Karbonfangst i saltsmelter : absorpsjon og desorpsjon av CO2 med CaO-sorbent i eutektisk CaF2/CaCl2-smelte

Abstract

International Panel for Climate Change (IPCC) slår fast at 2 °C stigning i den globale gjennomsnittstemperaturen vil føre til irreversible klimaendringer. Temperaturstigningen skyldes det antropogene CO2-uslippet. CO2-uslippet i røykgassen fra tusenvis av kullkraftverk og andre industriprosesser bør reduseres dersom de verste klimaendringene skal unngås. Carbon Capture and Storage (CCS) er et begrep om de ulike CO2-fangst og -lagringsteknologier. Målet er dermed å fange CO2-gass i røykgassen fra kullkraftverk før den komprimeres og transporteres til permanente lagringsplasser, for eksempel tomme olje- og gassreservoarer. Til tross for at det ikke finnes noe kommersielt CO2-fangstanlegg hittil, finnes det likevel flere lovende teknologier. Ca-looping bygger på fastfase-gassreaksjonen av CaO(s) i partikkelform med CO2 (g) hvor det dannes CaCO3. Teknologien benytter seg av CFB-reaktorer (Circular Fluidized Bed) som er en velkjent forbrenningsteknologi. På den andre siden er det nedslitte omgivelser i slike reaktorer, noe som fører til sorbentdegradering ved gjentatte absorpsjons- og desorpsjonssykluser. CCMS (Carbon Capture in Molten Salts) bygger på de samme prinsippene som Ca-looping. Fordelen med CCMS er at sorbenten løses opp i saltsmelten og dermed reduseres degradering av sorbenten. I likhet med Ca-looping er CCMS en høytemperaturprosess, noe som gir høy reaksjonskinetikk og dermed reduksjon i eventuelle fysiske anlegg, sammenlignet med aminrensing. Dessuten kan overskuddsvarmen gjenvinnes og brukes i dampsyklus. CCMS undersøkes gjennom et prosjekt på NMBU (Norges miljø- og biovitenskapelige universitet). Prosjektet har hatt som mål å kartlegge absorpsjon og desorpsjon av CO2 i forskjellige saltsmelter. Formålet med denne oppgaven har vært å undersøke absorpsjon/desorpsjon av CO2 i eutektisk CaF2/CaCl2 saltsmelte. Analysene FT-IR (Fourier Transfrom Infra Red) samt TGA (Thermo Gravimetric Analysis) har blitt benyttet ved det eksperimentelle. Høy bæreevne ble oppnådd (opptil 96 % ved 30 % sorbent innhold). Fortetting av gassrør har ført til ufullstendig desorpsjon (opptil 93 %). Ustabile CO2-målinger ved forsøkene skyldes den høye CO2-konsentrajsonen i avgassen, noe som ligger utenfor kalibreringsintervallet for FT-IR. Det anbefales derfor ny kalibreringsmetode med passende kalibrering ved framtidig arbeid. Det gjenstår naturligvis mye arbeid når det gjelder sorbentdegradering og systemstabilitet før fangstteknologien kan oppskaleres. International Panel for Climate Change (IPCC) states that 2 °C rise in average global temperatures will lead to irreversible climate changes. The changes due to anthropological CO2-emissions, CO2 in the flue gas from thousands of coal power plants and other industrial processes should be reduced if the worst consequences are to be avoided. Carbon Capture and Storage (CCS) is a term for the various CO2 capture and storage technologies. The aim is thus to capture CO2 in flue gas from coal-fired power plants, then the gas is compressed and transported to permanent storage sites, such as depleted oil and gas reservoirs. Despite the fact that there currently is no commercial CO2 capture technology, there are several promising technologies. Ca looping based solid-phase gas reaction where CaO (s) in particle form reacts with CO2 (g) to form CaCO2(s) is one. The technology makes use of CFB reactors (Circular Fluidized Bed) which is a well-known combustion technology. However, the highly corrosive environment in such reactors will result in sorbent degradation due to repeated absorption/desorption cycles. CCMS (Capture Carbon in Molten Salts) is based on the same principles as Ca-looping. However, in CCMS the sorbent is dissolved in the molten salt, which means that the degradation of the sorbent will be reduced. Ca-looping CCMS is a high-temperature process, which gives high reaction kinetics and hence reduction in any physical system compared to amine treatment. Moreover, excess heat is recovered and used in the steam cycle. CCMS is an ongoing project in NMBU (Norwegian University of Life Science). The project aimed to map the absorption and desorption of CO2 in different salt melts. The purpose of this study was to investigate the absorption/desorption of CO2 in CaF2/CaCl2 eutectic molten salt. FT-IR (Fourier Trans from Infrared), the analysis, and TGA (Thermo Gravimetric Analysis) have been used to map the behavior of the system. High absorption rate was achieved (up to 96 % at 30 % sorbent content). Densification of gas pipe has led to incomplete desorption (up to 93 %). Unstable CO2 measurements at the trials are due to high CO2 gas concentration in the exhaust gas, which is outside the calibration range of the FT-IR. A new calibration method is recommended with appropriate calibration range for future work. It remains of course a lot of work regarding sorbent degradation and system stability before capture technology can move up the commercial ladder.