Tilbake til søkeresultatene

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering

Demonstration of Gas Switching Technology for Accelerated Scale-up of Pressurized Chemical Looping Applications

Tildelt: kr 9,2 mill.

Gas switching technology tilbyr et lovende alternativ til chemical looping -applikasjoner for svært effektiv kraft- eller hydrogenproduksjon med integrert CO2-fangst. Når det gjelder demonstrasjonsaktivitetene, har en oksygenbærer på 35 vekt% aktivt innhold, testet under Gas Switching Water Splitting (GSWS), vist god ytelse når det gjelder dampkonvertering til hydrogen og redoks- syklabilitet . Å maksimere CO2-renheten og fangsteffektiviteten i GSWS krever en oksygenbærer med høyt aktivt innhold. En oksygenbærer med 75 vekt% aktivt innhold er blitt produsert og testet, men den hadde vist høyere tendens til karbonavsetning kombinert med agglomerering, noe som skaper driftsmessige utfordringer. En lantanbasert oksygenbærer ble testet under Gas Switching Partial Oxidation betingelser (GSPOx) for kombinert syngassproduksjon og CO2-utnyttelse eller hydrogenproduksjon. Til tross for den høye reaktiviteten og stabiliteten til denne oksygenbæreren, skjer karbonavsetningen ved høyt partialtrykk av metan, som er akseptabelt når syngassproduksjon er hensikten. Dette kan imidlertid være et problem hvis ren hydrogenproduksjon er hensikten, og medfører ytterligere tiltak for hydrogengrensing. Oppsummert bidro de eksperimentelle aktivitetene til å diversifisere de lave CO2-fotavtrykkene til syngass- og hydrogenproduksjon fra metanreformering og optimalisere ytelsen ved å minimere omfanget av karbonavsetning mens den økte verdien av CO2 til anvendbare produkter. Et viktig trekk som har blitt demonstrert gjennom dette arbeidet er tilpasningsmulighetene til den produserte syngass-sammensetningen, og letter den effektive integrasjonen til en rekke nedstrøms GTL-applikasjoner. En 50 kWth pre-pilot-klynge med tre reaktorer som kan operere ved realistisk temperatur og trykk (1100 ° C og 20 bar) ble utviklet og satt i drift, som kan brukes til videre modning og skalering av de forskjellige GST-prosessene. Denne klyngen ble også brukt til å teste den Mn-baserte oksygenbæreren i forbrenningsmodus. Når det gjelder de teknologisk-økonomiske vurderingene, har prosjektet evaluert flere effektive prosesskonfigurasjoner som involverer gas switching teknologi gjennom koblet reaktor og prosessmodellering. Først ble det slått fast at GSC kan eliminere energibestemmelsen for CO2-fangst når den ble integrert i et integrert kraftverk (IGCC) for integrert gassifisering, med den best ytende konfigurasjonen og oppnådd 50% effektivitet gjennom ekstra avfyring med naturgass. Påfølgende arbeid viste at en enklere konfigurasjon ved bruk av GSOP-reaktorer kan forbedre effektiviteten til konvensjonell CO2-fangst for forbrenning i IGCC-anlegg med omtrent 5% -poeng. Økonomiske vurderinger viste at disse konfigurasjonene kan fange opp CO2 for så lite som 23,3 Euros / tonn. Imidlertid vil disse anleggene fungere best som basis kraftgeneratorer, noe som ikke er kompatibelt med økningen av variabel fornybar energi. Av denne grunn ble det fokusert mer på å utvikle iboende fleksible anleggskonfigurasjoner som integreres godt med variabel vind- og solkraft. Den første slike konfigurasjon som ble evaluert var et forbrenning av naturgassfyrt kraftverk med full fleksibilitet til å produsere enten elektrisitet eller rent hydrogen. En påfølgende økonomisk vurdering viste at dette GSR-CC-anlegget fungerer på samme måte som referanse under basis-forhold, men klart bedre enn referanser i et mer realistisk scenario der anlegget opererer under mellomlastforhold for å balansere variabel fornybar energi. To fleksible konfigurasjoner ble også utviklet for anlegg som er drevet av syngass fra fast brensel. Det første alternativet integrerer GSC-reaktorer med en fuktig luftturbin (HAT) kraftsyklus og bruker oksygenbærermaterialet som et energilagringsmedium, slik at forgasseren kan fungere i jevn tilstand, mens kraftsyklusen fungerer fleksibelt. Det gir omtrent 2% -poeng lavere effektivitet og 5% -poeng bedre CO2-unngåelse enn det konvensjonelle GSC-IGCC-anlegget. For øyeblikket undersøkes en annen konfigurasjon der en membranassistert vann-gasskiftreaktor er integrert i GSC-IGCC-anlegget for å gi mulighet for fleksibel kraft- eller hydrogenproduksjon. Foreløpige resultater viser 46% effektivitet med 95% CO2-fangst i kraftproduksjonsmodus. Oppsummert, har en økonomisk vurdering av GSR-teknologien for ren H2-produksjon avslørt muligheten for å produsere hydrogen til en pris som er lavere enn konvensjonell dampmetanreformasjonsteknologi. Et lønnsomt forretningskonsept for oppskalering ble oppdaget, der GSR-H2-anlegget først ble konstruert uten CO2-fangst, noe som resulterte i vesentlig lavere kostnader enn referanseporteføljen. Når CO2-prisene stiger og CO2-transport- og lagringsinfrastruktur er på plass, kan dette anlegget enkelt og billig modifiseres for 98% CO2-fangst fra den konsentrerte CO2-strømmen som naturlig produseres av GSR. Denne funksjonen gjør GSR-H2-anlegget robust for nesten ethvert fremtidig energipolitisk scenario.

The project contributed to diversifying the low CO2 footprint pathways of syngas and hydrogen production from methane reforming and optimizing their performance by minimizing the extent of carbon deposition while increasing the value of CO2 into usable products. An important feature that has been demosntrated through this work is the tunability of the produced syngas compsition thus facilitating its efficient integration to a variaty of downstream GTL applications. A 50 kWth pre-pilot cluster of three reactors able to operate at realistic temperature and pressure (1100 °C and 20 bar) was developed and commissioned which can be used for further maturation and scale of the different GST processes. The outcome from this work package has been presented in eight international conferences and six international journal articles. The GSR-H2 concepts show great potential and can trigger industrial interest after appropriate dissemination of the results obtained.

Gas switching technology offers a promising alternative to chemical looping applications for highly efficient power or hydrogen production with integrated CO2 capture. Oxygen production for oxyfuel CO2 capture is also possible. In order to maximize efficiency, these processes need to operate at elevated pressures, creating serious scale-up challenges for interconnected chemical looping reactors. Gas switching reactors, on the other hand, are simple standalone units that can be scaled up and pressurized without facing unforeseen challenges. The GaSTech project will accelerate the development of gas switching technologies by developing a business case for further technology scale-up. The business case will have two main components: 1) lab-scale demonstration (TRL 4) of gas switching reactor concepts and 2) large-scale technology implementation studies to evaluate techno-economic feasibility of process concepts incorporating gas switching reactors. Specialized partners will be responsible for each individual project component. Experimental demonstration will utilize an existing reactor at NTNU that has been successfully used for demonstration of pressurized gas switching combustion. ETH will select and pre-test the oxygen carrier materials to be manufactured by ESAM for demonstration purposes. SINTEF will utilize existing large-scale gas switching reactor models to provide input to process simulations done by TUHH and UPM. Using this data, UBB will carry out economic assessments for the different processes and HAYAT will assess the business case. GaSTech will investigate four gas switching technologies: combustion, reforming, water splitting and oxygen production. The clear similarities between these processes will allow for efficient parallel assessment in a single project. In this way, GaSTech will maximize the likelihood of developing the compelling business case required for an immediate follow-up project at TRL 6.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering