной слой и дозирование вспомогательного вещества (body feed) справляются с высокой и переменной нагрузкой по твёрдым частицам, а запатентованная фильтрация остаточного объёма (heel volume filtration) сводит к минимуму растворитель, остающийся в аппарате.

Свечной фильтр CONTIBAC® предназначен для бесперебойной работы на крупных установках DAC и в непрерывных контурах улавливания после сжигания. Его элементы промываются на месте газом или фильтратом, а непрерывная выгрузка твёрдых частиц обеспечивает бесперебойную обработку растворителя даже во время циклов регенерации. Твёрдые частицы выводятся в виде концентрированного шлама, что сохраняет потери растворителя низкими.

Оба фильтра представляют собой полностью закрытые сосуды под давлением с управлением от ПЛК или РСУ и не вскрываются при нормальной работе, поэтому персонал не контактирует с деградированным растворителем и отработанными элементами. Та же конструкция хорошо зарекомендовала себя в подготовке природного газа, о чём рассказывается в нашей статье о фильтрации при аминовой очистке газа.

Выбор обычно зависит от площадки. Сухой осадок подходит установкам, которые отправляют твёрдые отходы на полигон или сжигание, а шламовая выгрузка подходит установкам, способным передать концентрированный поток на последующую обработку.

Чем отличается фильтрация при прямом улавливании из воздуха?

В DAC стоимость тонны определяется возвратом растворителя. Системы DAC прокачивают большие объёмы растворителя по отношению к извлекаемому CO₂, и вместо пыли дымовых газов в контуре накапливаются выпавшие соли, продукты деградации и мелкие частицы в низких концентрациях. Фильтр должен осветлять разбавленные потоки в течение длительных кампаний при минимальном вмешательстве. DrM поставила в США фильтры CONTIBAC® для прямого улавливания из воздуха, которые удаляют выпавшие твёрдые частицы из контура растворителя.

Масштабирование улавливания углерода с проверенным контролем твёрдых частиц

Более 80 фильтров DrM работают в очистке газа и улавливании углерода в Европе, на Ближнем Востоке, в Северной Африке, Азии и Северной Америке, от пилотных установок до DAC промышленного масштаба. По мере прихода улавливания в цементную и сталелитейную промышленность и на мусоросжигательные заводы дымовые газы становятся более запылёнными, а растворители дороже, и контроль твёрдых частиц становится решением стадии проектирования. Пилотные и лабораторные установки позволяют испытать разделение на собственном растворителе установки до инвестиций в полный масштаб.

Главное

• Дымовые газы несут в абсорбер кислород, NOx, SO₂ и пыль, поэтому растворитель улавливания деградирует быстрее, чем растворитель подготовки газа.
• Дымовые газы цементных печей относятся к самым сложным потокам из-за высокой и переменной запылённости.
• Восстановление растворителя удаляет растворённые термостабильные соли. Фильтрация удаляет взвешенные частицы, вызывающие пенообразование, загрязнение и коррозию.
• Свечной фильтр FUNDABAC® подходит для сильно запылённых потоков: намывной слой и body feed, выгрузка сухого осадка и замена материала каждые 1-3 года.
• Свечной фильтр CONTIBAC® подходит для непрерывных контуров и DAC: обратная промывка на месте и выгрузка концентрированного шлама.
• Более 80 фильтров DrM работают в очистке газа и улавливании углерода в пяти регионах.