CO2-Abscheidung aus Kraftwerksrauchgasen mit wässriger MEA-Lösung - Waschmitteldegradation und Aufbereitungsverfahren

Abstract

In der Arbeit wird die Aminwäsche zur Abscheidung von CO2 aus Rauchgasen eines Steinkohlekraftwerks untersucht. Das Verfahren stellt eine vielversprechende Möglichkeit zur Reduktion der CO2-Emissionen im Kraftwerksbereich dar. Als Waschmittel wird dafür eine 30 Gew. %-ige wässrige MEA-Lösung eingesetzt. Die Ergebnisse aus drei MEA-Versuchskampagnen an der CO2-Testanlage Heilbronn in den Jahren 2011, 2013 und 2014 zeigen, dass bereits nach relativ kurzen Betriebszeiten erhöhte Gehalte an Degradationsprodukten und Metallen im Waschmittel vorliegen. Mit typischen Sauerstoffkonzentrationen zwischen 5 und 6 Vol. % (tr.) in den Kraftwerksrauchgasen dominiert die oxidative Degradation der wässrigen MEA-Lösung. Um einen langfristigen, stabilen und wirtschaftlichen Betrieb einer CO2-Abscheideanlage zu gewährleisten, sind Maßnahmen zur Minderung unerwünschter Degradationsprodukte im Waschmittel erforderlich. Neben der detaillierten Analyse der MEA-Degradation unter realen Betriebsbedingungen ist es Ziel der Arbeit, eine experimentelle Untersuchung geeigneter Waschmittelaufbereitungsverfahren durchzuführen. Dazu werden die konventionelle und bipolare Elektro-Dialyse sowie die Umkehrosmose und Nanofiltration herangezogen. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden Empfehlungen zur Waschmittelaufbereitung und Minderung von primären Oxidationsprodukten gegeben.

The work investigates the amine scrubbing process for CO2 capture from flue gases of a coal-fired power plant using 30 wt. % MEA as solvent. This capture process provides a promising way to reduce CO2-emissions in the power plant sector. The results of three MEA pilot plant campaigns at the post-combustion capture plant Heilbronn in the years 2011, 2013 and 2014 show that after relatively short operating times several issues occur: high amounts of degradation products and heavy metals can be found in the solvent. The oxidative solvent degradation dominates due to typical oxygen concentrations of 5 to 6 Vol. % (dry) in the flue gas. In order to maintain the solvent quality on a high level for a long-term, stable and economic capture plant operation solvent regeneration techniques are essential. The objective of this thesis is to analyse the degradation of MEA under real operating conditions and to investigate suitable solvent regeneration techniques. For this purpose, conventional and bipolar electro-dialysis, reserve osmosis and nanofiltration will be investigated. Based on the findings recommendations for solvent regeneration and the reduction of primary oxidative degradation products are given.