Pós-Combustão - Programa de Engenharia Química

Transcrição

Colóquio Anual de Engenharia Química
COPPE/UFRJ - 2008
Tecnologias de Seqüestro
de Carbono para Mitigação
das Mudanças Climáticas
Gustavo Torres Moure
PETROBRAS/CENPES
A Terra está aquecendo!
IPCC Working Group I Technical Summary
Variação na temperatura média anual, 2071 a 2100, relativa a 1990:
Média global em 2085 = 3.1oC
O Mundo Necessita de Energia para Crescer
PIB per capita, M US$
45
Japão
40
Noruega
35
Alemanha
30
Itália
Espanha
20
10
5
EUA
França
25
15
Suécia
Reino Unido
Austrália
Canadá
Nova Zelândia
Taiwan
Portugal
Coréia
Argentina
Chile México
Brasil
Rússia
0
India 0
0,1
0,2
0,3
0,4
Consumo de energia per capita (Quad Btu)
0,5
Como está o
Brasil “na
foto”?
EMISSÕES DE GEE NO BRASIL
Angela Martins de Souza – Coordenadora de Emissões Atmosféricas e Mudanças Climáticas -20/03/2007
Fornos
Turbinas
100% AB
Tochas
Caldeiras
Regeneradores FCC
74% AB
76% AB
81% EP
48% EP
Inventário de Emissões das Principais Fontes - Petrobras
Objetivos (2007-2012) : Prover
soluções tecnológicas para a
minimização do risco carbono
nos processos e produtos da
Petrobras , visando contribuir
para o aumento da
sustentabilidade de seus
negócios e o alcance das metas
estratégicas para mitigação das
mudanças climáticas globais
Focos do
Programa
Sequestro de
Carbono
Eficiência
Energética
Mudança Climática:
Impactos, vulnerabilidades
e adaptação
Avaliação da performance ambiental nos ciclos de vida dos combustíveis fósseis e energias
renováveis
Desenvolvimento
Tecnológico
Mundial em CCS*
Demonstration
Demonstração
Industrial
CARSON (4,0 mil.ton/ano); 2011 – EUA;
HALTEN (2,5 mil. ton/ano); 2012 – Noruega;
WEYBURN (1,8 mil. ton/ano); 2000 a 2004 – Canadá;
SALT CREEK (1,8 mil. ton/ano); desde 2004 – EUA;
IN SALAH (1,2 mil. ton/ano); desde 2004 – Algária;
MILLER (1,3 mil. ton/anor); 2009 – Escócia
MONGSTAD (1,3 mil. ton/ano); 2014 – Noruega;
FUTUREGEN (1 - 2,5 mil.ton/ano); 2013 – EUA;
SLEIPNER (1,0 mil. ton/ano); desde 2006 – Noruega;
Pilot
Piloto
ECBM; 1997 a 2007 – Canadá;
ECBM; desde 2002 – China;
CASTOR; desde 2004 – Europa;
CANMET; desde 2004 – Canadá;
CO2 SINK; desde 2004 – Alemanha;
MEMBRANES; 2003 a 2010 – EUA;
ITC CO2 CAPTURE; desde 1999 – Canadá;
CCS ON BASALTIC FORMATIONS; since 2006 – India;
PROJETO FRIO; 2002 a 2003 – EUA;
RECOPOL; 2001 a 2004 – Polônia;
LACQ BASIN; 2008 – França;
ZAMA; desde 2006 – Canadá;
P&D
CCP II
Rede Temática de Mitigação de Mudanças Climáticas
*Prospecção TecnológicaCENPES/PDEDS COMEG2006/ Rev.abril 2007
Principais Metas do PROCLIMA relacionadas ao
seqüestro de carbono
Metas Críticas
• Demonstração: 2009
1.
Desenvolver tecnologias de separação e
captura de CO2 que permitam uma redução
significativa de custos (redução de 50%)
das emissões evitadas de GEE nas
unidades industriais.
(250 tons CO2/dia)
• Industrial: 2012
(900 tons CO2/dia)
• Piloto: 2008
2.
Desenvolver tecnologias de
armazenamento de CO2, avaliação de risco,
monitoramento, mensuração e verificação,
assegurando a segurança do
armazenamento geológico.
(350 tons CO2/dia)
• Demonstração:
2012 (900 tons
CO2/dia)
•
3.
Implantar um projeto piloto/demonstração
de reflorestamento para avaliar a fixação de
carbono na biomassa e obtenção de
créditos de carbono.
Demonstração :
2009 (2,000 ha)
Créditos de Carbono
2010
Gerenciamento de Carbono
Opções para Mitigação das Mudanças Climáticas
Eficiência
Energética
Produtor
Descarbonização
Redução da
relação C/H
Hidrogênio
Nuclear
Consumidor
Renováveis:
Solar, Eólica,
Biomassa,
Geotérmica,
Hidrológica
Seqüestro
Direto (Captura e
Armazenamento)
Indireto (fixação
do CO2
atmosférico)
Fonte: adaptado de– Howard Herzog / MIT/EUA, em Seqüestro de Carbono: um caminho para Mitigação das Mudanças Climáticas, CENPES 13 de agosto de 2004
SEQÜESTRO DE CARBONO
Definição do DOE: “Captura e armazenagem segura
de CO2 que de outro modo seria emitido para a
atmosfera ou permaneceria nela”
DIRETO
Separação/Captura do CO2
emitido de fontes estacionárias
e armazenamento em
sumidouros
INDIRETO
Estimulação de processos
naturais
DOE – Departamento de Energia dos EUA
Seqüestro de Carbono - Principais Opções
DIRETO
Captura e Armazenamento
INDIRETO
Estimulação de Processos Naturais
Injeção em Minas de
Carvão não Ativas
Florestamento e
Reflorestamento
Injeção em
Águas Profundas
Uso em Recuperação
Avançada de Petróleo
ou Injeção em
Reservatórios
Depletados de
Óleo, Gás ou em
Aquíferos Salinos
Carbonatação
Mineral e de
resíduos
industriais
Fertilização de
Oceanos
Melhoramento
Genético de
Plantas
Fonte: adaptado de Technological Options to Adress Global Climate Change – Rita A.
Bajura / National Energy Technology Laboratory, First National Conference on Carbon
Sequestration, 14-17 may 2001
OPÇÕES TECNOLÓGICAS PARA CAPTURA DE CO2
Tecnologias Básicas de Captura de CO2
PROCESSOS
Processos Industriais
Pós-Combustão
Pré-Combustão
Combustão com
Oxigênio (Oxyfuels)
TECNOLOGIAS
Absorção
Adsorção
Membranas
Criogenia
Novas Tecnologias
Absorção
Absorção
Química
Química
Aminas
Cáusticas
Adsorção
Adsorção
Química
Química
(TSA)
(TSA)
Membranas
Membranas
Membranas
Membranas
Orgânicas
Orgânicas
Óx. Metálicos
Polissulfona
Outros
Poliamida
Deriv. de celulose
Outros
Outros
Física
Física
Criogênia
Criogênia
Física
Física
(PSA,TSA)
(PSA,TSA)
Membranas
Membranas
Inorgânicas
Inorgânicas
Selexol
Zeólita
Metálicas
Rectisol
Carvão
Cerâmicas
Outros
Gel Si/Al
Outros
Novas
Novas
Tecnologias
Tecnologias
Chemical
Chemical
looping
looping
Hidratos
Hidratosde
de
CO
CO2
2
Bombas
Bombas
EletroEletroquímicas
químicas
Microalgas
Microalgas
TENDÊNCIAS DAS TECNOLOGIAS DE CAPTURA DE CO2
O processo de absorção com solventes,
especificamente aminas, é considerado
como tecnologia de referência (base)
para a captura de CO2.
As pesquisas em captura de CO2 se
concentram em duas áreas:
– Aumento da eficiência do processo de
absorção de CO2 com aminas
– Desenvolver tecnologias alternativas de
captura (adsorção, membranas,
criogenia, novas tecnologias) que tenham
potencial de redução significativa nos
custos de captura de CO2.
CUSTOS DA CAPTURA DE CO2
Status of Capture and Storage of CO2 and H2-production technologies
by Paul Freund - IEA Greenhouse Gas R&D Programme
Howard Herzog - MIT Energy Laboratory
Workshop on Carbon Sequestration Science
May 22, 2001
PROCESSOS
Pós-Combustão
Pré-Combustão
Combustão com
TECNOLOGIAS
Absorção
Adsorção
Membranas
Criogenia
Novas Tecnologias
Captura Pós-Combustão
Nos processos de pós-combustão, o gás exausto está quente,
saturado com vapor de água e a uma pressão próxima da
atmosférica. O teor de CO2 é baixo e contém contaminantes
como O2, gases ácidos (SOx, NOx) e particulados.
Sem a opção da captura de CO2:
•Volume muito maior de
reservatórios para estocar o gás
de queima
•Muita energia necessária para
comprimir o gás para injeção nos
reservatórios.
Para captura, as baixas pressão
e concentração de CO2
significam que equipamentos
grandes e caros serão
necessários.
Concentração de
CO2 no gás de
queima, (vol%)
Pulverised
coal fired
14
Coal fired
IGCC
9
Natural gas
combined
cycle
4
Pós-Combustão - Absorção por Aminas
C
O
O
Atm P
C
N
H
HC
HC
+
O
N
O
H
H
HCH
H
HC
C
N N
Low T
O
O
- Nitrogen atom
- Hydrocarbon group
HC
C
O
O
- Carbon dioxide molecule
Atributos dos Solventes
Cinética de Reação
Capacidade
Calor de Reação
Custo
Corrosão
Viscosidade
Degradação por Oxidação
N
N
C
O
N
+
O
Aminas Primárias
MEA
Monoetanolamina
DGA
Diglicoamina
AMP
2-amino-1-metil-1-propanol
Aminas Secundárias
DEA
Dimetilamina
AEEA
Aminoetietanolamina
DIPA
Diisopropilamina
Aminas Terciárias
MDEA
Metildietanolamina
TEA
Trietanolamina
Pós-Combustão - Absorção por Aminas
2RNH2 + CO2 <-> RNH3+ + RNHCOO-
Cost, $/tonne CO2 avoided
Pós-Combustão - Absorção por Solventes
60
50
6
Fixed O&M
9
Variable O&M
(MEA degradation)
40
30
Novos solventes
– Baixo calor de absorção
(regeneração)
26
Energy use
20
10
DESAFIOS
TECNOLÓGICOS
14
Capital cost
0
Cost breakdown of
MEAprocess
process
MEA
(Singh D et al., 2003, Energy Convers and Mgmt., 44: 3073-3090)
– Alta capacidade de
absorção
– Baixa velocidade de
degradação
– Baixa corrosão
Contactores gás-líquido de
alta eficiência
Integração Energética
Caso Base
2. Aumento da
capacidade de
absorção do
solvente em 4 vezes
1. Aumento da
transferência de
massa do recheio
em 4 vezes
1+2
Exemplo de Integração Energética e Otimização de Processo
Absorção –Desenvolvimento de Solventes
Aminas com impedimento estérico
Adição de grupos químicos à amina para alterar sua
estrutura molecular e diminuir a interação com o CO2,
reduzindo a energia requerida para a regeneração.
Solventes misturados/promovidos
Piperazina tem uma cinética de absorção aprox. 20
vezes maior do que a MEA, mas seu custo é aprox. 8
vezes mais alto. Solução aquosa (30%) de misturas de
aminas (90% MEA e 10% PZ) é considerada uma
alternativa promissora.
Amônia Resfriada (Chilled Ammonia)
Absorção – Chilled Ammonia
Esquema do processo de Absorção com Amônia Resfriada da Alstom
Absorção – Chilled Ammonia
Vantagens da Amônia
Captura de CO2
energeticamente eficiente (?)
Grande capacidade de
absorção de CO2 por unidade
de volume de solução (?)
Regeneração a alta pressão
Baixo calor de reação
Baixo custo do reagente (NH3)
Sem degradação do solvente
durante a absorçãoregeneração
Tolerância ao oxigênio e
demais contaminantes
Chilled Ammonia - Comparação com MEA
Chilled Ammonia - Comparação com MEA
PROCESSOS
Pós-Combustão
Pré-Combustão
Combustão com
TECNOLOGIAS
Absorção
Adsorção
Membranas
Criogenia
Novas Tecnologias
Pós-Combustão - Adsorção
Desafios tecnológicos:
– Bom desempenho nas condições operacionais:
• Para pós-combustão, baixa pressão parcial de CO2 e
temperatura moderada;
• Para pré-combustão, alta temperatura e pressão parcial de
CO2 moderada.
– Reduzir as perdas energéticas típicas dos ciclos PSA e TSA;
– Melhorar as propriedades do adsorvente:
• Capacidade de adsorção;
• Taxas de adsorção/dessorção
• Durabilidade
• Sensibilidde a contaminantes (H2O, O2, SOx, NOx, etc..).
Estado da arte: peneiras moleculares (13X) e carvões
ativos
Adsorventes de Alto Desempenho (Alto Custo)
Adsorventes Híbridos InorgânicosOrgânicos
Vantagens:
– A natureza mesoporosa do substrato proporciona boa difusão
do adsorbato para dentro e fora da estrutura;
– O mecanismo de adsorção envolve a formação de ligações
químicas e é, portanto, diferente da adsorção tradicional
(fisissorção) e traz como benefício maior seletividade ao CO2 a
baixas pressões
– Na presença de água, a capacidade de adsorção pode aumentar
devido a uma mudança no mecanismo de quimissorção
(bicarbonatos).
MOFs – Metal Organic Frameworks
Estruturas nanocristalinas
constituídas de um núcleo inorgânico
(íon metálico) ao qual estão
conectados ligantes orgânicos.
Adsorventes de Alto Desempenho (Alto Custo) - MOFs
A capacidade de adsorção desses materiais é
proporcional à área superficial (1500-4500 m2/g),
típico do mecanismo de fisissorção;
A estabilidade térmica dos MOFs é menor do que
as zeólitas tradicionais, devido à menor energia
de ligação metal-ligante. Isso limita os MOFs a
aplicações a temperaturas inferiores a 300oC.
A pressões baixas (1-10 atm), algumas zeólitas
apresentam maior capacidade de adsorção do
que os MOFs. Entretanto, essa capacidade se
reduz a um terço para pressões superiores a 10
atm.
MOFs apresentam seletividade a CO2 maior do
que a CH4 ou H2. Contudo, a seletividade a água
é significativamente maior do que a CO2.
ESA – Electrical
Swing Adsorption
com Carbono
Mesoporoso
preparado via
Replicação Reversa
com Sílica
Mesoporosa (SBA-15)
Sorventes de Baixo Custo (Baixo Desempenho )
Flue gas
sem CO2
Calor
Eletricidade
CO2
CaO
Carbonatador
Calor
Calcinador
Combustor
CaCO3
Flue gas
Altas Temperaturas
CaO + CO2 Æ CaCO3
Baixas Temperaturas
Na2CO3 + H2O + CO2 Æ 2KHCO3
K2CO3 + H2O + CO2 Æ 2KHCO3
Flue gas
“without” CO2
CO2
Calciner
T>870 C
Carbonator
T=600-700C
Flue gas
Heat
CaO
CaCO3
PROCESSOS
Pós-Combustão
Pré-Combustão
Combustão com
TECNOLOGIAS
Absorção
Adsorção
Membranas
Criogenia
Novas Tecnologias
Project Participants
CACHET Base Case
Baseline design and cost estimate
State of the art 2006
Reference case: Natural Gas CCGT with no capture
Base case: Hydrogen CCGT with capture (MDEA)
Sorption Enhanced WGS
– SEWGS
Feed step
CO + H2O Ù CO2 + H2
syngas
adsorbent
57% H2
16% H2O
16% CO
10% CO2
0.5% CH4
adsorbent
and catalyst
90% C removal
decarbonized
fuel gas
87% H2
8% H2O
0.5% CO
2% CO2
0.5% CH4
Multiple beds cyclic (PSA) process
¾ Reaction / adsorption / regeneration
Removes CO2 from hot syngas (400-500°C), leaving hot decarbonised fuel
Water gas shift catalyst + high temperature CO2 adsorbent
¾ K2CO3 promoted Hydrotalcite on a structured support
¾ Catalyst is an iron-chromium type on a structured support
Le Chatelier’s Principle overcomes equilibrium-limited shift reaction and
minimises CO slip
Sorption Enhanced WGS – SEWGS Single Column Apparatus
2 m tall, 44 mm diameter, 7
thermocouples
Cyclic adsorption capacity of
sorbent verified
Sorbent is stable
Sorption Enhanced WGS – SEWGS Multi-Column Apparatus
Objectives
demonstrating the fully cyclic process in a
multi-column lab-scale test rig
using the generated process data to estimate
industrial-scale performance
produce recommendations for commercial
scale-up
Design
Six 6 m high, 38 mm ID columns
Columns insulated and filled with adsorbent +
catalyst
Design conditions:
Maximum bed temperature: 550°C
Maximum pressure: 31 bara
Feed gases:
CH4, CO, CO2, H2, N2, Steam
SEWGS - Technical and
Economic Performance
MWGS
Net Power (MWe)
448.2
Efficiency (% LHV)
49.0
Capture rate (%)
99.9
TIC (m€)
501
Cost of Capture (€/t CO2)
53
SEWGS
41.7
85
PROCESSOS
Pós-Combustão
Pré-Combustão
Combustão com
TECNOLOGIAS
Absorção
Adsorção
Membranas
Criogenia
Novas Tecnologias
Tecnologias de Membranas para Captura de CO2
Corrente
Mistura de gases
Permeado
(Corrente de
interesse)
Aplicação
Ar
N2/O2
O2
Oxi-combustão
Pré-combustão
(gasificação)
Gás de
Queima
N2/O2/ CO2 …..
CO2
Pós-combustão
Gás de
síntese
CO2/CO/H2O/H2
CO2 ou H2
Pré-combustão
Gás
Natural
CH4/ CO2/H2S/
C2H6/C3H9
CO2 e H2S
Purificação de GN
(sweetening)
Tecnologias de Membranas para Captura de CO2
Tipos de Membranas
Estrutura
Formato
Poliméricas
Simétrica
Tubos
Híbridas
Assimétricas
(Suportadas)
Fibras Ôcas
Inorgânicas
Densas (não porosas)
Multicanais
Transporte Facilitado
(Líquidos Suportados)
Porosas
Honeycomb
Contactores
Placas
Espirais
PROCESSOS
Pós-Combustão
Pré-Combustão
Combustão com
TECNOLOGIAS
Absorção
Adsorção
Membranas
Criogenia
Novas Tecnologias
Membranas – Pós-combustão
Desired
properties
to be
competitive
with MEA
Current
commercial
membranes
Membranas Poliméricas
– Vantagens
• Custo
• Modularidade
• Empacotamento
– Desvantagens
• SeletividadePermeabilidade nas
condições de póscombustâo
(seletividade > 120
para %CO2 = 10%)
Estratégias de P&D para membranas
poliméricas
– Aumento da solubilidade do CO2 através de
mudanças na composição do polímero
– Aumento da difusão do CO2 via alteração da
compactação do polímero
– Copolímeros (segmentos rígidos e moles)
– Membranas de carbono (operações a altas T,
mas menor resistência mecânica)
– Membranas mistas (inorgânicas-orgânicas)
– Membranas de transporte facilitado
Membranas poliméricas
mistas
Membranas transporte
facilitado
PCT: Hägg, MB, Kim TJ, Li,B.: WO2005/089907
Desenvolvimento
de Sistemas de
Contato GásLíquido
(Membrana
Polimérica)
PROCESSOS
Pós-Combustão
Pré-Combustão
Combustão com
TECNOLOGIAS
Absorção
Adsorção
Membranas
Criogenia
Novas Tecnologias
Membranes for Reforming/
WGS Reactions
Objectives
Develop, and evaluate the potential of Pd H2 membrane
reactors for CO2 capture in NGCC
Includes
Development of
membranes for both
WGS and reforming
Membrane
performance testing
Membrane reactor
design for both WGS
and reforming
Techno economic
Low-CO2 flue
gas
CO2 to cleanup and
compression
H2O
Heat recovery steam
generator
Heat
Natural gas
H2, H2O
GT
turbine
Membrane
reactor
Air
H2O
GT
compressor
~
Generato
H2 Membrane Reactors
Principle
H2O
High-pressure side
Syngas (CO, H
2, CO2)
or natural gas
Sweep flow
(steam, nitrogen)
CH4+H2O
H2
CO+3H2
H2
CO+H2O
Membrane
H2
Catalyst particles
CO2+H2
H2
Retentate
CO2, H2O,
(H2, CO, CH4)
Permeate hydrogen
in sweep flow
Low-pressure side
Steam reforming: CH4 + H2O
Water-gas shift: CO + H2O
CH4 + 2 H2O
3 H2 + CO ('H = 206 kJ/mol) @ 400 - 600°C
H2 + CO2 ('H = - 41 kJ/mol)
@ 300 - 400°C
4 H2 + CO2
• Parallel reaction and H2 removal (for both WGS and SMR)
• Shift equilibrium towards high conversions
• WGS reaction and separation at increased temperature
• Reforming at decreased temperature
H2 Membranes Development –
SINTEF PdAg membrane (WGS)
H2 Membranes
Development - Dalian

Application of inorganic sol to the ceramic support
Deposition of Pd membrane via electroless plating
Drying and Calcination
Membrane thickness:1.4-6.5P; length: 10-50 cm (44-220 cm2)
H2 Membranes Evaluation
in Reformate - Dalian
-3
permeate/retentate flux (mol/s)
1.2x10
membrane 74A213
-3
1.0x10
1.5 m thick Pd
permeate
8 cm long
-4
8.0x10
35.2 cm2 area
-4
6.0x10
single gas fluxes
-4
4.0x10
retentate (dry)
T = 673 K, PH2 = 0.1 MPa
-4
2.0x10
JH2 = 0.7 mol/m2/s
0.0
0
50
100
150
200
JH2/JN2 > 5000
time (h)
T = 673 K, PH2 = 1 MPa
Ppermeate = 0.1 MPa, no sweep
Jreformate = 1.85u10-3 mol/s
58.9% H2, 0.9% CH4, 11.6% CO, 5.9% CO2, 22.6% H2O, 0.1% N2
Membrane Performance
Reformate vs. H2/N2 mix
100%
12000
10000
80%
70%
8000
H2 recovery in H2/N2 mixture
60%
H2 recovery in reformate
6000
permeate flux(ml/min)
H2 recovery
90%
membrane 74A236
H2 recovery from
reformate inhibited
with respect to
H2/N2 mixture
permeate flux in H2/N2 mixture
50%
permeate flux in reformate
40%
0. 2
0. 4
0. 6
0. 8
1
4000
1. 2
pressure difference(MPa)
T = 673 K, PH2 = 1 MPa
Ppermeate = 0.1 MPa, no sweep
Jreformate = 17000 ml/min
73% H2/27% N2 mixture
reformate: 74.0% H2, 0.9% CH4, 0.2 % CO, 24.6% CO2, 0.3% N2
H2 Membranes – ECN -Test rig
setup + membrane reactor
Test rig
Membrane reactor
Retetante vent
Air in
CH4
H2O
Gas analysis
H2
CO2
8x
CO
N2
Air
H2O
N2
Air out
Permeate vent
•GC Sampling on all tubes
•Fully automated
Air
Air
Manifolding
H2 Membrane Reactors - Technical
and Economic Performance - PDC
MRef
MWGS
Net Power (MWe)
436.2
448.2
Efficiency (% LHV)
47.7
49.0
Capture rate (%)
99.9
99.9
TIC (m€)
600
501
Cost of Capture (€/t CO2)
70
53
Base Case CO2 captured cost(€/t) = 114
PROCESSOS
Pós-Combustão
Pré-Combustão
Combustão com
TECNOLOGIAS
Absorção
Adsorção
Membranas
Criogenia
Novas Tecnologias
Oxygen Transport Membranes
PROCESSOS
Pós-Combustão
Pré-Combustão
Combustão com
TECNOLOGIAS
Absorção
Adsorção
Membranas
Criogenia
Novas Tecnologias
CHEMICAL
LOOPING
COMBUSTION
(CLC)
Chemical Looping é
uma nova tecnologia
de combustão
baseada na
transferência de O2
do ar de combustão
para o combustível
por meio de um
óxido metálico que
atua como carreador
desse oxigênio
O ponto central da tecnologia é um sistema de dois reatores com
circulação contínua de sólidos:
Reator de combustão: 4MeO + CH4 Æ4Me + 2H2O + CO2
Reator de Separação do Ar: 4Me + 2O2 Æ 4MeO
PROCESSOS
Pós-Combustão
Pré-Combustão
Combustão com
TECNOLOGIAS
Absorção
Adsorção
Membranas
Criogenia
Novas Tecnologias
Chemical Looping
Reforming
Can the chemical-looping concept be used for generation
of hydrogen from natural gas, with capture of carbon
dioxide ?
• Fuel is oxidized using metal
oxide as an oxygen carrier,
which transfers oxygen from
combustion air to the fuel
• Fuel and air are not in direct
contact Î pure stream of CO2 is
obtained without need of extra
energy or any new separation
equipment
Chemical Looping
Reforming
Two process concepts, CLR (a) and CLR(s):
Chemical-Looping autothermal Reforming
Chemical-Looping steam Reforming
• Partial oxidation of the fuel
Î create an gas mixture
• Pure hydrogen after shiftreactor and CO2 removal of
adsorption or absorption
method
Chemical Looping
Reforming
Two process concepts, CLR (a) and CLR(s):
Chemical-Looping autothermal Reforming
Chemical-Looping steam Reforming
• Ordinary steam reforming
BUT heat supplied by
CLC combustion.
• Fuel reactor supplied with
offgas from PSA unit (i.e.
H2 separation)
Chemical Looping Reforming –
Oxygen Carriers
Particle development – criteria's for an oxygen carrier:
High reactiviy with fuel and oxygen
Low fragmentation and abrasion
Low tendency for agglomeration
Low production cost and preferably being environmentally sound.
60% NiO on 40% MgAl2O4
Ilmenite FeTiO3
95% Mn3O4 + approx
5% Fe2O3)
Chemical Looping Reforming –
CLR Process Scale-up
Chalmers’ 10 kW CLC
2003
cooling of Î
flue gases
reactor
system
Ô
Í filters
Í filters
Obrigado!
BACK-UP SLIDES
t .)
ns
co
=
al
ab
so
rp
ti o
n
(T
em
io
ic
Ch
ab
pt
=c
t.)
ys
Physical absorption
Favorable for high pressure
separation (IGCC)
Low energy requirement
l
ic a
r
so
T
n(
s
on
Ph
Chemical absorption
Favorable for low pressure
separation (PC and NGCC)
Energy intensive
Solvent loading (vol.gas dissolved in vol. solvent)
CO2 capacity and partial pressure
Partial pressure of solute