CO2 und überkritisches CO2 (sCO2) werden bereits seit Jahrzehnten in der Industrie eingesetzt. Während eines Herstellungsprozesses entstehendes CO2 darf jedoch nicht mehr in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Aus diesem Grund wird es abgeschieden, gespeichert oder immer häufiger wieder genutzt. Dadurch entstehen zusätzliche Herausforderungen bei der Ventilspezifikation und Ventilauslegung.
Die Axialventile von Mokveld sind ausgezeichnet für Anwendungen mit CO2 und sCO2 geeignet und leisten somit einen wichtigen Beitrag zu nachhaltigen Lösungen im Rahmen von CO2-Abscheidung (-Nutzung) und -Speicherung (CC(U)S). Dies gilt für Druckentlastungsventile, Zero-Emission-Ventile, axiale Drosselventile und Rückschlagventile, also praktisch für die gesamte Produktpalette von Mokveld. Das Axialströmungs-Design ermöglicht einen stromlinienförmigen Strömungsweg mit geringem Druckverlust. Weitere inhärente Vorteile sind das Fehlen von Kammern (Kavitäten) und die Verwendung von Elastomeren, die unempfindlich gegenüber explosiver Dekompression sind.
Während des Abscheidungs- und Speicherungsvorgangs ist die Minimierung von Undichtigkeiten von allergrößter Bedeutung, da CO2 ein sehr aggressives Treibgas ist. Das aus einem Stück bestehende Design der Axialventile von Mokveld reduziert das Risiko auf Undichtigkeiten und damit Treibhausgasemissionen nach GHG Scope 1 sowie das Gewicht im Vergleich mit anderen Ventildesigns. Die Fertigungsprozesse von Mokveld zeichnen sich durch ihren geringen Energieverbrauch aus und reduzieren damit auch die Treibhausgasemissionen nach GHG Scope 3 für unsere Kunden.
Bereits in den späten 1980er Jahren hat Mokveld die ersten Ventile für CO2-Einsätze geliefert. Die weltweiten Lieferungen an Kunden umfassten unter anderem Hochdruck-Druckentlastungsventile, Rückschlagventile und Einspritz-Drosselventile. Die bei diesen Lieferungen gewonnenen Erfahrungen sind in die aktuellen Designs eingeflossen.
Bei Prozessen zur CO2-Abscheidung wird das CO2 üblicherweise in der Gasphase extrahiert. Es kann in der Gasphase transportiert werden, um wieder genutzt zu werden. In den Niederlanden wird CO2-Gas zum Beispiel verwendet, um das Pflanzenwachstum in Treibhäusern zu verbessern. Häufig wird CO2 jedoch in der überkritischen Phase (sCO2) verwendet, wobei die Anwendungen variieren, z. B. für Entfettung, aber auch als Ersatz für Dampf bei der Energieerzeugung.
Bei Projekten im Rahmen der CO2-Abscheidung und -Speicherung wird das CO2 zu einer Flüssigkeit verdichtet, sodass es mit Schiffen transportiert werden kann, oder es wird zu sCO2 verdichtet, sodass es in Grundwasserspeicher oder (erschöpfte) Kohlenwasserstoffvorkommen injiziert werden kann. Bei letzterem kann es sich entweder um Enhanced Oil Recovery (EOR, tertiäre Ölgewinnung) oder eine lebenslange Speicherung handeln.
Der überkritische Zustand von CO2 tritt bei einem niedrigen Druck und einer niedrigen Temperatur ein (73,8 bar, 31,3 °C). sCO2 verhält sich wie ein komprimierbares Fluid, hat jedoch die Dichte einer Flüssigkeit. In der Nähe des kritischen Punktes (das heißt, im Bereich der Widom-Linie) zeigt das Fluid große Unregelmäßigkeiten beim Verhalten. Diese machen es erforderlich, die Bedingungen am Ventilauslass zu evaluieren und bei Auslegung/Größe und Auswahl der Ventile zu berücksichtigen. Phasenübergänge, der Joule-Thomson-Effekt, können zu einer Mehrphasenströmung, zur Bildung von CO2-Clathrat (vergleichbar mit der Bildung von Hydrat bei der Erdgasförderung) und möglicherweise sogar von Trockeneis führen, abhängig von den Unreinheiten im Gas.
Um die richtige Ventilgröße zu bestimmen und den entsprechenden Durchflusskoeffizienten (Cv) und Käfigtyp auszuwählen, ist es von äußerster Wichtigkeit, dass die korrekten Fluideigenschaften am Einlass und am Auslass des Ventils verwendet werden. Dazu gehören die vor- und nachgelagerten Werte für Temperatur, Dichte, Kompressibilität und k-Faktor (cp/cv).
Das Konzept der Axialströmung ist eine gute Lösung, da die Strömung direkt nach dem Verlassen des Käfigs in die Rohrleitung gelangt, wodurch zusätzliche Turbulenzen vermieden werden.
Um eine optimale Ventilauswahl zu treffen, ist es unerlässlich, das Phasendiagramm und Fluidverhalten unter überkritischen oder dichten Bedingungen zu verstehen. Die enormen Veränderungen bei der Dichte sind zum Beispiel der Grund dafür, dass Ventile mit Kammern (Kavitäten), in denen Flüssiggas „eingefangen“ werden kann, möglichst vermieden werden sollten. Änderungen bei Druck oder Temperatur in einer Kammer können zu einer Änderung der Fluiddichte und damit zu extrem hohen Drücken in der Kammer führen.
Wasser enthaltendes CO2 kann selbst in sehr niedrigen Konzentrationen Kohlensäure bilden und ist dann korrosiv in Bezug auf Kohlenstoffstahl. Materialien aus Edelstahl (13 % Cr 4 % Ni) weisen einen sehr guten Korrosionswiderstand gegenüber CO2 auf. Wie oben angegeben erfordern die Temperaturen, die auftreten können, besondere Aufmerksamkeit bei der Materialauswahl.
Bei Anwendungen mit sCO2 ist darüber hinaus die Auswahl der Dichtungen von besonderer Bedeutung. Wie oben angegeben verfügt sCO2 über entfettende Eigenschaften, die sich zum Beispiel auf die Leistung des „O“-Ringes und jedes anderen Dichtungssystems auswirken können, sodass Fettschmierung/Fettinjektion erforderlich ist.
Aufgrund der Löslichkeit von sCO2 besteht darüber hinaus ein höheres Risiko auf Rapid Gas Decompression in Elastomeren.
Bei Mokveld Ventilen wird bereits seit Jahrzehnten Edelstahl vom Typ 13 % Cr 4 % Ni verwendet, sowohl für den Ventilkörper als auch für die Einbauten. Unsere Dichtungstechnologie besteht ausschließlich aus Thermoplasten und gewährleistet damit eine Ventillösung mit einer langen Lebensdauer.
Die Engineers von Mokveld können Sie bereits in einer frühen Phase des Projekts unterstützen. Wir können Ihnen dabei helfen, geeignete Ventile für Ihre (s)CO2-Anwendung auszuwählen, das Prozesslayout zu definieren, die richtige Nennweite zu bestimmen und das richtige Material auszuwählen. Durch all dies finden Sie die bestmögliche Ventillösung für Ihre CCS- oder CCUS-Anwendung.
Wünschen Sie weitere Informationen über unsere Ventillösungen für Ihre Projekte im Zusammenhang mit CO2-Abscheidung (-Nutzung) und -Speicherung? Nehmen Sie dann bitte Kontakt mit uns auf. Als Experte für kundenspezifisch konstruierte Ventilsysteme können wir einen zuverlässigen Kundenservice anbieten. Außerdem können wir Sie bei der Auslegung und Auswahl des richtigen Ventils, bei der Prozesstechnik, der Materialwahl und der Preiskalkulation unterstützen.
Bei Fragen zu unseren installierten Ausrüstungen nehmen Sie bitte Kontakt mit unserem Produktsupport-Team auf. Unser Produktsupport-Team steht Ihnen gerne für alle Fragen in Bezug auf unsere installierte Basis zur Verfügung.
