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. CFD modellen for bobledrevet strømning i saltreaktor, utviklet tidligere i prosjektet, har blitt validert mot eksperimentelle resultater i laboratorieskala. Modellen er derfor tilgjengelig for utformingen 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, som for eksempel katalytisk aktivitet, fordampningshastighet, aggressivitet mot reaktormaterialer og effekt på renheten av det produserte karbon. 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 utvinningen ville være mulig. SEM -bilder har avslørt eksistensen 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. Det ble observert at toppene ble skarpere ettersom fraksjonen av MnCl2 ble økt i NaCl-smelta. Videre termisk behandling av de MnCl2 -baserte prøvene ved 1300 ° C har ikke vist merkbar endring på toppens skarphet, noe som antyder at de analyserte prøvene er ikke grafittisk karbon. Sentrale utfordringer var kjemisk aggressivitet (ødelegger digelen) og rask fordampning av saltene. De første teknoøkonomiske vurderingen av den smeltede saltpyrolyseprosessen viste gode utsikter for teknologien. I forhold til konvensjonell blå hydrogenproduksjon (dampmetanreformering med CO2-fangst) unngår pyrolyse betydelige kostnader knyttet til dampproduksjon, vanngassskiftreaksjoner og CO2-fangst, transport og lagring. Bortsett fra tekniske utfordringer med reaktoren, er det viktigste hinderet for den teknoøkonomiske suksessen til denne teknologien marketstørrelsen for det rene karbonproduktet. En foreløpig vurdering av karbonmarkedene viste at en moden smeltet saltpyrolyseteknologi kan selge karbon til priser (200-300 ?/tonn) som kan konkurrere i store markeder i metallurgiske og kjemiske prosessindustrier. Tilgang til så store markeder gjør pyrolyseteknologien ideell for produksjon av rent hydrogen fra naturgass i land med betydelig motstand mot CO2-transport og -lagring. Mindre karbonmarkeder med høyere priser som karbonanoder og grafitt (> 400 ?/tonn) kan sikre lønnsomheten til dyrere tidlige anlegg og bidra til å redusere teknologikostnadene via læring og skala. I tillegg ble potensialet for bruk av smeltet saltpyrolyse for å konvertere høyere hydrokarboner (som dekomponerer ved mye lavere temperaturer enn metan) i naturgass som et forbehandlingstrinn til konvensjonell blå hydrogenproduksjon også undersøkt. Selv om det krever CO2 -transport og -lagring, øker denne konfigurasjonen H2/ C-utgangsforholdet til anlegget, og reduserer mulige begrensninger på grunn av størrelsen på karbonmarkedet, samtidig som økonomien til blått hydrogen forbedres betydelig. Det sendes inn to artikler som oppsummerer de to teknoøkonomiske vurderingsstudiene.

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

Aktivitet:

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