Forfatter: Kenneth Vindum
Medforfatter: Peter Blinksbjerg
Udgivelsesdato: 27. juni 2023
Mange anlæg verden over vil i den nærmeste fremtid implementere Carbon Capture (CC) for at reducere deres CO2-udledning. Det er afgørende for udlederne at implementere teknologien, for at opfylde de globale og nationale mål for reduktion af drivhusgasser inden for rammerne af den grønne omstilling og “Fit For 55”, EU’s plan for en grøn omstilling.
Figur 1. Prøve- og måleopstilling for et affaldsenergianlæg, der er eftermonteret med et Carbon Capture anlæg
Hos Olicem foreslår vi, at værkerne fortsætter med at følge best practice ved at måle røggassen, lige inden den forlader skorstenen. Det vil både give de mest troværdige resultater og være den billigste metode. Det betyder dog, at der skal foretages en supplerende tør O2 måling, og at målinger foretaget efter CC skal korrigeres for den opfangede CO2 inden de kan sammenlignes med emissionsgrænseværdier ved hjælp af en korrektionsfaktor. Tilgangen har flere fordele:
- De nuværende lovkrav kan stadig anvendes (vi behøver ikke at vente på, at EU udsteder reviderede emissionsgrænseværdier eller nye BREF-dokumenter).
- Koncentrationsbaserede emissionsgrænseværdier vil forblive uændrede, uanset om CC-anlægget kører eller ej.
- De lovgivningsmæssige krav til anlæggets drift vil forblive uændrede.
- Princippet om at måle som det sidste inden røggassen forlader skorstenen bibeholdes.
Den overordnede problemstilling
For enkelthedens skyld, er hovedkomponenterne i 100 m3 røggas illustreret i tabel 1 nedenfor. Eksemplet illustrerer også komponenterne i røggassen før et Carbon Capture anlæg.
Tabel 1. Illustration af hovedkomponenterne i 100 m3 røggas før CO2 absorberen (nuværende scenarie)
Oxygenkoncentrationen i tør røggas beregnes som:
Når de 100 m3 passerer gennem CO2 absorberen, vil ca. 90% CO2 være fjernet fra røggassen. Dette er illustreret i tabel 2 nedenfor, hvor 10 m3 CO2 er fjernet.
Tabel 2. Illustration af hovedkomponenterne i 90 m3 røggas efter CO2 absorberen
Oxygenkoncentrationen i tør røggas beregnes som:
Bemærk, at mængden af røggas reduceres fra 100 m3 før absorber til 90 m3 efter absorber. Forskellen på 10 m3 er mængden af opsamlet CO2.
NB. Prikken i øverste venstre hjørne af tabel 1 og 2 illustrerer de forurenende stoffer.
Udvikling af formlen til beregning af korrektionen
Beregningerne nedenfor er baseret på den tesen om, at emissionsmålinger skal udføres efter sidste røggasrensetrin, og emissionsgrænseværdien angivet i IED skal bestå.
Baseret på de illustrerede principper ovenfor er det indlysende, at beregningerne skal baseres på mængderne af N2 og O2, som passerer uændret gennem opsamlingsanlægget. Det skal bemærkes, at en yderligere O2-måling (tør røggas) er påkrævet, som den eneste ekstra måling.
De enkleste beregninger er baseret på tør røggas, dvs. at O2 og flow målt efter CO2 absorberen korrigeres med målt H2O:
(1)
Hvor:
QO2 er iltflowet gennem aborberen.
KO2 er iltkoncentrationen. Stjernen (*) angiver koncentrationen ved indløbet til absorberen.
Qfg er røggasflowet. Stjernen (*) angiver flowet ved indløbet til absorberen.
Bemærk at en bias i iltmålingerne kan være kritisk, da forskellen på de to målinger forventes at være på ca. 1 vol.%.
Som kontrol kan den opsamlede mængde CO2 beregnes og sammenlignes med den CO2 mængde, der forlader anlægget til lagring eller udnyttelse (dog med hensyntagen til tidsforskydninger osv.).
Grænseværdien for primærkomponenter skal vurderes ud fra måling af massestrøm efter CO2 opsamling og tage højde for ændringer i opsamlingsanlægget. Her eksemplificeret ved NOx
Først overføres massestrømmen efter opsamling til massestrømmen før opsamling, dvs:
(2)
Hvor:
KNOx er NOx-koncentrationen. Stjernen (*) angiver koncentrationen ved indløbet til opsamlingsanlægget.
Qfg er røggasflowet. Stjernen (*) angiver flowet ved indløbet til opsamlingsanlægget.
Ved at kombinere formel (1) og (2) kan koncentrationen af primærparameteren før CO2 absorberen beregnes i henhold til:
Den primære måling kan herefter konverteres til en referencetilstand som anvist i EN 14181 i kombination med ovennævnte formel.
Ovenstående formler er baseret på værdier for tørre røggasser. Formlerne er de samme for våde røggasser. Man skal dog være opmærksom på, at beregningen skal ske ved standardtilstand. Det betyder, at der er behov for en gyldig bestemmelse af vandindholdet. Fordelen ved fremgangsmåden er, at O2 som oftest allerede er målt på de fleste anlæg.
Usikkerhed
Der er udført et beregningseksempel baseret på en NOx koncentration på 165 mg/m3 og målte iltkoncentrationer på 7,3 vol.% (efter CO2 absorberen) og 6,6 vol.% (før CO2 absorberen). Eksemplet viser at en NOx måling som har en standardafvigelse på 10 mg/m3, estimeres til at stige til 11 mg/m3, hvis begge iltmålere har en usikkerhed på 0,2 vol.%.
Den samme estimerede usikkerhed for beregninger baseret på våde røggasser er 12 mg/m3.
Konklusion
Det er muligt at foretage en relativt simpel omregning af koncentrationer målt efter en CO2 absorber til røggasforholdene før absorberen. Disse kan herefter sammenlignes med de koncentrationsbaserede grænseværdier, der blev fastsat før indførelsen af absorberen. Metoden kan desuden udføres uden at øge usikkerheden på målingen væsentligt.
Opsummering
At placere AMS efter CC-anlægget og at tilføje en ekstra O2-måling før Carbon Capture ser ud til at være den bedste og billigste løsning, da den ekstra O2-måling antageligt allerede er tilgængelig, og hvis ikke er de oftest en relativ lille omkostning at introducere. Metoden gør det også muligt enten at beregne mængden af indfanget CO2, eller at bruge det indfangede CO2 flow til at krydstjekke, om O2-målingen virker pålidelig.
Hvilken retning anlæggene og/eller lovkravene går, er stadig for tidligt at sige. Sikkert er det dog, at anlæggene bliver nødt til at arbejde sig igennem problematikken i den nærmeste fremtid, hvis de planlægger at implementere Carbon Capture – og det tror vi, at de fleste gør.
Kontakt Kenneth Vindum, CEO for mere information: kvin@www.olicem.com eller besøg os på CEM 2023 i Barcelona, stand 54.
