Biomassan kaasutuksessa muodostuvan synteesikaasun puhdistaminen fysikaalisella absorptiolla

Diplomityössä tutkittiin regeneratiivisen absorption soveltuvuutta biomassan kaasutuksessa muodostuvan synteesikaasun puhdistamiseen hapankaasuista. Hapankaasuina tässä työssä käsitetään hiilidioksidi (CO2), vetysutfidi (H2S) sekä karbonyylisulfidi (COS). Biosynteesikaasu sisältää pääkomponentteinaan vetyä (H2), hiilimonoksidia (CO) ja typpeä (N2), joista H2 ja CO ovat jatkojalostuksen kannalta tärkeimmät. Epäpuhtauksina kaasu sisältää hiilidioksidin, vetysulfidin ja karbonyylisulfidin lisäksi mm. vetysyanidia (HCN), vetykloridia (HCl), ammoniakkia (NH3), partikkeleja sekä terva-aineita. Biosynteesikaasu puhdistetaan suodattamalla sekä vesipesulla, jolloin pääosa partikkeleista, terva-aineista, HC1:sta sekä NH3:sta erottuu. Kaasupesurin jälkeen synteesikaasusta poistetaan hapankaasut sekä muut jäljelle jääneet epäpuhtaudet nestemäisellä absorptiolla. Puhdistetusta synteesikaasusta voidaan valmistaa mm. Fischer-Tropsch-nestepolttoaineita, metanolia, vetyä tai synteettistä maakaasua. Diplomityön kirjallisuusosassa tarkasteltiin biomassan kaasutusta, biosynteesikaasun koostumusta sekä kaasun käsittelyä (reformointi, vesikaasun siirtoreaktio, märkäpuhdistus) synteesikaasu-sovelluksiin. Työssä keskityttiin erityisesti kaasun puhdistamiseen hapankaasuista fysikaaliseen, kemialliseen tai fysikaalis-kemialliseen liuottimeen perustuvalla absorptiolla. Kirjallisuusosassa kartoitettiin lisäksi absorptioon perustuvia kaupallisia hapankaasujen poistoprosesseja. Diplomityön kokeellisessa osassa simuloitiin biosynteesikaasun hapankaasujen absorptiota metanoliin Flowbat-ohjelmalla. Prosessi koostui absorberin lisäksi liuottimen regenerointiyksiköstä, josta kierrätyskaasu ja regeneroitu metanoli palautettiin absorberiin. Simuloinnin tavoitteena oli tutkia absorptiopaineen ja -lämpötilan sekä metanolimäärän vaikutusta tuotekaasun puhtauteen sekä regenerointiolosuhteiden vaikutusta prosessissa kierrätettävän metanolin puhtauteen. Hapankaasujen sekä muiden epäpuhtauksien absorptiota metanoliin parantaa lämpötilan laskeminen sekä paineen nostaminen. Absorptio suoritettiin -40 °C:ssa ja 45 bar:ssa metanolin ja synteesikaasun syöttösuhteen (mol/s) ollessa 1,5. Metanolin regenerointi perustui yksivaiheiseen paineenalennukseen (10 bar) sekä tislaukseen (1,5 bar). Tuotekaasu sisälsi tällöin pääasiallisina epäpuhtauksina 2,9 mol- % CO2:a ja 0,2 ppm H2S:a. Prosessin H2- ja CO-häviöt hapankaasuvirran mukana olivat 0,07 % ja 0,62 % synteesikaasusyötöstä. Metanolihäviö (0,29 %) korvattiin tuoremetanolilla. Synteesikaasun sisältämä vesi sekä HCN kertyvät metanoliin. HCN tulee poistaa synteesikaasusta ennen absorptiota hydrolysoimalla se NH3:ksi ja CO:ksi. Vesi tulee poistaa metanolista erillisellä tislaimella tai adsorptiolla