A Model for the Zero Emission Gas Technology as a Tool for Process Optimization

Abstract

The ZEG-technology (Zero Emission Gas - ZEG®) is highly efficient technology for co-production of hydrogen and electric power with integrated CO2 capture. The purpose of this study is to simulate the ZEG-technology in order to obtain a simplified model, which is used to understand the behaviour of ZEG plants in different configurations. This is important for initial evaluation of system design for different technology applications. ZEG Power utilizes a combination of two core technologies, Sorption Enhanced Reforming (SER) and Solid Oxide Fuel Cells (SOFC). SER is a modified reforming technology for hydrogen production with integrated CO2 capture. The SOFC is a technology that generates electrical power from hydrogen at a high efficiency (~60%). A zero-dimensional model for preliminary studies of the ZEG-technology in different configurations is made using the Engineering Equation Software (EES software). For the simulation of the technology, energy balance is taken into account. The simulation is set to result in different dependent variables, and compared to previous simulations of the ZEG-technology. The comparison is executed in order to verify the quality of the model made in EES. In addition, sensitivity analysis is performed in order to show the capacity of the ZEG-technology upon varying some of the independent variables in the simulation. When comparing the EES model with previous simulations, relative good results were achieved. The highest deviation from the most updated previous simulations was at 3,3%, which is not a significant value, considering that the previous simulations were more comprehensive. The sensitivity analysis showed the functioning of the EES model, and the tested dependent variables reacted accordingly upon changing the independent variables.

Sammendrag

ZEG-teknologien (Zero Emission Gas Power, ZEG®) er en høyeffektiv hybrid teknologi som driver samtidig produksjon av hydrogen og elektrisitet med integrert CO2 fangst. Formålet med denne oppgaven er å lage en simuleringsmodell for ZEG-teknologien, som kan brukes til å forstå virkemåten til kraftsystemet i forskjellige konfigurasjoner. Dette er viktig når en skal foreta forstudier for ZEG-teknologien i forskjellige applikasjoner. ZEG Power tar i bruk to teknologier, Sorption-Enhanced Reforming (SER) og Solid Oksid Brenselcelle (SOFC). SER er et reaktorsystem for hydrogenproduksjon med integrert CO2 fangst. SOFC er en høytemperatur brenselcelle som generer elektrisk kraft fra hydrogen med en høy effektivitet (~60%). En nulte dimensjons modell for ZEG-teknologien er lagd i programmet Engineering Equation Solver (EES). For selve simuleringen er energibalanse og kjemisk likevekt tatt i betraktning. Simulasjonen skal i hovedsak gi forskjellige resultater for de betraktede avhengige variablene som er i etterkant blir sammenlignet med tidligere simulasjoner på ZEG-teknologien. Sammenligningen er utført for å validere om modellen besitter god kvalitet for ZEG-teknologien. Det er også utført sensitivitets analyse for å undersøke kapasiteten til ZEG-teknologien. Dette er utrettet ved å variere de uavhengige variablene i modellen for så å se reaksjonen i de avhengige variablene. Ved sammenligning av modellen mot de mest oppdaterte eldre simulasjonene, ble gode resultater oppnådd. Det høyeste avviket er observert til å være 3,3%. Dette avviket er ikke høyt når en tar hensyn til hvor omfattende de tidligere modellene er. Sensitivitets analysen viste at modellen fungere i forhold til det en forventer av ZEG-teknologien.