Những công nghệ CCS mới, tiên tiến năm 2024 (Kỳ 2)
* Hấp thụ hóa chất - Khí thải và tổng hợp (CHEMICAL ABSORPTION– FLUE GAS AND SYNGAS)
Hấp thụ trong hóa học là hiện tượng vật lý hay sinh học mà ở đó các phân tử, nguyên tử hay các ions bị hút khuếch tán và đi qua mặt phân cách vào trong toàn bộ chất lỏng hoặc rắn. Hiện Công ty Air Liquide có nhiều kinh nghiệm đáng kể trong việc thiết kế các công nghệ dựa trên dung môi hóa học được tối ưu hóa để thu giữ CO₂ và/hoặc các chất gây ô nhiễm khác từ khí tổng hợp hoặc khí thải. Thông qua quan hệ đối tác lâu dài với các nhà cung cấp dung môi quan trọng, Công ty Air Liquide đã thiết kế và lắp đặt hơn 85 thiết bị trên toàn thế giới và được hưởng lợi từ kinh nghiệm vận hành lâu dài về các thiết bị amine. Được coi là giải pháp hiện đại để thu giữ CO₂, công nghệ amine có thể loại bỏ CO₂ một cách hiệu quả từ nhiều loại khí khác nhau.
Lợi ích: Công nghệ này được tham khảo đầy đủ ở tất cả các quy mô áp dụng và các ứng dụng khác nhau. Quá trình sử dụng dung môi rẻ tiền, sẵn có và ổn định về mặt hóa học. Công nghệ này còn đem lại chi phí vận hành thấp và độ tin cậy cao. Cấu hình quá trình có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa Capex và Opex.
Mô tả công nghệ
Công nghệ rửa/xử lý khí tổng hợp amine (Syngas amine wash): Hiện công nghệ rửa khí tổng hợp amine (syngas amine wash) của Công ty Air Liquides cung cấp các quá trình tiết kiệm năng lượng cao như BASF OASE® trắng của hãng BASH. Cấu hình quá trình được điều chỉnh theo yêu cầu về khí đã xử lý và thông số kỹ thuật của sản phẩm CO₂ cũng như Capex và Opex được tối ưu hóa. Quá trình này có thể được tích hợp nhiệt với việc tạo khí ở thượng nguồn để có thể đạt được các thông số kỹ thuật về CO₂ trong khí đã xử lý dưới 20 ppm, khiến quá trình này trở nên lý tưởng để loại bỏ CO₂ trước bất kỳ quá trình hộp lạnh hoặc ammonia nào. Tỷ lệ thu giữ CO₂ từ khí tổng hợp là trên 99% có thể đạt được để tạo ra sản phẩm hydrogen đã loại bỏ carbon với các đặc điểm: Độ khả dụng 99,7%; CO₂ ở mức lên tới 2,3 bara, và độ tinh khiết lên tới 99,9%.
Công nghệ rửa/xử lý khí thải amine: Công nghệ rửa/xử lý khí thải amine (flue gas amine wash) là một giải pháp tiết kiệm năng lượng sử dụng dung môi có độ ổn định cao, ít cần bảo trì dựa trên các amine thế hệ thứ hai độc quyền như OASE® xanh blue của hãng BASF và có thể đạt được tỷ lệ thu hồi CO₂ lên tới 99% bất kể hàm lượng CO₂ của thức ăn và có thể đạt được thông số kỹ thuật sản phẩm CO₂ lên tới trên 99,9% cũng như có thể xử lý tới 1.500.000 Nm³/h khí thải hoặc 5.000 tấn CO₂ mỗi ngày trong một đợt duy nhất. Hiện các thành phần vết như hạt và SOx được xử lý trong quá trình tiền xử lý thượng nguồn với công suất nhiệt yêu cầu có thể được cung cấp bởi hơi nước áp suất thấp (LP Steam) hoặc dầu truyền nhiệt với việc tích hợp nhiệt với các thiết bị đầu nguồn cũng là một lựa chọn.
Đặc điểm của công nghệ này: Đã kiểm tra tới 16% O₂ trong khí thải; độ sẵn có 99,7%; độ tinh khiết CO₂ lên tới 99,9% và lượng O₂ thấp, ở mức áp suất lên tới 2,5 bara không cần nén các hạt và SOx được xử lý ở thượng nguồn quá trình rửa/xử lý amine.
Ứng dụng chính: Khí thải hoặc khí thải từ các nguồn công nghiệp có hàm lượng CO₂ từ 3% đến 25%: Lò phản ứng modules nhỏ là một loại lò phản ứng phân hạch hạt nhân nhỏ, được thiết kế để xây dựng trong nhà máy, vận chuyển đến địa điểm vận hành để lắp đặt và sau đó được sử dụng để cấp điện cho các tòa nhà hoặc các hoạt động thương mại khác (SMR, xi-măng/vôi, lò cao thép, nhà máy lọc dầu (Fluid Catalytic Cracking-FCC) với quá trình chuyển đổi được sử dụng trong các nhà máy lọc dầu để chuyển đổi các phân đoạn hydrocarbon, nhà máy điện sinh khối, bột giấy và giấy(.
* Công nghệ CRYOCAPTM (H2, FG, Oxygen và sắt thép)
Công ty Air Liquide đã phát triển Cryocap™ là một công nghệ được cấp bằng sáng chế sử dụng quá trình đông lạnh để thu giữ CO₂. Được coi là sự kết hợp của nhiều công nghệ độc quyền khác nhau của Air Liquide, Cryocap™ có thể được điều chỉnh cho phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau và có khả năng không chỉ giảm thiểu lượng khí thải CO₂ tới 99% mà còn thu hồi các phân tử có giá trị khác như H2, CO và CH4 từ cấp khí. Cho đến nay, Cryocap™ là công nghệ thu hồi carbon đông lạnh quy mô đầy đủ duy nhất đang hoạt động với tiêu chuẩn công nghiệp (Cơ sở Port Jerome, CH Pháp) trên thị trường CCS trên toàn thế giới. Trong hơn 8 năm qua, cơ sở Port Jerome đã chứng minh các thông số hoạt động và hiệu suất ổn định, không bị gián đoạn trong quá trình sản xuất H2 và lượng CO₂ sẵn có trên 99%+.
Lợi ích: (i) Giảm thiểu lượng khí thải carbon tổng thể: Thu hồi CO₂ cao (từ 92% - 99%+). Hiệu suất quá trình nội tại cao: Gạch công nghệ hiệu quả nhất và vận hành gần điểm ba. (ii) An toàn và không độc hại: Không hình thành sản phẩm phụ, không dung môi, không độc hại hoặc khí dễ cháy được sử dụng. (iii) Phù hợp với các thông số kỹ thuật cuối cùng và độ tinh khiết sản phẩm CO₂ cao: Đáp ứng các thông số kỹ thuật CO₂ nghiêm ngặt (trên 99,9%v). (iv) Ưu tiên sự phối hợp và không gian được tối ưu hóa: Thu hồi và hóa lỏng một bước, thiết kế nhỏ gọn và cấu hình linh hoạt. (v) Cải thiện năng suất: Đối với một số ứng dụng (H2 và sắt thép), sản lượng H2 có thể tăng lên tới 20%. (v) Thân thiện với sức khỏe – an toàn – môi trường (Health – Safety – Environment – HSE). (vi) Thanh trượt: Trang thiết bị chính là loại kết cấu khung kim loại có khả năng đỡ các thiết bị có trọng lượng lớn, tạo điều kiện cho việc di chuyển hoặc vận chuyển hàng hóa dễ dàng, được bàn giao để cắt giảm chi phí lắp đặt.
Mô tả công nghệ
CRYOCAP™ H2: Cryocap™ H₂ sử dụng quá trình tinh chế đông lạnh để tách CO₂ khỏi khí thải của hệ thống hấp phụ xoay áp suất (Pressure Swing Adsorption-PSA), thường chứa từ 40%-70+%v CO₂. Khí thải PSA được nén, sấy khô và chuyển đến thiết bị đông lạnh, nơi CO₂ được tách khỏi các thành phần khác bằng cách kết hợp ngưng tụ và chưng cất một phần. Dòng CO₂ lỏng tinh khiết được tạo ra từ quá trình làm lạnh. Khí không ngưng tụ được tái chế thông qua hệ thống màng để thu hồi H₂ và CO₂. Khí dư, bao gồm CO và CH4, được tái chế đến nhà máy sản xuất H₂ làm nguyên liệu hoặc khí nhiên liệu. Sản phẩm CO₂ được tái hóa hơi để sau đó được nén đến áp suất cuối cùng (sản phẩm khí hoặc siêu tới hạn) hoặc được chiết xuất trong trạng thái lỏng. Đặc điểm: Opex + Capex: Thu được từ 30€/tCO₂ -50 €/tCO₂, tránh được việc giảm chi phí CO₂: lên tới 40% so với MDEA và sản lượng hydrogen tăng thêm từ 12%-20%.
CRYOCAP™FG: Cryocap™FG là một quá trình phân tách dựa trên sự kết hợp giữa hấp phụ và tách đông lạnh. Khí thải đầu tiên được nén, sấy khô và gửi đến PSA (hấp phụ xoay áp suất). PSA cô đặc trước CO₂ trong khí thải, sau đó được nén và đưa đến quá trình làm lạnh. Ở đó, CO₂ được tách khỏi các thành phần khí thải PSA khác và được tinh chế bằng sự kết hợp giữa ngưng tụ và chưng cất một phần. Một phần tạp chất được loại bỏ trong quá trình đông lạnh được tái chế đến đầu vào của nhà máy. Sản phẩm CO₂ được nén đến áp suất cuối cùng (sản phẩm khí hoặc siêu tới hạn) hoặc được ngưng tụ lại và chiết ở trạng thái lỏng. Nitrogen điều áp từ PSA được mở rộng để thu hồi năng lượng. Đặc điểm: Thu được từ 40€/tCO₂ - 80 €/tCO₂, ngưng tụ CO₂ được hỗ trợ bởi PSA và quản lý tạp chất thông minh (bao gồm loại bỏ NOx).
CRYOCAP™OXYGEN: Cryocap™Oxygen sử dụng khí thải đốt nhiên liệu oxygen làm nguyên liệu. Khí thải thoát ra từ nhà máy sản xuất xi-măng, vôi hoặc nhà máy điện trước tiên được xử lý trong thiết bị tiền xử lý nhằm mục đích làm mát khí và loại bỏ SOx, HF, HCl, một phần NOx và bụi. Sau đó, khí được nén và sấy khô trước khi đưa vào thiết bị lọc đông lạnh. Ở khu vực đông lạnh, CO₂ được thu hồi và tinh chế bằng cách kết hợp giữa ngưng tụ và chưng cất một phần, với cả thành phần nhẹ và nặng (O₂, Ar, CO, N₂, NO2 còn lại) được loại bỏ khỏi CO₂ xuống mức ppmv hoặc dưới ppmv. CO₂ tinh khiết có thể được tạo ra ở dạng khí và sau đó được nén đến áp suất cuối cùng hoặc được sản xuất trực tiếp dưới dạng lỏng. Đặc điểm: Thu được từ 30€/tCO₂ - 50 €/tCO₂, khí thải được làm giàu trên 50% CO₂ và quản lý tạp chất thông minh (bao gồm loại bỏ NOx).
CRYOCAP™STEEL: Cryocap™Steel được thiết kế để thu giữ CO₂ đặc biệt từ các nhà máy sản xuất sắt thép có khí thải chứa CO₂ trong phạm vi từ 20%-50%. Khí đầu tiên được nén, sấy khô và chuyển đến PSA (hấp phụ xoay áp suất). PSA cô đặc trước CO₂ trong khí thải, đồng thời tạo ra dòng giàu CO. Dòng CO₂ cô đặc trước được nén và đưa đến quá trình đông lạnh. Ở đó, CO₂ được thu hồi và tinh chế bằng cách kết hợp ngưng tụ và chưng cất một phần, với cả thành phần nhẹ và nặng (NO2, O₂, Ar, CO, N₂) được loại bỏ khỏi CO₂ xuống mức ppmv hoặc dưới ppmv.
CO₂ tinh khiết có thể được tạo ra ở dạng khí và sau đó được nén đến áp suất cuối cùng hoặc được sản xuất trực tiếp dưới dạng lỏng. Dòng giàu CO được điều áp từ thiết bị PSA được tái chế vào lò cao hoặc được sử dụng để sản xuất nhiên liệu. Đặc điểm: Diện tích nhỏ gọn và linh hoạt: Máy nén, PSA và thùng giữ nhiệt bảo ôn có thể được đặt ở 03 điểm vị trí khác nhau và thu được từ 25€/tCO₂-60 €/tCO₂.
CRYOCAP™ LQ (thiết bị dùng để hóa lỏng khí CO₂ cực đại bằng cách làm mát và nén (CRYOCAP™ LQ EXTRA LARGE CO₂ LIQUEFIER)
Air Liquide đã phát triển Cryocap™LQ, được thiết kế đặc biệt để hóa lỏng lượng lớn CO₂. Giải pháp này cho phép tổng hợp CO₂ từ nhiều nguồn phát thải khác nhau bằng cách sử dụng các loại công nghệ thu giữ carbon khác nhau. Ngoài khả năng hóa lỏng CO₂, Cryocap™LQ còn cho phép loại bỏ độ ẩm và các hợp chất khác (chẳng hạn như O₂) để đáp ứng các thông số kỹ thuật về bồn chứa CO₂. Công nghệ này có thể giảm 40% mức tiêu thụ năng lượng cụ thể trong suốt quá trình so với các quá trình hóa lỏng CO₂ công nghiệp truyền thống, đồng thời đảm bảo thu hồi CO₂ rất cao. Công nghệ này đặc biệt phù hợp với các trung tâm và lưu vực công nghiệp CO₂, nơi CO₂ cần được vận chuyển bằng tàu, xe tải hoặc tàu hỏa. Cryocap™LQ là giải pháp không chứa hóa chất, thân thiện với HSE. Vì một máy nén duy nhất được sử dụng cho cả cấp liệu và chu trình nên đây cũng là một giải pháp rất nhỏ gọn và tiết kiệm chi phí.
Lợi ích: Công suất lớn; thân thiện với HSE; thiết kế nhỏ gọn và linh hoạt; khả năng thu hồi cao và tiêu hao năng lượng riêng thấp hơn; máy nén ly tâm đơn (1 máy nén CO₂ và chu trình làm lạnh).
Các dự án trọng điểm: Năm 2022/2023: FEED và tiền FEED công nghiệp cho 7.000 tpd (Capture Rate Range) ở Vương quốc Bỉ (Antwerp@C); năm 2023/2024: FEED và tiền FEED công nghiệp cho 3.700 tpd ở CH Pháp (Dartagnan); năm 2024: FEED công nghiệp cho 3.500 tpd ở Vương quốc Thụy Điển (Stockholm Exergi).
Mô tả công nghệ: (i) CRYOCAP™ LQ: Quá trình Cryocap™ LQ được đề xuất như một giải pháp công nghiệp để nén, hóa lỏng và tinh chế dòng CO₂ thô từ các thiết bị thượng nguồn. Khí cấp CO₂ được nén trong máy nén cấp/tái chế, được làm khô ở áp suất trung gian rồi được nén lại. Khí nén được làm nguội, sau đó được chuyển sang quá trình làm lạnh. Trong quá trình làm lạnh, CO₂ khô, áp suất cao được làm lạnh xuống và tách thành nhiều dòng khác nhau.
Một trong những dòng này được tinh chế bằng cách chưng cất trong cột chỉnh lưu (Stripping Column) đều là những thành phần thiết yếu được sử dụng để tách hỗn hợp dựa trên sự khác biệt về độ bay hơi để tạo ra sản phẩm CO₂ lỏng, được chuyển đến giới hạn pin của thiết bị. Các dòng còn lại được mở rộng đến các mức độ khác nhau và hóa hơi trong bộ trao đổi nhiệt chính, cung cấp tải lạnh cần thiết cho quá trình hóa lỏng CO₂. Sau khi hóa hơi, các dòng này được tái chế ở nhiệt độ môi trường xung quanh tới máy nén nạp/tái chế. Cấu hình này cho phép xử lý việc nén khí cấp và làm lạnh bằng một máy nén duy nhất (được gọi là chu trình tự làm lạnh). Những đặc điểm chính, gồm: OpEx rất thấp; thân thiện với HSE; từ sản phẩm CO₂ áp suất thấp đến áp suất cao; hóa lỏng CO₂ ở nhiệt độ môi trường và hóa lỏng thu hồi từ 5€/tCO₂-25 €/tCO₂.
* Physical Absorption (Hấp thụ vật lý là một hiện tượng thuận nghịch khi nhiệt độ tăng hay giảm nếu những thay đổi nhỏ về nhiệt độ và áp suất có thể làm thay đổi tốc độ hấp thụ ) – Rectisol™ and Recticap™ (quá trình xử lý khí dung môi vật lý được sử dụng rộng rãi nhất để loại bỏ khí acid bằng cách sử dụng chất hữu cơ và công nghệ xử lý khí tổng hợp độc quyền và được tham khảo nhiều Lurgi Rectisol™ để thu giữ CO₂ với hiệu suất năng lượng cao).
Công nghệ hấp thụ vật lý tiên tiến Rectisol™ và Recticap™ của Air Liquide sử dụng metanol lạnh để loại bỏ khí axit và CO₂ khỏi khí cấp. Air Liquide rút ra kinh nghiệm sâu rộng và chuyên môn công nghệ từ việc vận hành nhiều thiết bị Rectisol, hơn 110 thiết bị được lắp đặt trên toàn thế giới và một nhà máy trình diễn để thử nghiệm và triển khai các cải tiến mới.
Lợi ích: Một trong những hiệu suất năng lượng cao nhất để loại bỏ CO₂ và/hoặc khí acid (H2S, COS, v.v.); Rectisol™ có thể xử lý các tạp chất nghiêm trọng nhất bắt nguồn từ quá trình khí hóa và cung cấp khí tổng hợp có độ tinh khiết cực cao cho các ứng dụng xúc tác sau này như khi sản xuất nhiên liệu hàng không bền vững SAF; Recticap™ thì đem lại một trong những hiệu quả năng lượng cao nhất để loại bỏ CO₂ trên các ứng dụng H2 hoặc NH3 carbon thấp; hơn 110 tài liệu tham khảo trên toàn thế giới và bí quyết từ các nhà máy và đơn vị trình diễn do chính Air Liquide sở hữu và vận hành.
Mô tả công nghệ
RECTISOL™: Khí acid có hại có trong khí thô từ quá trình khí hóa được loại bỏ bằng cách hấp thụ bằng dung môi vật lý (methanol lạnh). Rectisol™ là quá trình hàng đầu khi nói đến tinh chế khí tổng hợp dựa trên quá trình khí hóa để sản xuất hydrogen, các ứng dụng xúc tác (sản xuất khí tổng hợp, methanol, ammonia hoặc Fischer-Tropsch) hoặc khí tổng hợp để sản xuất điện. Việc sử dụng dung môi tiết kiệm năng lượng kết hợp với khả năng tích hợp nhiệt tối ưu, quá trình Rectisol™ có chi phí vận hành cực thấp và tính sẵn sàng cao. Hiện có thể có nhiều cấu hình khác nhau để tối ưu hóa cường độ vốn đầu tư hoặc mức tiêu thụ năng lượng phù hợp với điều kiện của dự án hoặc khách hàng với các đặc tính: (i) Tốc độ loại bỏ CO₂ xuống tới 5 ppm. (ii) Lưu huỳnh (H2S + COS): nhỏ hơn 0,08 ppm. (iii) Có sẵn các thiết lập đặc biệt để loại bỏ mercaptans, carbonyls kim loại và hỗn hợp của benzene, toluene và ba đồng phân xylenes, tất cả đều là hydrocarbon thơm (BTX). (iv) Tất cả các chất gây ô nhiễm có hại trong khí acid có thể được xử lý an toàn trong một đơn vị có thể thay thế tại xưởng SRU.
RECTICAP™: Recticap™ là một khái niệm Rectisol™ được sắp xếp hợp lý được tối ưu hóa để loại bỏ CO₂ khỏi các ứng dụng dựa trên reforming bằng hơi nước nhiệt tự động (autothermal reforming-ATR) như H2 carbon thấp hoặc NH3. Quá trình này đã được điều chỉnh để thu giữ CO₂ ở công suất lớn (trên 300.000 kNm³/giờ khí tổng hợp) và áp suất từ trung bình đến cao (trên 25 bar). Recticap™ chỉ loại bỏ CO₂ khỏi hydrogen/khí tổng hợp thô, do đó kết hợp hiệu quả của quá trình Rectisol™ với chi phí vốn giảm khi mà công nghệ này cho phép tỷ lệ thu hồi vượt quá 99% từ khí tổng hợp. Có thể thu được CO₂ khô ở độ tinh khiết trên 99%. Điều có thể có nhiều cấu hình khác nhau để tối ưu hóa nhu cầu năng lượng và hiệu suất thu giữ CO₂ theo từng dự án cụ thể với các đặc tính cụ thể: Hiệu suất năng lượng cao nhất để loại bỏ CO₂ và độ khả dụng cao: 99,7%.
Link nguồn:
https://www.globalccsinstitute.com/wp-content/uploads/2024/08/Report-CCS-Technology-Compendium-2024-1.pdf
Tuấn Hùng
Global CCS Institute
Những công nghệ CCS mới, tiên tiến năm 2024 (Kỳ 1)
