Tilbake til søkeresultatene

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering

Corrosion and cross chemical reactions in pipelines transporting CO2 with impurities

Alternativ tittel: Korrosjon og kjemiske reaksjoner i rørledninger som transporterer CO2 med urenheter

Tildelt: kr 10,0 mill.

CO2 fra fangstanlegg vil alltid inneholde mindre mengder urenheter. Det er velkjent at enkelte av urenhetene kan reagere og danne korrosive faser eller partikler. For å oppnå en trygg og pålitelig transport av CO2 må det dokumenteres hvilke CO2-kvaliteter man må ha for å unngå korrosjon og partikler i CO2 strømmen. Spesielt har det vært mye fokus på akseptable nivåer (maksimumsnivåer) av for eksempel H2O, H2S, NOx, SOx, CO, O2. Tidligere forsøk ved IFE har vist at det kan dannes sterke syrer (svovelsyre og salpetersyre) og partikler av elementært svovel selv med ppm-nivå av enkelte urenheter. Det er lite relevante felt- og laboratoriedata tilgjengelig på dette området. Kombinasjonen av forsøk med høyt trykk og svært små konsentrasjoner (ppm-nivå) av urenheter er utfordrende, rent eksperimentelt. Det er derfor behov for avansert testutstyr og omfattende testing for å bestemme hva som er akseptable nivåer av urenheter. CO2-strømmenr fra ulike fangstanlegg er trolig stabile hver for seg, men det må studeres hva som skjer når de blandes i et større transportnettverk (rørledninger). Hovedmålet for prosjektet er å generere nødvendige eksperimentelle data som gjør det mulig å etablere et trygt operasjonsvindu for CO2 transport. Man må da kunne prediktere når det kan dannes korrosive faser og faste stoffer (elementært svovel, korrosjonsprodukter). En av de største eksperimentelle utfordringene er å kontrollere den lave konsentrasjonen av urenheter (på ppm nivå), som forbrukes hurtig gjennom korrosjon og reaksjoner. IFE har gjennom flere prosjekter støttet av CLIMIT bygd autoklaver og en loop som har et spesielt fødesystem for kontinuerlig dosering av CO2 og urenheter ved høye trykk. Dette systemet har blitt aktivt brukt i prosjektet for å studere CO2 (væske, superkritisk) med urenheter. Prosjektet har dokumentert at enkelte CO2-sammensetninger er trygge uten fare for korrosjon eller dannelse av andre reaksjonsprodukter som kan skape problemer. Men forsøkene har også vist at enkelte CO2-sammensetninger (avhengig av konsentrasjon og type urenhet) kan gi korrosjon av karbonstål, selv ved lavere konsentrasjoner enn det man tidligere har antatt. Det har dermed blitt vist eksperimentelt at det er viktig å ha full kontroll på hvilke urenheter man har i fangstanlegget og passe på å fjerne (rense) urenheter som kan gi korrosive reaksjonsprodukter. Forsøk har vist at når alle fire urenhetene NO2, SO2, H2S og O2 er tilstede så vil NO2 og H2S reagere og danne SO2, NO og vann, mens NO og O2 reagerer og danner NO2 igjen. Som et resultat av oksidasjon av H2S til SO2 vil totalkonsentrasjonen av SO2 øke. Når konsentrasjonen av SO2 overstiger en kritisk grense, på omtrent 65ppm, starter det ytterligere reaksjoner som danner en ny fase som inneholder vann og sterke syrer (svovelsyre, salpetersyre). Det er derfor viktig å holde konsentrasjonen av SO2 og H2S (summen av begge) vesentlig lavere enn 65 ppmv. I forsøk med 10 ppmv hver av H2S, SO2 og NO2, og 20 ppmv O2 ble det ikke dannet syre, men reaksjonen mellom H2S og NO2, og NO og O2, gikk fortsatt. For CO2 blandinger med færre komponenter, som NO2 + H2O eller SO2 + O2 + H2O kunne høyere konsentrasjoner tolereres men grenseverdiene må tilpasses spesifikt hver kombinasjon av urenheter. Prosjektet har målt løselighet av elementært svovel, svovelsyre og salpetersyre i flytende og superkritisk CO2, og denne informasjonen har blitt brukt til å utvikle en løselighetsmodell som er tilgjengelig via programvare fra OLI systems. Man kan dermed hente ut løselighetsdata som funksjon av trykk og temperatur. På sikt er målet å utvikle dette systemet enda mere slik at det blir mulig å simulere hvilke reaksjoner som vil skje i en gitt CO2-blanding. Løselighet av svovel har blitt målt ved 25, 40 og 60 °C i trykkområdet 80-280 bar. Det er godt samsvar mellom modellen og de eksperimentelle data. Svovelløseligheten varierer sterkt med temperatur og CO2-trykk, typisk i området 1 ? 250 mg per kg CO2. Løselighet av svovelsyre og salpetersyre ble målt ved 25 og 48 °C og 80, 100, 170 bar. Forsøkene viser at salpetersyre har mye høyere løselighet (~500-2500 ppmv) enn svovelsyre (~0.4 ? 8 ppmv), men det er en noe kompleks sammenheng mellom trykk og temperatur. På grunn av sin lave løselighet vil svovelsyre være vanskelig å fjerne om den først har blitt dannet, og korrosjon vil forløpe inntil syren er forbrukt eller oppløst i CO2-fasen.

Although dense phase CO2 has been transported for more than 30 years, there is limited knowledge about corrosion and bulk phase reactions when the CO2 contains flue gas impurities like SOx, NOx, O2, and CO, in addition to H2O and H2S. A number of tentative CO2 specifications and recommendations for maximum acceptable impurity concentrations are published, but the justification for the proposed recommendations can be questioned. Apparently none of the reported CO2 compositions presently transported in pipelines include flue gas impurities and as concluded in a recent review hardly any lab data were found supporting the suggested CO2 specifications. The lack of relevant corrosion data from the lab and the field makes corrosion predictions impossible and the maximum impurity concentration specified for pipelines in some of the recent projects are therefore very strict, probably too conservative. The objective of the project is to determine the safe operation window for transport of dense phase anthropogenic CO2 containing mixtures of impurities. Corrosion and cross chemical reaction will be studied in IFE's dense phase CO2 lab. The lab is equipped with a state of the art loop built in the KDC I project (Project 221162, Impurity reactions in dense phase CO2-corrosion and solid formation) and advanced autoclave systems where impurities can be dosed and analyzed continuously. The project will deliver an experimental data base and a model that give the CCUS industry a tool for design and operation of pipelines and other facilities that handle impure CO2 for EOR and sequestration of CO2.

Aktivitet:

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering