Hiilidioksidin talteenottoprosessin absorption tehostaminen pintasekoitusta hyödyntämällä
Laitinen, Ville (2015)
2015
Konetekniikan koulutusohjelma
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2015-06-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201505201341
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201505201341
Tiivistelmä
Hiilidioksidin talteenottoprosesseja kehitetään kasvavien kasvihuonepäästöjen rajoittamiseksi. Tämä työ on osa CarbonReUse Finland Oy yrityksen tuotekehitysprojektia, jossa päämääränä on kehittää tehokas ja kustannuksiltaan edullinen hiilidioksidin talteenottojärjestelmä.
Tässä työssä tutkittiin edellä mainitun talteenottojärjestelmän fysikaalista vesiabsorptioprosessia, jossa hiilidioksidin absorptiota pyrittiin tehostamaan uudenlaisen pintasekoitusta hyödyntävän menetelmän avulla. Hiilidioksidin absorptiomäärä ja absorptionopeus ovat keskeisimmät tekijät talteenottoprosessin tehokkuuden määrittämisessä. Työn tarkoituksena oli tutkia pintasekoituksen vaikutuksia hiilidioksidin absorptiomäärään ja absorptionopeuteen.
Työn teoriaosuudessa käytiin läpi yleisiä hiilidioksidin talteenottotekniikoita sekä erilaisten polton jälkeisten hiilidioksidin talteenottomenetelmien ominaisuuksia. Lisäksi käsiteltiin hiilidioksidin fysikaalista absorptiota ja pintasekoituksen toimintaperiaatetta. Kokeellisen osion tutkimukset suoritettiin pintasekoittimella varustetulla panostoimisella sekoitusreaktorilla. Tutkimuksen aikana tehtiin viisi koeajoa, joiden tulosten avulla arvioitiin pintasekoituksen hyödyntämisen vaikutuksia ja tehokkuutta.
Tutkimuksen tulokset osoittivat pintasekoituksen nopeuttavan hiilidioksidin absorboitumista veteen merkittävästi. Pintasekoituksella saavutettiin n. 150 – 250 -kertainen absorptionopeus verrattuna ilman sekoitusta tapahtuneeseen absorptionopeuteen prosessiteollisuuden talteenottokohteessa vallitsevia olosuhteita jäljittelevässä koeajossa. Pintasekoituksella saavutettuja hiilidioksidin absorptionopeuksia verrattiin yleistä hiilidioksidin talteenottotekniikkaa hyödyntävään referenssivesiabsorptioprosessiin. Pintasekoituksella saavutetut hiilidioksidin absorptionopeudet olivat keskimäärin 20 – 30 % suurempia, kuin referenssiprosessissa. Tutkimuksessa selvitettiin myös pintasekoituksen vaikutusta liukenevan hiilidioksidin määrään vedessä. Koeajoissa mitatut veteen liuenneen hiilidioksidin määrät olivat 5 – 50 % alhaisempia, verrattuna teoreettisiin maksimiliukenemisen arvoihin.
Työn johtopäätöksenä oli, että pintasekoituksen käytöstä saavutetut hyödyt ovat jatkotutkimuksien arvoisia. Jatkotutkimuskohteeksi ehdotettiin pintasekoituksen tutkimista jatkuvassa hiilidioksidin talteenottoprosessissa.
Tässä työssä tutkittiin edellä mainitun talteenottojärjestelmän fysikaalista vesiabsorptioprosessia, jossa hiilidioksidin absorptiota pyrittiin tehostamaan uudenlaisen pintasekoitusta hyödyntävän menetelmän avulla. Hiilidioksidin absorptiomäärä ja absorptionopeus ovat keskeisimmät tekijät talteenottoprosessin tehokkuuden määrittämisessä. Työn tarkoituksena oli tutkia pintasekoituksen vaikutuksia hiilidioksidin absorptiomäärään ja absorptionopeuteen.
Työn teoriaosuudessa käytiin läpi yleisiä hiilidioksidin talteenottotekniikoita sekä erilaisten polton jälkeisten hiilidioksidin talteenottomenetelmien ominaisuuksia. Lisäksi käsiteltiin hiilidioksidin fysikaalista absorptiota ja pintasekoituksen toimintaperiaatetta. Kokeellisen osion tutkimukset suoritettiin pintasekoittimella varustetulla panostoimisella sekoitusreaktorilla. Tutkimuksen aikana tehtiin viisi koeajoa, joiden tulosten avulla arvioitiin pintasekoituksen hyödyntämisen vaikutuksia ja tehokkuutta.
Tutkimuksen tulokset osoittivat pintasekoituksen nopeuttavan hiilidioksidin absorboitumista veteen merkittävästi. Pintasekoituksella saavutettiin n. 150 – 250 -kertainen absorptionopeus verrattuna ilman sekoitusta tapahtuneeseen absorptionopeuteen prosessiteollisuuden talteenottokohteessa vallitsevia olosuhteita jäljittelevässä koeajossa. Pintasekoituksella saavutettuja hiilidioksidin absorptionopeuksia verrattiin yleistä hiilidioksidin talteenottotekniikkaa hyödyntävään referenssivesiabsorptioprosessiin. Pintasekoituksella saavutetut hiilidioksidin absorptionopeudet olivat keskimäärin 20 – 30 % suurempia, kuin referenssiprosessissa. Tutkimuksessa selvitettiin myös pintasekoituksen vaikutusta liukenevan hiilidioksidin määrään vedessä. Koeajoissa mitatut veteen liuenneen hiilidioksidin määrät olivat 5 – 50 % alhaisempia, verrattuna teoreettisiin maksimiliukenemisen arvoihin.
Työn johtopäätöksenä oli, että pintasekoituksen käytöstä saavutetut hyödyt ovat jatkotutkimuksien arvoisia. Jatkotutkimuskohteeksi ehdotettiin pintasekoituksen tutkimista jatkuvassa hiilidioksidin talteenottoprosessissa.