DE102024204126A1 - Method for monitoring and/or controlling a CO2 separation device - Google Patents
Method for monitoring and/or controlling a CO2 separation deviceInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren (100) zum Überwachen und/oder Steuern einer CO2-Abtrennungsvorrichtung (10) zum Abtrennen von CO2 aus einem zugeführten Luftstrom (14) vorgeschlagen, wobei ein Leistungsbedarf einer Pumpeinheit (36) beim Durchführen eines CO2-Freisetzungsvorgangs, insbesondere Desorptionsvorgangs ermittelt wird und in Abhängigkeit davon ein Informationssignal und/oder ein Steuersignal ausgegeben wird.A method (100) for monitoring and/or controlling a CO2 separation device (10) for separating CO2 from a supplied air stream (14) is proposed, wherein a power requirement of a pump unit (36) during the performance of a CO2 release process, in particular a desorption process, is determined and an information signal and/or a control signal is output depending on this.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen und/oder Steuern einer CO2-Abtrennungsvorrichtung zum Abtrennen von CO2 aus einem zugeführten Luftstrom, wobei ein CO2-Freisetzungsvorgang, insbesondere Desorptionsvorgang in einer ein CO2-Abtrennungsmittel aufweisenden Abtrennungskammer der CO2-Abtrennungsvorrichtung mittels einer Pumpeinheit durchgeführt wird, um aufgrund eines CO2-Abtrennungsvorgangs, insbesondere Sorptionsvorgangs in dem CO2-Abtrennungsmittel gebundenes CO2 wieder freizusetzen. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuereinheit zum Überwachen und/oder Steuern einer CO2-Abtrennungsvorrichtung zum Abtrennen von CO2 aus einem zugeführten Luftstrom sowie eine CO2-Abtrennungsvorrichtung zum Abtrennen von CO2 aus einem zugeführten Luftstrom.The invention relates to a method for monitoring and/or controlling a CO2 separation device for separating CO2 from a supplied air stream, wherein a CO2 release process, in particular a desorption process, is carried out in a separation chamber of the CO2 separation device containing a CO2 separation agent by means of a pump unit in order to release CO2 bound in the CO2 separation agent again as a result of a CO2 separation process, in particular a sorption process. The invention further relates to a control unit for monitoring and/or controlling a CO2 separation device for separating CO2 from a supplied air stream, and to a CO2 separation device for separating CO2 from a supplied air stream.
Um die Erwärmung der Erdatmosphäre zu begrenzen, werden sogenannte DAC-Systeme (Direct Air Capture) eingesetzt, um aus der Luft CO2 (Kohlenstoffdioxid) abzutrennen bzw. zu entfernen.To limit the warming of the Earth's atmosphere, so-called DAC (Direct Air Capture) systems are used to separate or remove CO2 (carbon dioxide) from the air.
Da die Bindung von CO2 und ggf. Wasser an ein Adsorbermaterial von Temperatur, Druck, Konzentration, Luftfeuchte etc. abhängt, stellen alle Adsorptions- und Desorptionssysteme zyklisch unterschiedliche Bedingungen ein, um durch die sich ergebende Hysterese CO2 abzuscheiden. Um die Desorptionsbedingungen einzustellen, muss das Adsorbermaterial gegen die Umgebung temporär abgeschlossen werden und befindet sich daher in einer Kammer.Since the binding of CO2 and, if present, water to an adsorbent material depends on temperature, pressure, concentration, humidity, etc., all adsorption and desorption systems cyclically establish different conditions in order to separate CO2 through the resulting hysteresis. To adjust the desorption conditions, the adsorbent material must be temporarily sealed off from the environment and is therefore located in a chamber.
Hierbei durchläuft die Kammer in der Regel zyklisch die folgenden Schritte:
- (1) Adsorption der Umgebungsluft bei geöffneter Kammer;
- (2) Verschließen der Kammer und Aufheizen des Adsorbermaterials und zwangsläufig auch der metallischen Kammerstruktur;
- (3) Desorption des CO2 und des mitgebundenen Wassers durch Zufuhr von Wärme bei reduziertem Druck (z.B. 200 bis 400 mbar) und Abpumpen des CO2 und des dampfförmigen Wassers mittels einer Vakuumpumpe;
- (4) Kühlen des Adsorbermaterials und der Kammer und optional Trocknen des Adsorbermaterials bis unterhalb einer kritischen Temperatur, unterhalb der ein Umgebungsluftkontakt nicht mehr zu einer erhöhten Degeneration des Adsorbermaterials durch den Luftsauerstoff führt;
- (5) Öffnen der Kammer gegen die Umgebung, Abkühlen auf Umgebungstemperatur und damit wiedereinsetzende Adsorption von CO2 und Wasser aus der Umgebungsluft.
- (1) Adsorption of ambient air with the chamber open;
- (2) Closing the chamber and heating the adsorber material and inevitably also the metallic chamber structure;
- (3) Desorption of the CO2 and the bound water by supplying heat at reduced pressure (e.g. 200 to 400 mbar) and pumping out the CO2 and the water vapor using a vacuum pump;
- (4) Cooling the adsorber material and the chamber and optionally drying the adsorber material to below a critical temperature below which contact with ambient air no longer leads to increased degradation of the adsorber material by atmospheric oxygen;
- (5) Opening the chamber to the environment, cooling to ambient temperature and thus resuming adsorption of CO2 and water from the ambient air.
Die Menge an gewonnenem CO2 in einer Adsorptions-Desorptionskammer hängt von unterschiedlichsten Faktoren ab. Auch die Be- und Entladungsgeschwindigkeit ist abhängig von den Randbedingungen. Daraus folgt, dass eine maximale Ausbringung an CO2 nur durch geschickte Wahl der Prozessparameter der Desorption bei geänderten Randbedingungen in der Adsorption wie veränderter Umgebungstemperatur, Luftfeuchte, Luftdruck sowie bei undefinierter Degradation durch Umwelteinflüsse und/oder Alterung des Adsorbermaterials möglich ist.The amount of CO2 recovered in an adsorption/desorption chamber depends on a wide variety of factors. The loading and unloading rates also depend on the boundary conditions. Therefore, maximum CO2 yield is only possible through careful selection of the desorption process parameters under changing boundary conditions such as ambient temperature, humidity, air pressure, and undefined degradation due to environmental influences and/or aging of the adsorbent material.
Eine direkte Messung der Beladung über z.B. Gewichtsänderung birgt den Nachteil, dass eine Degradation des Adsorbers nicht erfasst werden kann, da die Beladungsmenge „größer“ vorhergesagt wird, als sie aktuell noch verfügbar ist. Zur korrekten Erfassung der Beladung muss daher die desorbierte CO2-Menge (mit) herangezogen werden.Directly measuring the loading, for example via weight changes, has the disadvantage that degradation of the adsorber cannot be detected, since the loading amount is predicted to be "greater" than what is actually available. Therefore, to accurately determine the loading, the amount of desorbed CO2 must also be taken into account.
Die Kontrolle der CO2-Menge erfolgt dabei in der Verfahrenstechnik solcher Anlagen typischerweise durch Messen des Volumenstromes, Bestimmung der Konzentration an CO2 und Rückrechnung über die Dichte bei Temperatur und Druck der Messstellen auf die desorbierte CO2-Masse im Zyklus. Insbesondere die Co-Adsorption von Wasser erschwert die Aufgabe, da das Zweiphasengemisch am Sensor betrachtet werden muss, um korrekt auf die Adsorptionsmasse und damit auf die Leistung zu schließen. Um die Vakuumpumpe zu entlasten, wird technisch oft ein Wärmetauscher zur Kondensation des mitgeschleppten Wassers vor die Pumpe gesetzt. Bei niedrigen Temperaturen um z.B. 10 °C kondensiert das Wasser fast vollständig aus, d.h. die Vakuumpumpe muss nur die Volumenarbeit zum Abpumpen des CO2 leisten. Da die Kondensationsleistung und damit die Zusammensetzung (CO2-Konzentration) und Austrittstemperatur und Austrittsdruck nun zusätzlich vom veränderlichen Volumenstrom beim Desorbieren und ggf. von veränderlichen Kühltemperaturen am Wärmetauscher abhängt, muss nun eine aufwändigere Messanordnung gewählt werden.In the process engineering of such plants, the CO2 quantity is typically monitored by measuring the volumetric flow rate, determining the CO2 concentration, and calculating the desorbed CO2 mass in the cycle based on the density at the temperature and pressure of the measuring points. The co-adsorption of water, in particular, complicates this task, as the two-phase mixture must be considered at the sensor to accurately determine the adsorption mass and thus the performance. To reduce the load on the vacuum pump, a heat exchanger is often installed upstream of the pump to condense the entrained water. At low temperatures, for example around 10 °C, the water condenses almost completely, meaning the vacuum pump only has to perform the work required to pump out the CO2. Since the condensation rate, and therefore the composition (CO2 concentration), outlet temperature, and outlet pressure, now also depend on the varying volumetric flow rate during desorbing and potentially on varying cooling temperatures at the heat exchanger, a more complex measuring setup is required.
Die
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist Verfahren zum Überwachen und/oder Steuern einer CO2-Abtrennungsvorrichtung zum Abtrennen von CO2 aus einem zugeführten Luftstrom, wobei ein CO2-Freisetzungsvorgang, insbesondere Desorptionsvorgang in einer ein CO2-Abtrennungsmittel aufweisenden Abtrennungskammer der CO2-Abtrennungsvorrichtung mittels einer Pumpeinheit durchgeführt wird, um aufgrund eines CO2-Abtrennungsvorgangs, insbesondere Sorptionsvorgangs in dem CO2-Abtrennungsmittel gebundenes CO2 wieder freizusetzen, mit den Schritten:
- - Ermitteln eines Leistungsbedarfs der Pumpeinheit beim Durchführen des CO2-Freisetzungsvorgangs, insbesondere Desorptionsvorgangs; und
- - Ausgeben eines Informationssignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Leistungsbedarf der Pumpeinheit, um die CO2-Abtrennungsvorrichtung zu überwachen, und/oder eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Leistungsbedarf der Pumpeinheit, um die CO2-Abtrennungsvorrichtung, insbesondere eine Einheit der CO2-Abtrennungsvorrichtung zu steuern.
- - Determining the power requirements of the pump unit during the CO2 release process, in particular the desorption process; and
- - Outputting an information signal depending on the determined power requirement of the pump unit in order to monitor the CO2 separation device, and/or a control signal depending on the determined power requirement of the pump unit in order to control the CO2 separation device, in particular a unit of the CO2 separation device.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Steuereinheit zum Überwachen und/oder Steuern einer CO2-Abtrennungsvorrichtung zum Abtrennen von CO2 aus einem zugeführten Luftstrom, welche eingerichtet ist, zumindest einen Schritt oder alle Schritte eines Verfahrens gemäß der vorangehend beschriebenen Art auszuführen, insbesondere die folgenden Schritte auszuführen:
- - Ermitteln eines Leistungsbedarfs einer Pumpeinheit beim Durchführen eines CO2-Freisetzungsvorgangs, insbesondere Desorptionsvorgangs, welcher in einer ein CO2-Abtrennungsmittel aufweisenden Abtrennungskammer der CO2-Abtrennungsvorrichtung durchgeführt wurde, um aufgrund eines CO2-Abtrennungsvorgangs, insbesondere Sorptionsvorgangs in dem CO2-Abtrennungsmittel gebundenes CO2 wieder freizusetzen; und
- - Ausgeben eines Informationssignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Leistungsbedarf der Pumpeinheit, um die CO2-Abtrennungsvorrichtung zu überwachen, und/oder eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem ermittelten Leistungsbedarf der Pumpeinheit, um die CO2-Abtrennungsvorrichtung, insbesondere eine Einheit der CO2-Abtrennungsvorrichtung zu steuern.
- - Determining the power requirement of a pump unit when carrying out a CO2 release process, in particular a desorption process, which was carried out in a separation chamber of the CO2 separation device containing a CO2 separation agent, in order to release CO2 bound in the CO2 separation agent again as a result of a CO2 separation process, in particular a sorption process; and
- - Outputting an information signal depending on the determined power requirement of the pump unit in order to monitor the CO2 separation device, and/or a control signal depending on the determined power requirement of the pump unit in order to control the CO2 separation device, in particular a unit of the CO2 separation device.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem eine CO2-Abtrennungsvorrichtung zum Abtrennen von CO2 aus einem zugeführten Luftstrom mit
- - zumindest einer Abtrennungskammer zur Aufnahme eines CO2-Abtrennungsmittels;
- - einer Pumpeinheit zum Durchführen eines CO2-Freisetzungsvorgangs, insbesondere Desorptionsvorgangs in der Abtrennungskammer, um aufgrund eines CO2-Abtrennungsvorgangs, insbesondere Sorptionsvorgangs in dem CO2-Abtrennungsmittel gebundenes CO2 wieder freizusetzen; und
- - einer Steuereinheit zum Überwachen und/oder Steuern einer CO2-Abtrennungsvorrichtung gemäß der vorangehend beschriebenen Art.
- - at least one separation chamber for holding a CO2 separation agent;
- - a pump unit for carrying out a CO2 release process, in particular a desorption process in the separation chamber, in order to release CO2 bound in the CO2 separation agent as a result of a CO2 separation process, in particular a sorption process; and
- - a control unit for monitoring and/or controlling a CO2 separation device of the type described above.
Wie einleitend erläutern, nimmt das CO2-Abtrennungsmittel in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen über die Zeit immer mehr CO2 auf (sowie ggf. Wasser aus der Luft und weitere Gase). Am Ende wird asymptotisch ein Sättigungszustand erreicht, d.h. die maximale Beladung dauert für den Gleichgewichtszustand bei gegebener Temperatur, gegebener Luftfeuchte und gegebenem Druck sowie gegebenem Zustand des CO2-Abtrennungsmittels unendlich lange. Daher wird der CO2-Abtrennungsvorgang bzw. Sorptionsvorgang nach einer vorbestimmten Sorptionszeit oder in Abhängigkeit des aktuellen Beladungszustandes beendet.As explained in the introduction, the CO2 separation agent absorbs increasing amounts of CO2 (and possibly water from the air and other gases) over time, depending on the ambient conditions. Eventually, a saturation state is reached asymptotically, meaning that maximum loading takes an infinitely long time to reach equilibrium at a given temperature, humidity, pressure, and state of the CO2 separation agent. Therefore, the CO2 separation or sorption process is terminated after a predetermined sorption time or depending on the current loading state.
Der CO2-Freisetzungsvorgangs bzw. Desorptionsvorgang kann bei konstanter (erhöhter) Temperatur und konstantem (erniedrigtem) Druck und/oder unter Zuhilfenahme von Spülgas erfolgen. Die Desorptionszeit ist dann erreicht, wenn eine ausreichende Menge CO2 gewonnen wurde, wobei eine Restmenge durch den auch im niedrigen Beladungszustand asymptotischen Verlauf der Gleichgewichtskurve bei endlichen Zeiten im CO2-Abtrennungsmittel verbleibt. Durch Absenken des Drucks und/oder erhöhen der Temperatur beim Desorptionsvorgang wird die Bindung des CO2 (und vom Co-adsorbierten Wasser) an das CO2-Abtrennungsmittel „gelöst“, d.h. CO2 desorbiert. Die Pumpeinheit muss folglich beständig das neu desorbierte CO2-Gas und das neu desorbierte Wasser-Gas abpumpen, um den eingestellten Druck aufrecht zu halten.The CO2 release or desorption process can take place at constant (elevated) temperature and constant (reduced) pressure and/or with the aid of purge gas. The desorption time is reached when a sufficient amount of CO2 has been recovered, with a residual amount remaining in the CO2 separation medium for a finite time due to the asymptotic course of the equilibrium curve, which also occurs at low loading levels. By lowering the pressure and/or increasing the temperature during the desorption process, the bond between the CO2 (and the co-adsorbed water) and the CO2 separation medium is broken, i.e., the CO2 is desorbed. The pump unit must therefore be continuously pump out the newly desorbed CO2 gas and the newly desorbed water gas to maintain the set pressure.
Hierbei liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass der Leistungsbedarf der Pumpeinheit mit der desorbierten CO2-Menge korreliert, sodass auf sehr einfache und kostengünstige Art und Weise durch die Erfassung des Leistungsbedarfs während des CO2-Freisetzungsvorgangs bzw. Desorptionsvorgangs die CO2-Abtrennungsvorrichtung überwacht und gesteuert werden kann. Dies führt zu einer verbesserten Prozessführung durch erhöhte und robuste Messgenauigkeit sowie zu einer Reduzierung der Installationskosten.The present invention is based on the understanding that the power consumption of the pump unit correlates with the amount of CO2 desorbed, so that the CO2 separation device can be monitored and controlled in a very simple and cost-effective manner by recording the power consumption during the CO2 release or desorption process. This leads to improved process control through increased and robust measurement accuracy, as well as a reduction in installation costs.
Der CO2-Freisetzungsvorgang bzw. Desorptionsvorgang und der CO2-Abtrennungsvorgangs bzw. Sorptionsvorgang werden bevorzugt zyklisch wiederholt durchgeführt.The CO2 release process or desorption process and the CO2 separation process or sorption process are preferably repeated cyclically.
Der CO2-Freisetzungsvorgang bzw. Desorptionsvorgang wird in einer Abtrennungskammer der CO2-Abtrennungsvorrichtung durchgeführt, in der ein CO2-Abtrennungsmittel angeordnet ist. Der CO2-Freisetzungsvorgang wird mittels einer Pumpeinheit bzw. Vakuumeinheit durchgeführt, um in dem CO2-Abtrennungsmittel gebundenes CO2, welches zuvor aufgrund eines CO2-Abtrennungsvorgangs, insbesondere Sorptionsvorgangs gebunden wurde, wieder freizusetzen. Bei dem CO2 handelt es sich verständlicherweise um temporär gebundenes CO2.The CO2 release or desorption process takes place in a separation chamber of the CO2 separation device, in which a CO2 separation agent is located. The CO2 release process is carried out by means of a pump unit or vacuum unit to release CO2 bound in the CO2 separation agent, which was previously bound as a result of a CO2 separation process, in particular a sorption process. Understandably, this CO2 is temporarily bound.
Erfindungsgemäß wird ein Leistungsbedarf der Pumpeinheit bzw. Vakuumpumpe beim Durchführen des CO2-Freisetzungsvorgangs, insbesondere Desorptionsvorgangs ermittelt und ein Informationssignal in Abhängigkeit von dem ermittelten Leistungsbedarf der Pumpeinheit ausgegeben, um die CO2-Abtrennungsvorrichtung zu überwachen, und/oder ein Steuersignal in Abhängigkeit von dem ermittelten Leistungsbedarf der Pumpeinheit ausgegeben, um die CO2-Abtrennungsvorrichtung, insbesondere eine Einheit der CO2-Abtrennungsvorrichtung zu steuern.According to the invention, the power requirement of the pump unit or vacuum pump is determined during the CO2 release process, in particular the desorption process, and an information signal is output depending on the determined power requirement of the pump unit in order to monitor the CO2 separation device, and/or a control signal is output depending on the determined power requirement of the pump unit in order to control the CO2 separation device, in particular a unit of the CO2 separation device.
Die Schritte des Ermittelns und des Ausgebens werden mittels einer Steuereinheit durchgeführt. Hierbei sei angemerkt, dass der Begriff „steuern“ im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch ein Regeln der jeweiligen Vorrichtung und/oder Einheit umfasst.The steps of determining and outputting are carried out by means of a control unit. It should be noted that, within the scope of this application, the term "control" also includes regulating the respective device and/or unit.
Bei dem Leistungsbedarf handelt es sich um die Leistung, welche die Pumpeinheit bzw. Vakuumpumpe bei bzw. für die Durchführung des CO2-Freisetzungsvorgangs benötigt. Der Leistungsbedarf wird somit während des Durchführens des CO2-Freisetzungsvorgangs erfasst und gleichzeitig oder ggf.-zu einem späteren Zeitpunkt ermittelt.The power requirement refers to the power that the pump unit or vacuum pump needs during or for carrying out the CO2 release process. The power requirement is therefore recorded during the CO2 release process and determined either simultaneously or, if necessary, at a later time.
Vorteilhafterweise kann außerdem eine beim Durchführen des CO2-Freisetzungsvorgangss mittels der Pumpeinheit abgepumpte Wassermenge ermittelt werden, um den Leistungsbedarf der Pumpeinheit zu ermitteln. Hierbei kann die abgepumpte Wassermenge mittels eines Wasserdurchflusssensors und/oder eines Temperatursensors, insbesondere eines vor der Pumpeinheit angeordneten Wasserdampf-Kondensators der CO2-Abtrennungsvorrichtung ermittelt werden. Bei der Ermittlung mittels des Temperatursensor werden verständlicherweise Temperaturwerte des Temperatursensors dazu verwendet, um die abgepumpte Wassermenge zu ermitteln.Advantageously, the amount of water pumped out during the CO2 release process can also be determined using the pump unit in order to ascertain the power consumption of the pump unit. This amount of water can be determined using a water flow sensor and/or a temperature sensor, in particular a water vapor condenser of the CO2 separation device located upstream of the pump unit. When using the temperature sensor, the temperature readings from the sensor are, of course, used to determine the amount of water pumped out.
Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn im Schritt des Ermittelns eine in der Abtrennungskammer freigesetzte CO2-Menge; und/oder ein Zustand, insbesondere ein Beladungszustand des CO2-Abtrennungsmittels; und/oder eine Eigenschaft des CO2-Abtrennungsmittels in Abhängigkeit von dem ermittelten Leistungsbedarf der Pumpeinheit ermittelt wird/werden, und der Schritt des Ausgebens in Abhängigkeit davon durchgeführt wird.Furthermore, it is advantageous if, in the determination step, a quantity of CO2 released in the separation chamber; and/or a state, in particular a loading state of the CO2 separation agent; and/or a property of the CO2 separation agent is/are determined depending on the determined power requirement of the pump unit, and the output step is carried out accordingly.
Hierbei kann vorteilhafterweise ein anschließender Schritt des Vergleichens der ermittelten freigesetzten CO2-Menge mit einer prognostizierten CO2-Menge; und/oder des ermittelten Zustands des CO2-Abtrennungsmittels mit einem prognostizierten Zustands des CO2-Abtrennungsmittels; und/oder der ermittelten Eigenschaft des CO2-Abtrennungsmittels mit einer prognostizierten Eigenschaft des CO2-Abtrennungsmittels vorgesehen sein, wobei der Schritt des Ausgebens in Abhängigkeit davon durchgeführt wird.Advantageously, a subsequent step of comparing the determined amount of CO2 released with a predicted amount of CO2; and/or the determined state of the CO2 separation agent with a predicted state of the CO2 separation agent; and/or the determined property of the CO2 separation agent with a predicted property of the CO2 separation agent may be provided, with the output step being carried out depending on this.
Der Begriff „Eigenschaft“ umfasst auch einen Eigenschaftswert. Die Eigenschaft kann bspw. ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Sorptionsfähigkeit, Effizienz, d.h. sorbierte CO2-Menge pro Zeit, Alterung, Verhältnis sorbierte Wassermenge aus Luft zu sorbierter CO2-Menge aus Luft.The term "property" also includes a property value. The property can, for example, be selected from the group consisting of: sorption capacity, efficiency (i.e., amount of CO2 sorbed per unit time), aging, ratio of sorbed water from air to sorbed CO2 from air.
Der Begriff „Zustand“ umfasst auch einen Zustandswert. Der Zustand kann bspw. ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Degradation, Desorptionskinetik, d.h. die Freisetzungsrate der gebundenen Moleküle, charakterisiert über den Vergleich des Leistungsbedarfs über die Zeit im Vergleich mit Kalibrierkurven. The term "state" also includes a state value. The state can be selected, for example, from the group consisting of: degradation, desorption kinetics, i.e., the release rate of bound molecules, characterized by comparing the power consumption over time with calibration curves.
Demzufolge kann das CO2-Abtrennungsmittel sehr einfach, bspw. in Bezug auf seine aktuelle Effizienz bzw. Eignung charakterisiert werdenTherefore, the CO2 separation agent can be characterized very easily, e.g., with regard to its current efficiency or suitability.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn ein Schritt des Vergleichens des ermittelten Leistungsbedarfs mit einem prognostizierten Leistungsbedarf; und/oder einem ermittelten Leistungsbedarf einer weiteren Pumpeinheit der CO2-Abtrennungsvorrichtung und/oder einer weiteren CO2-Abtrennungsvorrichtung vorgesehen ist und der Schritt des Ausgebens in Abhängigkeit davon durchgeführt wird. Hierdurch können auf einfache Weise in einer CO2-Abtrennungsvorrichtung mit mehreren Abtrennungskammern und Pumpeinheiten bzw. in einem CO2-Abtrennungssystem mit mehreren CO2-Abtrennungsvorrichtungen Änderungen, wie bspw. eine Degradation des CO2-Abtrennungsmittels oder Wetterwechsel überwacht sowie Fehler einfach und frühzeitig erkannt werden, um die CO2-Abtrennungsvorrichtung bzw. das CO2-Abtrennungssystem für eine hohe Gesamtausbringung hinsichtlich CO2 und einem minimalen Energiebedarf über die individuelle Zykluszeit einer Abtrennungskammer zu steuern/regeln.Furthermore, it is advantageous to include a step of comparing the determined power requirement with a predicted power requirement and/or a determined power requirement of another pump unit of the CO2 separation device and/or another CO2 separation device, and to perform the output step accordingly. This allows for the simple monitoring of changes, such as degradation of the CO2 separation agent or weather changes, in a CO2 separation device with multiple separation chambers and pump units, or in a CO2 separation system with multiple CO2 separation devices. It also enables the simple and early detection of errors, thus allowing the CO2 separation device or CO2 separation system to be controlled/regulated for high overall CO2 output and minimal energy consumption over the individual cycle time of each separation chamber.
Vorteilhafterweise kann/können im Schritt des Ausgebens der CO2-Freisetzungsvorgang; und/oder ein parallel in einer weiteren Abtrennungskammer der CO2-Abtrennungsvorrichtung und/oder einer weiteren CO2-Abtrennungsvorrichtung durchgeführter CO2-Freisetzungsvorgang; und/oder ein nachfolgend in der Abtrennungskammer der CO2-Abtrennungsvorrichtung und/oder einer weiteren Abtrennungskammer einer weiteren CO2-Abtrennungsvorrichtung durchgeführter CO2-Freisetzungsvorgang gesteuert werden. Hierbei wird bevorzugt im jeweiligen CO2-Freisetzungsvorgang zumindest einer der folgenden Parameter gesteuert: Startzeitpunkt, Endzeitpunkt, Dauer, Temperatur, Druck, Spülgasmenge, Materialdurchfluss.Advantageously, the CO2 release process can be controlled during the dispensing step; and/or a CO2 release process carried out in parallel in a further separation chamber of the CO2 separation device and/or a further CO2 separation device; and/or a CO2 release process carried out subsequently in the separation chamber of the CO2 separation device and/or a further separation chamber of a further CO2 separation device. Preferably, at least one of the following parameters is controlled in each CO2 release process: start time, end time, duration, temperature, pressure, purge gas quantity, material flow rate.
Alternativ oder zusätzlich kann/können vorteilhafterweise im Schritt des Ausgebens ein parallel in einer weiteren Abtrennungskammer der CO2-Abtrennungsvorrichtung und/oder einer weiteren CO2-Abtrennungsvorrichtung durchgeführter CO2-Abtrennungsvorgang, insbesondere Sorptionsvorgang; und/oder ein nachfolgend in der Abtrennungskammer der CO2-Abtrennungsvorrichtung und/oder einer weiteren Abtrennungskammer einer weiteren CO2-Abtrennungsvorrichtung durchgeführter CO2-Abtrennungsvorgang, insbesondere Sorptionsvorgang gesteuert werden. Hierbei wird bevorzugt im jeweiligen CO2-Abtrennungsvorgang zumindest einer der folgenden Parameter gesteuert: Startzeitpunkt, Endzeitpunkt, Dauer, Geschwindigkeit des zugeführten Luftstroms, Luftfeuchtigkeit, Materialdurchfluss.Alternatively or additionally, it is advantageous to control, during the dispensing step, a CO2 separation process, in particular a sorption process, carried out in parallel in a further separation chamber of the CO2 separation device and/or a further CO2 separation device; and/or a subsequent CO2 separation process, in particular a sorption process, carried out in the separation chamber of the CO2 separation device and/or a further separation chamber of a further CO2 separation device. Preferably, at least one of the following parameters is controlled in the respective CO2 separation process: start time, end time, duration, velocity of the supplied airflow, humidity, material flow rate.
Bevorzugt wird im Schritt des Ausgebens zumindest eine der folgenden Einheiten der CO2-Abtrennungsvorrichtung angesteuert: Heizeinheit, Kühleinheit, Befeuchtungseinheit, Pumpeinheit, Materialfördereinheit, Gebläseeinheit. Wasserdampf-Kondensator, Wasserdampferzeugungseinheit.Preferably, at least one of the following units of the CO2 separation device is controlled during the dispensing step: heating unit, cooling unit, humidification unit, pump unit, material conveying unit, blower unit, water vapor condenser, water vapor generation unit.
Hierbei könnte bspw. die Temperatur eines Wasserdampf-Kondensators bzw. Wärmetauschers der CO2-Abtrennungsvorrichtung gesteuert bzw. geregelt werden. Hintergrund hierbei ist, dass wenn der Taupunkt überschritten wird, die Pumpleistung der Pumpeinheit zunimmt, da ab diesem Zeitpunkt auch Wasserdampf zu pumpen ist. So ließe sich einfach die Temperatur am Wasserdampf-Kondensator bzw. Wärmetauscher optimieren und dadurch Energie einsparen, da in den Gleichgewichtszuständen, in denen viel Wasser frei wird, starker gekühlt, ansonsten jedoch die Kühlenergie eingespart wird.For example, the temperature of a water vapor condenser or heat exchanger in the CO2 separation device could be controlled or regulated. The rationale behind this is that when the dew point is exceeded, the pumping power of the pumping unit increases, as water vapor also needs to be pumped from this point onward. This would allow for simple optimization of the temperature at the water vapor condenser or heat exchanger, thereby saving energy. This is because, in equilibrium states where a large amount of water is released, more cooling is required, while otherwise, cooling energy is conserved.
Die CO2-Abtrennungsvorrichtung ist zum Abtrennen von CO2 aus einem zugeführten Luftstrom mittels eines CO2-Abtrennungsvorgangs ausgebildet. Der Begriff „Abtrennen“ umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung jegliche sinnvolle Art der Abtrennung bzw. Abscheidung von CO2 (Kohlenstoffdioxid) aus der Luft, wobei eine Bindung und/oder Anhaftung und/oder Einlagerung und/oder Aufnahme von CO2-Molekülen an einem CO2-Abtrennungsmittel erfolgt.The CO2 separation device is designed to separate CO2 from a supplied air stream by means of a CO2 separation process. Within the scope of the present invention, the term "separation" encompasses any meaningful method of separating or removing CO2 (carbon dioxide) from the air, wherein binding and/or adhesion and/or storage and/or absorption of CO2 molecules by a CO2 separation agent takes place.
Hierbei kann die CO2-Abtrennungsvorrichtung insbesondere ausgebildet sein, das CO2 aus dem zugeführten Luftstrom mittels eines CO2-Abtrennungsvorgangs abzutrennen, bei dem die Abtrennung unter Energieabgabe bzw. Wärmeabgabe an den Luftstrom erfolgt. Der CO2-Abtrennungsvorgang ist bevorzugt ein Sorptionsvorgang, insbesondere ein Adsorptionsvorgang und/oder ein Absorptionsvorgang. Demnach kann das Abtrennen des CO2 insbesondere mittels zumindest eines der folgenden Verfahren oder Mischformen daraus erfolgen:
- - chemisches Adsorptionsverfahren
- - physikalisches Adsorptionsverfahren
- - chemisches Absorptionsverfahren
- - physikalisches Absorptionsverfahren
- - chemical adsorption process
- - physical adsorption process
- - chemical absorption process
- - physical absorption process
Die CO2-Abtrennungsvorrichtung ist ferner zum Freisetzen von CO2 aus dem CO2-Abtrennungsmittel mittels eines CO2-Freisetzungsvorgangs ausgebildet. Der Begriff „Freisetzen“ umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung jegliche sinnvolle Art der Freisetzung bzw. Austreibung von CO2 (Kohlenstoffdioxid) aus dem CO2-Abtrennungsmittel, wobei eine Lösung und/oder Freisetzung und/oder Abgabe von CO2-Molekülen aus dem CO2-Abtrennungsmittel erfolgt.The CO2 separation device is further configured to release CO2 from the CO2 separation agent by means of a CO2 release process. Within the scope of the present invention, the term "release" encompasses any meaningful method of releasing or expelling CO2 (carbon dioxide) from the CO2 separation agent, wherein a dissolution and/or release and/or discharge of CO2 molecules from the CO2 separation agent takes place.
Hierbei ist die CO2-Abtrennungsvorrichtung insbesondere ausgebildet, das CO2 aus dem CO2-Abtrennungsmittel mittels eines CO2-Freisetzungsvorgangs freizusetzen bzw. zu lösen, bei dem unter Energieeinbringung bzw. Wärmeeinbringung in das CO2-Abtrennungsmittel das CO2 von diesem freigesetzt wird.The CO2 separation device is specifically designed to remove the CO2 from the CO2- To release or dissolve the separation agent by means of a CO2 release process, in which the CO2 is released from the CO2 separation agent by introducing energy or heat into it.
Der CO2-Abtrennungsvorgang ist bevorzugt ein Desorptionsvorgang. Demnach kann das Freisetzen des CO2 insbesondere mittels zumindest eines der folgenden Verfahren oder Mischformen daraus erfolgen:
- - chemisches Desorptionsverfahren
- - physikalisches Desorptionsverfahren
- - chemical desorption process
- - physical desorption process
Bevorzugt ist die CO2-Abtrennungsvorrichtung ausgebildet, den CO2-Abtrennungsvorgang und den CO2-Freisetzungsvorgang zyklisch durchzuführen. Hierbei ist die CO2-Abtrennungsvorrichtung insbesondere ausgebildet, den Sorptionsvorgang und den Desorptionsvorgang zyklisch durchzuführen. Die grundsätzliche Funktionsweise der CO2-Abtrennungsvorrichtung kann bspw. analog zu der eingangs erwähnten
Der Begriff „Zuführen“ bzw. „zugeführt“ umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung in erster Linie ein aktiv durchgeführtes bzw. veranlasstes und damit technisch gesteuertes bzw. geregeltes Zuführen des Luftstroms mittels einer Gebläseeinheit bzw. Ventilatoreinheit der CO2-Abtrennungsvorrichtung. Der Begriff „Zuführen“ bzw. „zugeführt“ kann jedoch auch ein passiv durchgeführtes bzw. veranlasstes Zuführen des Luftstroms umfassen, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Folglich kann der Luftstrom auf beliebige, bspw. auf natürliche Art und Weise (als Wind) zugeführt werden.Within the scope of the present invention, the term "supply" or "supplied" primarily refers to the actively carried out or initiated, and thus technically controlled or regulated, supply of the airflow by means of a blower unit or fan unit of the CO2 separation device. However, the term "supply" or "supplied" can also encompass a passively carried out or initiated supply of the airflow without departing from the scope of the present invention. Consequently, the airflow can be supplied in any manner, e.g., naturally (as wind).
Die CO2-Abtrennungsvorrichtung weist bevorzugt zumindest eine Abtrennungskammer mit zumindest einem CO-Abtrennungsmodul auf. Die CO2-Abtrennungsvorrichtung weist weiter bevorzugt eine Vielzahl von Abtrennungskammern auf, welche übereinander und/oder nebeneinander angeordnet sind. Die Abtrennungskammern können gruppenweise parallel im CO2-Abtrennungsvorgang und im CO2-Freisetzungsvorgang betreibbar sein. D.h., mit anderen Worten, dass wenn eine Gruppe von Abtrennungskammern im CO2-Abtrennungsvorgang die andere Gruppe von Abtrennungskammer im CO2-Freisetzungsvorgang betreibbar ist bzw. betrieben wird und umgekehrt.The CO2 separation device preferably comprises at least one separation chamber with at least one CO separation module. The CO2 separation device further preferably comprises a plurality of separation chambers, which are arranged one above the other and/or next to each other. The separation chambers can be operated in parallel in groups during the CO2 separation process and the CO2 release process. In other words, if one group of separation chambers is operating during the CO2 separation process, the other group of separation chambers can be operated during the CO2 release process, and vice versa.
Die CO2-Abtrennungsvorrichtung kann eine Ventileinheit mit einer Vielzahl von, insbesondere ansteuerbaren Ventilen aufweisen, um die Abtrennungskammer für den CO2-Freisetzungsvorgang zu schließen. Die Ventileinheit kann ein Einlassventil aufweisen, welches in einem Einlasskanal für den zugeführten bzw. angesaugten Luftstrom angeordnet und ausgebildet ist, den Einlasskanal zu schließen und die Abtrennungskammer stromaufwärts zu isolieren. Die Ventileinheit kann ferner ein Auslassventil aufweisen, welches in einem Auslasskanal für den CO2-reduzierten Luftstrom angeordnet und ausgebildet ist, den Auslasskanal zu schließen und die Abtrennungskammer stromabwärts zu isolieren. Die Ventileinheit kann außerdem ein CO2-Ventil aufweisen, welches in einem CO2-Abfuhrkanal zum Abführen von abgetrenntem angeordnet und ausgebildet ist, den CO2-Abfuhrkanal zu öffnen, um das abgetrennte/gebundene und wieder freigesetzte CO2 aus der Abtrennungskammer gezielt auszubringen.The CO2 separation device can include a valve unit with a plurality of valves, particularly controllable ones, to close the separation chamber for the CO2 release process. The valve unit can include an inlet valve, which is arranged in an inlet channel for the supplied or drawn-in airflow and is configured to close the inlet channel and isolate the separation chamber upstream. The valve unit can further include an outlet valve, which is arranged in an outlet channel for the CO2-reduced airflow and is configured to close the outlet channel and isolate the separation chamber downstream. The valve unit can also include a CO2 discharge valve, which is arranged in a CO2 discharge channel for removing the separated CO2 and is configured to open the CO2 discharge channel in order to selectively discharge the separated/bound and re-released CO2 from the separation chamber.
Die Abtrennungskammern können gruppenweise parallel im CO2-Abtrennungsvorgang und im CO2-Freisetzungsvorgang betreibbar sein. D.h., mit anderen Worten, dass wenn eine Gruppe von Abtrennungskammern im CO2-Abtrennungsvorgang, die andere Gruppe von Abtrennungskammer im CO2-Freisetzungsvorgang betreibbar ist bzw. betrieben wird und umgekehrt.The separation chambers can be operated in parallel, group by group, during both the CO2 separation and CO2 release processes. In other words, if one group of separation chambers is operating during the CO2 separation process, the other group can be operated during the CO2 release process, and vice versa.
Das CO2-Abtrennungsmittel ist zum Abtrennen von CO2 aus einem zugeführten Luftstrom ausgebildet. Das CO2-Abtrennungsmittel ist bevorzugt in der Abtrennungskammer angeordnet. Der CO2-Abtrennungsmittel ist bevorzugt fest ausgebildet. Das CO2-Abtrennungsmittel kann bspw. partikelförmig, faserförmig oder mattenförmig ausgebildet sein. Das CO2-Abtrennungsmittel kann insbesondere ein festes (entsprechend funktionalisiertes) Sorptionsmittel, bspw. ein Adsorptionsmittel und/oder ein Absorptionsmittel umfassen. Demnach kann der CO2-Abtrennungsmittel bspw. einen partikelförmig, faserförmigen oder vliesförmigen Feststoff als Trägerstruktur mit einem Grundmaterial aufweisen, welches ausgewählt ist aus Gruppe bestehend aus: Harze, Polymere, Keramiken, Zeolithe, Silicate, metallorganische Verbindungen, organische Materialien wie Cellulose oder Aktivkohle, und Kombinationen daraus. Das Grundmaterial kann wiederum mit Aminen, Kaliumcarbonat oder anderen Komponenten, die ausgebildet sind, CO2 chemisch oder physikalisch zu binden, spezifisch funktionalisiert sein. Der CO2-Abtrennungsmittel kann ferner luftdurchlässig ausgebildet sein.The CO2 separation agent is designed to separate CO2 from a supplied air stream. The CO2 separation agent is preferably arranged in the separation chamber. The CO2 separation agent is preferably solid. The CO2 separation agent can, for example, be particulate, fibrous, or mat-shaped. The CO2 separation agent can, in particular, comprise a solid (appropriately functionalized) sorbent, such as an adsorbent and/or an absorbent. Accordingly, the CO2 separation agent can, for example, have a particulate, fibrous, or nonwoven solid as a support structure with a base material selected from the group consisting of: resins, polymers, ceramics, zeolites, silicates, organometallic compounds, organic materials such as cellulose or activated carbon, and combinations thereof. The base material can, in turn, be specifically functionalized with amines, potassium carbonate, or other components designed to chemically or physically bind CO2. The CO2 separation agent can also be designed to be permeable to air.
Das CO2-Abtrennungsmittel kann ein granulares Ionentauscherharz umfassen oder als granulares Ionentauscherharz ausgebildet sein. Das CO2-Abtrennungsmittel kann bspw. granulares Lewatit VP OC 1065 oder Zeolith X13 umfassen oder daraus bestehen.The CO2 separation agent can comprise or be designed as a granular ion exchange resin. For example, the CO2 separation agent can comprise or consist of granular Lewatit VP OC 1065 or Zeolite X13.
Die CO2-Abtrennungsvorrichtung kann ferner zumindest eine der folgenden Einheiten aufweisen:
- - Gebläseeinheit, insbesondere mit einer Vielzahl von Ventilatoren zum Zuführen des Luftstroms;
- - Wasserdampfgenerator zum Bereitstellen von Wasserdampf für den CO2-Freisetzungsvorgang bzw. Desorptionsvorgang;
- - Inertisierungseinheit zum Zuführen eines Inertgasstromes, wie bspw. Stickstoff, sauerstoffreie Luft und/oder Wasserdampf zur Entfernung von Sauerstoff vor dem CO2-Freisetzungsvorgang bzw. Desorptionsvorgang zum Schutz des CO2-Abrennungsmittels vor chemischer Degradation;
- - Heizeinheit zur zusätzlichen Erwärmung des CO2-Abtrennungsmittels für den CO2-Freisetzungsvorgang bzw. Desorptionsvorgang;
- - Kühleinheit zur zusätzlichen Kühlung des CO2-Abtrennungsmittels für den CO2-Abtrennungsvorgang bzw. Sorptionsvorgang;
- - Materialfördereinheit zur Fördern des CO2-Abtrennungsmittels durch die Abtrennungskammer;
- - Sensoreinheit für den CO2-Abtrennungs- und CO2-Freisetzungsvorgang;
- - Steuereinheit zur Steuerung und/oder Regelung des CO2-Abtrennungs- und CO2-Freisetzungsvorgangs.
- - Blower unit, in particular with a large number of fans for supplying the airflow;
- - Steam generator for providing steam for the CO2 release process or desorption process;
- - Inerting unit for supplying an inert gas stream, such as nitrogen, oxygen-free air and/or water vapor, to remove oxygen before the CO2 release process or desorption process to protect the CO2 combustion medium from chemical degradation;
- - Heating unit for additional heating of the CO2 separation agent for the CO2 release process or desorption process;
- - Cooling unit for additional cooling of the CO2 separation agent for the CO2 separation process or sorption process;
- - Material conveying unit for conveying the CO2 separation agent through the separation chamber;
- - Sensor unit for the CO2 separation and CO2 release process;
- - Control unit for controlling and/or regulating the CO2 separation and CO2 release process.
Die Steuereinheit ist ausgebildetThe control unit is trained
Die Steuereinheit kann ausgebildet sein, mittels Funkübertragung wie W-LAN, Bluetooth, Near-Field Communication etc. mit anderen Steuereinheiten und/oder einer zentralen Steuereinheit der CO2-Abtrennungsvorrichtung oder eines übergeordneten Systems verbunden zu werden.The control unit can be designed to be connected to other control units and/or a central control unit of the CO2 separation device or a higher-level system via radio transmission such as WLAN, Bluetooth, Near-Field Communication, etc.
Die CO2-Abtrennungsvorrichtung ist bevorzugt stationär ausgebildet. Insbesondere kann die CO2-Abtrennungsvorrichtung Teil eines Gebäude-Klimasystems, insbesondere in einem Klimasystem innerhalb eines Gebäudes integriert sein. Hierbei kann die Abtrennungskammer der CO2-Abtrennungssvorrichtung in den Luft-Klimatisierungskreis des Gebäudes eingebunden sein.The CO2 separation device is preferably designed as a stationary unit. In particular, the CO2 separation device can be part of a building climate control system, especially integrated into a climate control system within a building. The separation chamber of the CO2 separation device can be integrated into the building's air conditioning circuit.
ZeichnungenDrawings
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße CO2-Abtrennungsvorrichtung; -
2 ein Diagramm mit der Leistung der Pumpeinheit über die Zeit für unterschiedliche Beladungszustände; -
3 ein Diagramm mit desorbierten CO2-Mengen über die Zeit für die unterschiedlichen Beladungszustände; und -
4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen und/oder Steuern einer CO2-Abtrennungsvorrichtung.
-
1 a CO2 separation device according to the invention; -
2 a diagram showing the performance of the pump unit over time for different load conditions; -
3 a diagram showing the amount of CO2 desorbed over time for the different loading states; and -
4 a flowchart of a method according to the invention for monitoring and/or controlling a CO2 separation device.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and acting similarly, without repeating the description of the elements.
Hierfür weist die CO2-Abtrennungsvorrichtung 10 eine Abtrennungskammer 16 zur Aufnahme eines CO2-Abtrennungsmittels 18 bzw. Sorptionsmittels 18 auf. Die Abtrennungskammer 16 weist ein Einlassventil 20 an einem Einlasskanal 22 für den angesaugten Luftstrom 14 auf, welches ausgebildet ist, den Einlasskanal 22 zu schließen und die Abtrennungskammer 16 stromaufwärts zu isolieren. Die Abtrennungskammer 16 weist ferner ein Auslassventil 24 an einem Auslasskanal 26 für den CO2-reduzierten Luftstrom 14' auf, welches ausgebildet ist, den Auslasskanal 26 zu schließen und die Abtrennungskammer 16 stromabwärts zu isolieren. Die Abtrennungskammer 16 weist außerdem ein CO2-Ventil 28 auf, welches in einem CO2-Abfuhrkanal 30 angeordnet und ausgebildet ist, den CO2-Abfuhrkanal 30 zu öffnen, um abgetrenntes, d.h. sorbiertes und wieder freigesetztes, d.h. desorbiertes CO2 und ggf. dampfförmiges Wasser aus der Abtrennungskammer 16 auszubringen.For this purpose, the CO2 separation device 10 has a separation chamber 16 for receiving a CO2 separation agent 18 or sorption agent 18. The separation chamber 16 has an inlet valve 20 on an inlet channel 22 for the aspirated airflow 14, which is configured to close the inlet channel 22 and isolate the separation chamber 16 upstream. The separation chamber 16 also has an outlet valve 24 on an outlet channel 26 for the CO2-reduced airflow 14', which is configured to close the outlet channel 26 and isolate the separation chamber 16 downstream. The separation chamber 16 also has a CO2 valve 28, which is arranged in a CO2 discharge channel 30 and is designed to open the CO2 discharge channel 30 in order to discharge separated, i.e. sorbed and released, i.e. desorbed CO2 and possibly water vapor from the separation chamber 16.
Die CO2-Abtrennungsvorrichtung 10 weist außerdem eine Heiz- und Kühleinheit 32 zur Erwärmung und Kühlen des Sorptionsmittels 18 sowie eine Wasserdampferzeugungseinheit 34 zum Bereitstellen von Wasserdampf für den CO2-Freisetzungsvorgang bzw. Desorptionsvorgang auf.The CO2 separation device 10 also includes a heating and cooling unit 32 for heating and cooling the sorbent 18 and a steam generation unit 34 for providing steam for the CO2 release process or desorption process.
Das abgetrennte CO2 und dampfförmige Wasser werden hierbei aus der Abtrennungskammer 16 mittels einer Pumpeinheit 36 bzw. Vakuumpumpe 36 abgepumpt, wobei ein Wasserdampf-Kondensator 38 der Pumpeinheit 36 bzw. Vakuumpumpe 36 vorgeschaltet ist.The separated CO2 and water vapor are pumped out of the separation chamber 16 by means of a pump unit 36 or vacuum pump 36, with a water vapor condenser 38 being connected upstream of the pump unit 36 or vacuum pump 36.
Erfindungsgemäß weist die CO2-Abtrennungsvorrichtung 10 eine Steuereinheit 40 zum Überwachen und/oder Steuern der CO2-Abtrennungsvorrichtung 10. Hierfür ist die Steuereinheit 40 eingerichtet einen Leistungsbedarf der Pumpeinheit 36 bzw. Vakuumpumpe 36 beim Durchführen des CO2-Freisetzungsvorgangs bzw. Desorptionsvorgangs zu ermitteln und ein Informationssignal in Abhängigkeit von dem ermittelten Leistungsbedarf der Pumpeinheit 36 auszugeben, um die CO2-Abtrennungsvorrichtung 10 zu überwachen, und/oder ein Steuersignal in Abhängigkeit von dem ermittelten Leistungsbedarf der Pumpeinheit 36 auszugeben, um die CO2-Abtrennungsvorrichtung 10, insbesondere eine Einheit 12, 20, 24, 28, 32, 34, 36, 38 der CO2-Abtrennungsvorrichtung 10 zu steuern.According to the invention, the CO2 separation device 10 has a control unit 40 for monitoring and/or controlling the CO2 separation device 10. For this purpose, the control unit 40 is configured to determine the power requirement of the pump unit 36 or vacuum pump 36 during the CO2 release process or desorption process and to output an information signal depending on the determined power requirement of the pump unit 36 in order to monitor the CO2 separation device 10, and/or to output a control signal depending on the determined power requirement of the pump unit 36 in order to control the CO2 separation device 10, in particular a unit 12, 20, 24, 28, 32, 34, 36, 38 of the CO2 separation device 10.
Das Verfahren 100 umfasst außerdem einen optionalen Schritt des Vergleichens 104 der ermittelten freigesetzten CO2-Menge mit einer prognostizierten CO2-Menge; und/oder des ermittelten Zustands des CO2-Abtrennungsmittels 18 mit einem prognostizierten Zustands des CO2-Abtrennungsmittels 18; und/oder der ermittelten Eigenschaft des CO2-Abtrennungsmittels 18 mit einer prognostizierten Eigenschaft des CO2-Abtrennungsmittels 18, wobei der Schritt des Ausgebens 108 in Abhängigkeit davon durchgeführt wird. Das Verfahren 100 umfasst des Weiteren einen optionalen Schritt des Vergleichens 106 des ermittelten Leistungsbedarfs mit einem prognostizierten Leistungsbedarf; und/oder einem ermittelten Leistungsbedarf einer weiteren Pumpeinheit 36 der CO2-Abtrennungsvorrichtung 10 und/oder einer weiteren CO2-Abtrennungsvorrichtung; wobei der Schritt des Ausgebens 108 in Abhängigkeit davon durchgeführt wird.Method 100 further comprises an optional step of comparing 104 the determined amount of CO2 released with a predicted amount of CO2; and/or the determined state of the CO2 separation agent 18 with a predicted state of the CO2 separation agent 18; and/or the determined property of the CO2 separation agent 18 with a predicted property of the CO2 separation agent 18, wherein the output step 108 is performed depending thereon. Method 100 further comprises an optional step of comparing 106 the determined power requirement with a predicted power requirement; and/or a determined power requirement of another pump unit 36 of the CO2 separation device 10 and/or another CO2 separation device; wherein the output step 108 is performed depending thereon.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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| WO2025228561A1 (en) | 2025-11-06 |
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