Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Fundamentals of molten salt pyrolysis for cost-effective production of pure solid carbon and hydrogen from natural gas (PyroSalt)

Alternativ tittel: Grunnleggende om smeltet saltpyrolyse for kostnadseffektiv produksjon av rent karbon og hydrogen fra naturgass

Tildelt: kr 11,3 mill.

Hovedmålet med prosjekt PyroSalt er å demonstrere den tekniske og økonomiske gjennomførbarheten til et nytt PyroSalt-konsept for bærekraftig konvertering av naturgass til hydrogen og ultrareint karbon. Prosessen bruker et smeltet medium, som fungerer som et varmeoverføringsmedium og en katalysator til metanpyrolysereaksjonen, noe som muliggjør høy metan konvertering ved rimelig lav temperatur og liten reaktorstørrelse, dette for å maksimere prosessøkonomien. Det produserte karbonet kan lett separeres til smelteoverflaten ved flotasjon på grunn av dets oppdrift. En CFD modell for bobledrevet strømning i saltreaktor ble utviklet for utforming og optimalisering av det eksperimentelle oppsettet og for å gi innsikt i fenomenene i reaktoren. I tillegg har modellen blitt brukt til å evaluere i hvilken grad reaktorytelsen kan forbedres ved å velge salter med fysiske egenskaper (tetthet, viskositet og overflatespenning) som kan gi forbedret hydrodynamisk oppførsel med hensyn på høy metankonvertering (små og sakte stigende bobler). Selv om resultatene viser at en viss optimalisering er mulig på grunn av det store spekteret av egenskaper for tilgjengelige salter, er forbedringsrommet relativt lite i forhold til viktigheten av andre faktorer som til slutt vil bestemme valget av det smeltede saltet. Mens vi prosesserte disse resultatene for en journalpublikasjon, ble det funnet at modellen overvurderer effekten av bobleoverflatearealet på metankonverteringen sammenlignet med eksperimenter, noe som indikerer at den nåværende antakelsen om en overflatereaksjon er ugyldig. Reaksjonsmodellen er derfor under forbedring. Fra eksperimentell side ble det bygget et oppsett for salt screening og kinetiske studier der metanpyrolyseforsøk ble fullført for flere typer salter (klorider, bromider og jodider). Metankonvertering til hydrogen og karbon varierte og der den høyeste omdannelsen ble oppnådd for MnCl2. Det produserte karbonet hadde en tendens til å flyte til overflaten for de fleste saltene (bortsett fra CaCl2), noe som betyr at utvinning vil være mulig. SEM -bilder har avslørt tilstedeværelse av urenheter både fra saltene og digelen, og der de forskjellige mengder avhenger av type salt. Disse urenhetene ble bekreftet ved XRD-karakteriseringstester, og som også har avslørt at det produserte karbonet hovedsakelig var amorft, selv om det ble funnet grafittlignende topper for MnCl2. Sentrale utfordringer var kjemisk aggressivitet (ødelegger digelen) og rask fordampning av saltene. For bruk i mikrobølgeovn ble et eksisterende oppsett oppgradert og tilpasset for å imøtekomme mikrobølgedrevet smeltet saltmetanpyrolyse. Fokus er på saltene som var undersøkt i de konvensjonell oppvarming eksperimentene. Anvendelse av mikrobølgeovn bringer inn andre dimensjoner i saltscreening på grunn at interaksjoner mellom salt og mikrobølger. Salter er vanligvis ugjennomsiktige for mikrobølgestråling ved lav temperatur, noe som gjør det vanskelig å smelte og varme opp saltet til reaksjonstemperatur. Fokuset er på å finne en kreativ måte å løse denne utfordringen på. Det mikrobølgedrevne PyroSalt-konseptets oppførsel, under smeltende forhold, vil ikke bare avhenge av saltets katalytiske aktivitet under metanpyrolyse, men i stor grad av saltinteraksjonen med mikrobølge (penetrasjonslengde og evne til å absorbere mikrobølger). Flere tilnærminger blir implementert for å adressere de ulike saltenes oppførsel i mikrobølgeovn. De ulike tilnærmingene vil resultere i ulike design av Pyrosalt-reaktor. Pågående arbeid er å utforske lavere temperatur pyrolyse for delvis dekarbonisering av naturgass til nivået 20 % H2, og som trygt kan håndteres av eksisterende naturgassinfrastruktur. Her gjør en salgspris på 500 €/tonn på karbonbiproduktet det delvis avkarboniserte naturgassproduktet billigere enn den innkommende naturgassen. Denne attraktive og enkle prosessen kan operere ved lavest muligige temperaturer for å minimere de tekniske utfordringene ved pyrolyse av smeltet salt, begrense produksjonen av karbon for å få tilgang til høye salgspriser, og unngå alle begrensninger fra mangel på H2- og CO2-overføringsinfrastruktur, noe som gjør prosessen til den ideelle tidlige applikasjonen av pyrolyseteknologi. Parallelt pågår et detaljert modelleringsarbeid av energisystemet for å illustrere hvordan pyrolyse kan hjelpe Norge med å forsyne europeiske land med motstand mot CO2-transport og -lagring med avkarbonisert naturgass.

This project aims at demonstrating the technical and economic feasibility of a novel PyroSalt concept to sustainably convert natural gas to hydrogen and ultrapure solid carbon. The proposed process uses a molten salt, acting as a heat transfer medium and a catalyst to the methane pyrolysis reaction, enabling high methane conversion at reasonably low temperature and small reactor size, to maximize the process economics. The produced carbon can be easily separated to the melt surface by flotation due to its buoyancy. The project proposes a holistic approach combining fundamental modelling and experimental studies, as well as market analysis for setting up business cases for industrial use of the produced carbon. A large focus will be on understanding the complex three-phase reactive flow in the molten salt pyrolysis process. Established CFD models, TGA and flow measurement using dynamic pressure will be used to screen and map out the different parameters influencing the process performance. The dynamic pressure probe will be made to carry out measurement under real reactive conditions, making the collection of flow hydrodynamics data under extreme conditions possible. The measured data includes bubble size and frequency to be used for validation of CFD models and as closures for a 1D phenomenological model for simulation of large scale PyroSalt process. Finally, the potential of implementing a microwave system for heat supply to the endothermic pyrolysis reaction will be tested in the project to demonstrate the ability of the PyroSalt process to completely remove CO2 emissions from natural gas based production of pure carbon and hydrogen. If successfully demonstrated, PyroSalt can maximize the eco-environmental value of natural gas and speed up the transition to an energy dominated by hydrogen and renewable energy

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek