Amiinien ympäristövaikutukset

Transkriptio

1 CO 2 :n talteenotto savukaasuista Amiinien ympäristövaikutukset Hanna Knuutila SINTEF hanna.knuutila@sintef.no CCS-seminaari, Hanasaari, Espoo 1

2 SISÄLLYS SINTEF CO 2 :N TALTEENOTTO SAVUKAASUISTA KEMIKAALIN YMPÄRISTÖVAIKUTUKSET YHTEENVETO 2

3 SINTEF SINTEF on Pohjois-Euroopan suurin yksityinen tutkimusorganisaatio (noin 2000 työntekijää) Tiivis yhteistyö yliopiston kanssa (NTNU, UiO) 3

4 SINTEF Process technology: Kemiallisen absorption tutkimus Kemikaalien kehitys ja karakterisointi Molekyylitason mallinnuksesta laboratoriomittauksiin Kemikaalien ja prosessien testaaminen pilot-laitteistoilla Termodynaamisten mallien kehitys Prosessimallinnus ja simulointi Nano scale: Material science/chemistry Lab. scale: Experimental studies and numerical modeling Pilot/lab-pilot scale Full scale C C 70 C 95 C 120 C p CO2 /kpa CO2 loading / (mol CO2/mol AEEA) Liquid structure Equilibrium data and model Lab Pilot Plant 4

5 SINTEF JA NTNU: CCS AKTIVITEETIT Keywords BIG. CO2 CLC H2 CCS FME ECCSEL European CCS Labs SOLVit ACC Other projects Various industrial partners EU FP6&FP7 90M 82M 40M 50M SOLVit BIGCCS BIGCO2 Largest R&D provider within CCS in FP6 and FP7 ECCSEL EU, FP6&7 24M CO2 Field lab 5

6 SINTEF CO 2 TUTKIMUS CO 2 :N TALTEENOTTO SAVU- KAASUISTA KEMIKAALIN YMPÄRISTÖ- VAIKUTUKSET YHTEENVETO Pilot plant in Trondheim 6

7 CO 2 :N TALTEENOTTO SAVUKAASUISTA KOMPRES- SOINTI VARAS- TOINTI VOIMA- LAITOS 7

8 KEMIKAALIT Amiinit Käytössä teollisuudessa CO 2 :n and H 2 S:n puhdistus maakaasusta ja prosessikaasuista Esim. MEA, DEA, MDEA, DIPA, DGA The Cansolv amine process (Nykyään Shell Global solution), The Praxair Amine process, Fluor Econamine FC Plus, Mitsubishi KS-1 process Aminohappo Siemens post-combustion carbon capture technology Ammoniakki Alstom Chilled ammonia process (Kaliumkarbonaatti) The SARGAS concept 8

9 KEMIKAALIN VALINTA KEMIKAALIN OMINAISUUKSIEN VAIKUTUS CO 2 -TALTEENOTTOPROSESSIIN KEMIALLINEN TASAPAINO SYKLINEN KAPASITEETTI REAKTIO- NOPEUS KORROOSIO HINTA HÖYRYN- PAINE KEMIALLINEN STABIILISUUS MYRKYLLI- SYYS ENERGIAKULUTUS LAITOSKOKO JA MATERIAALIT KEMIKAALI- KUSTANNUKSET KEMIKAALIPÄÄSTÖJEN YMPÄRISTÖ- VAIKUTUKSET 9

10 CO 2 TALTEENOTON YMPÄRISTÖ- VAIKUTUKSET SUORA VAIKUTUS CO 2 PÄÄSTÖT PIENENEVÄT EPÄSUORA VAIKUTUS VOIMALAITOKSEN HYÖTYSUHDE PIENENEE POLTTOAINEEN KULUTUS KASVAA AMIINIEN TUOTANTO KASVAA JÄTEMÄÄRÄT KASVAVAT (excess water, bottom product of reclaimer, amine filters wastes) RAKENNUSTEN JA LAITTEISTOJEN TUOTANTO NO x JA SO 2 PÄÄSTÖT PIENEVÄT KALKKIKIVEN KULUTUS KASVAA (SO 2 :n TALTEENOTTO) KEMIKAALIPÄÄSTÖT LISÄÄVÄT AMIINIEN TARVETTA YMPÄRISTÖVAIKUTUKSET IEA Greenhouse Gas R&D Programme (IEA GHG), Environmental impact of solvent scrubbing of CO 2, 2006/14, October

11 SINTEF CO2:N TALTEENOTTO SAVU- KAASUISTA KEMIKAALIN YMPÄRISTÖ- VAIKUTUKSET YHTEENVETO Oxidative degradation apparatus Calanus finnmarchicus 11

12 KEMIKAALIN HÄVIKKI PROSESSISSA LOSS OF SOLVENT TO AIR EXCESS WATER TO THE WATER TREATMENT CLEANED FLUE GAS WATER WASH LEAN AMINE COOLER CO 2 CONDENSER FILTER ABSORBER HEAT STABLE SALTS DECRADATION HEAT EXHANGER PRODUCTS STRIPPER FEED GAS REBOILER FLUE GAS PRETREATMENT RECLAIMER 12

13 AMIINIEN STABIILISUUS Amiinin stabiilisuus prosessissa riippuu Amiinista Prosessiolosuhteista (esim. lämpötila, CO 2 -jao 2 -määrät) Amiinin hajoaminen toisiksi amiineiksi ja yhdisteiksi Helposti haihtuvat yhdisteet (esim. ammoniakki) Heikosti haihtuvat yhdisteet (höyrynpaine pienempi kuin MEA:lla) Haihtumattomat yhdisteet (esim. stabiilit suolat) Mitä voidaan tehdä Yrittää valita kemikaaleja,jotka ovat stabiileja prosessiolosuhteissa Savukaasun vesipesu/happopesu/ vesipesu yhdistettynä veden biologisesti käsittelyyn Jätteiden turvallinen käsittely ja loppusijoitus 13

14 AMIININ STABIILISUUS H. Lepaumiera,b, D. Picqa, P.L. Carretteb: Degradation Study of new solvents for CO2 capture in post-combustion. Energy Procedia No.1 (2009)

15 AMIININ HÄVIKKI ABSORPTIOTORNISTA Kemikaalipäästöt absorptiotornista savukaasun mukana Haihtumalla Riippuu kemikaalin höyrynpaineesta Pisaroina Mahdollisuudet vaikuttaa hävikkiin ja päästöihin Savukaasun vesipesu/pesu hapoilla/vesipesu biologisella puhdistuksella ennen savukaasun johtamista savupiippuun Alhainen lämpötila vesipesussa Mahdollisuus pienentää aminipäästöt alle ppm puhdistetussa kaasussa 15

16 AMIINIPÄÄSTÖT ILMAKEHÄÄN (KIRJALLISUUDESSA) Process/study/press release Absorber emission Ref Fluor Econamine FG Plus MEA: 1 ppmv 1 Fluor Econamine FG Plus sm natural gas fired combined cycle MEA: 0.2 ppmv NH 3 : 23 ppmv 1 Mitsubishi Heavy Industries- Natural gas fired combined cycle Mitsubishi Heavy Industries- coal fired power plant MEA+NH 3 : 2.15 ppmv MEA+NH 3 : 3.44 ppmv 1 1 Norwegian Institute of Air Research (NILU) 4 ppm 2 Aker Clean carbon 1/5 of NILU / 0 ppm 3 1. IEA Greenhouse Gas R&D Programme (IEA GHG), Environmental impact of solvent scrubbing of CO 2, 2006/14, October Karl, M., Brooks, S., Wright, R., Knudsen, S. Amines Worst Case Stidies: Worst Case Studies on Amine Emission from CO2 capture plants (Task 6). (ISBN ) 3. Aker Clean Carbon. Utvikler utslippsfri karbonfangstmetode. Press release

17 YMPÄRISTÖVAIKUTUKSET MERELLÄ North Atlantic offshore classification of chemicals Category Black Red Yellow Green Criteria Ecotoxicity tests Priority list (Stortingsmelding Nr. 25) OSPAR List of Chemicals for Priority Action Both low biodegradability and high bioaccumulation (BOD28 < 20 %, and Log P OW 5) Low biodegradability and toxic (BOD28 < 20 %, and EC50 or LC50 10 mg/l) Compounds expected to be carcinogenic/mutagenic or harmful to reproduction Inorganic chemicals with high toxicity (EC50 or LC50 1 mg/l) Organic chemicals with low biodegradability (BOD28 < 20 %) Organic chemicals or mixtures which meet 2 of the 3 following criteria: Biodegradability < 60 %, bioaccumulation potential (Log P OW 5), or toxicity of EC50 or LC50 10 mg/l Include compounds which based on their characteristics are not defined as RED or BLACK, and NOT included in the PLONOR list Chemicals expected to have NO environmental effects PLONOR list Actions Not discharged Phased out or replaced Accepted Testing not required 17

18 YMPÄRISTÖYSTÄVÄLLISYYS Iso joukko kemikaaleja on jo testattu käyttäen standardimenetelmiä: Marine biodegradation test (OECD 306) Marine phytoplankton test with Skeletonema Costatum (ISO/DIS ) Tuloksia voidaan myös käyttää mallien kehittämiseen Kemikaalin rakenteen, myrkyllisyyden ja kemiallisen stabiiliuden välinen yhteys Quantitative structure-activity relationship (QSAR) Muita mahdollisia testejä: Bioaccumulation studies (OECD 117) Response studies with the copepod Calanus finmarchicus 18

19 MARINE ECOTOXICITY ASSESSMENT OF SOLVENTS Ecotoxicity Biodegradability Alanine 1-Amino-2-propanol 2-Amino-2-ethyl-13-propanediol 2-Amino-2-methyl-13-propanediol 2-Amino-2-methylpropanol(AMP) 3-(2-Aminoetyl)aminopropylamine 3-Amino-1-cyclohexylaminopropan 3-Amino-1-methylaminopropane 3-Aminopropanol 4-Amino-1-butanol Diethanolamine(DEA) Diethylaminoethanol Diethylenetriamine Diglycolamine(DGA) Diisopropanolamine Dimethylamin Dimethylaminopropylamin Dimethylpropanolamin Ethanolamine(MEA) 2-Ethylaminoethanol Ethylenediamine Glycine 2-Methylaminoethanol Morpholine N-(2-hydroxyethyl)-ethylenediamine NN'-bis(2-hydroxyethyl)ethylenediamine NN-dimethylethanolamine Neopentandiamine N-methyldiethanolamine(MDEA) N-tertbutylethanolamine Piperazine 1-(2-Hydroxyethyl)-Piperazine Piperidine 1.3-Propanediamine Pyrrolidine Sarcosine Spermidine Spermine Tetrahydrothiophenedioxide Tetra-N-methyl-propanediyldiamine Triethylamine EC-50 (mg/l) Source: Ingvild Eide-Haugmo, Chemical Engineering, NTNU, June 2009 Alanine 1-Amino-2-propanol 2-Amino-2-ethyl-13-propanediol 2-Amino-2-methyl-13-propanediol 2-Amino-2-methylpropanol(AMP) 3-(2-Aminoetyl)aminopropylamine 3-Amino-1-cyclohexylaminopropan 3-Amino-1-methylaminopropane 3-Aminopropanol 4-Amino-1-butanol Diethanolamine(DEA) Diethylaminoethanol Diethylenetriamine Diglycolamine(DGA) Diisopropanolamine Dimethylamin Dimethylaminopropylamin Dimethylpropanolamin Ethanolamine(MEA) 2-Ethylaminoethanol Ethylenediamine Glycine 2-Methylaminoethanol Morpholine N-(2-hydroxyethyl)-ethylenediamine NN'-bis(2-hydroxyethyl)ethylenediamine NN-dimethylethanolamine Neopentandiamine N-methyldiethanolamine(MDEA) N-tertbutylethanolamine Piperazine 1-(2-Hydroxyethyl)-Piperazine Piperidine 1.3-Propanediamine Pyrrolidine Sarcosine Spermidine Spermine Tetrahydrothiophenedioxide Tetra-N-methyl-propanediyldiamine Triethanolam Triethylam BOD (% of ThOD) 19

20 YHTEENVETO Ympäristöystävällisiä kemikaaleja on tarjolla. Amiinipäästöt absorptiotornista ilmaan voidaan pienentää nykytekniikalla ppm:ään. Helposti haihtuvat yhdisteet voidaan puhdistaa savukaasusta vesija/tai happopesulla. Amiinien hajoamista muiksi kemikaaleiksi ja menetelmiä (esim. prosessimuutokset) muuntumisen hallitsemiseksi tutkitaan jatkuvasti. Syntyvä kiinteä jäte on käsiteltävä ja loppusijoitettava ympäristölle turvallisella tavalla. 20

21 KIITOS HANNA KNUUTILA 21