Haalbaarheid Circle-Quest

Inleiding

In veel productieprocessen wordt waterstof of een mengsel van waterstof en stikstof gebruikt als beschermgas. Door de ruimte te vullen met dit gasmengsel wordt zuurstof weggenomen en kunnen de hoogste kwaliteit producten worden gemaakt. De onderstaande figuur geeft een voorbeeld van een soldeeroven. In een dergelijk proces worden, afhankelijk van de omvang, honderden kubieke meters per uur aan gassen toegevoerd. Deze gassen worden veelal centraal geproduceerd en vervolgens over de weg getransporteerd naar de gebruiker. Dit wegvervoer is inefficiënt en zodra een vervoersbeweging meer dan 50 kilometer is, wordt er meer energie verbruikt tijdens het transport dan tijdens de productie van het gas. Daarnaast gaat transport nog eens gepaard met schadelijke emissies zoals fijnstof, CO2 en NOx.

Probleemstelling

Eenmaal aangekomen bij de fabriek worden deze gassen gebruikt als beschermgas. Na gebruik bevat dit gas nog altijd het grootste deel van het waardevolle waterstof, maar nu ook een aantal onzuiverheden die het heeft opgenomen. Dit gas kan door de fabriek dus niet meer gebruikt worden omdat er onzuiverheden in zitten en wordt afgeblazen naar de atmosfeer. Voor het recyclen van het schutgas in de industrie is er op dit moment, voor zover bekend, geen commercieel beschikbaar product.

Technische uitdagingen

Over het algemeen geldt dat de aard van de verontreinigingen complex te verwijderen zijn en dat de afgassen op lage druk beschikbaar komen. Als oplossing kan gedacht worden aan een combinatie van fysisch-chemische scheidingsmethodes en mechanische filtratie. De basis voor dit ontwerp zal een VPSA zijn, hetgeen staat voor Vacuum Pressure Swing Adsorber. Door de juiste adsorbentia te kiezen, kunnen meerdere componenten verwijderd worden en door te bedrijven bij vacuum in plaats van druk, is het hebben van een lage voordruk een minder groot probleem.

Innovatieve oplossing

Deze technologie bestaat op grote schaal reeds, maar is nog nooit ontworpen voor het opschonen van verontreinigende gasmengsels op kleine schaal. Het recyclen van het schutgas zou een goede oplossing kunnen zijn die wereldwijd innovatief is. Hierdoor zou een voor Nederland uniek product kunnen ontstaan dat zowel voor regionale, nationale als internationale markten grote milieu- en kostenvoordelen kan bieden.

Beschikbare kennis

Als beschikbare informatie voor de systeemontwikkeling (die eventueel na de haalbaarheid volgt) kan gebruikgemaakt worden van bij ON2Quest beschikbare kennis op het gebied van adsorptietechnologieën. Voor een deel kunnen daar onderdelen van bestaande stikstof- en zuurstofgeneratoren worden toegepast. Voor een deel zullen er nieuwe technologieën moeten worden ontwikkeld, met name voor verontreinigingen zoals waxen (in sintermetaal) en koolwaterstoffen in bright annealing en sintermetaal. Uit literatuuronderzoek moet blijken of het haalbaar is deze componenten op efficiënte wijze te verwijderen.

Aanleiding

De aanleiding voor het project is dus enerzijds dat industrieel gas op inefficiënte wijze naar eindgebruikers wordt getransporteerd en tegelijkertijd dat ON2Quest expertise heeft die het mogelijk moet maken om gebruikte gassen te zuiveren en hergebruiken. Dit kan zowel kosten- als milieuvoordelen voor de eindgebruikers bewerkstelligen.

Haalbaarheid

Het is op dit moment echter nog niet duidelijk of dit concept technisch en economisch haalbaar is. In technische zin moet worden uitgezocht welke gassamenstellingen gebruikt worden en wat de eisen aan zuiverheid, procescondities en samenstelling zijn. Vervolgens moet worden onderzocht welke onderdelen van een zuiveringssysteem moeten worden ontwikkeld en welke onderdelen er op de markt beschikbaar zijn.

Economische analyse

In economische zin moet worden uitgezocht wat de kostprijs van een dergelijk systeem zou zijn en welke operationele kosten gepaard gaan met het zuiveren van de gasstromen. Dit moet worden afgezet tegen de kosten van het produceren van nieuw gas, waarmee de terugverdientijd van de investering kan worden bepaald.