NO343140B1 - Fremgangsmåte for bærekraftig energiproduksjon i et kraftverk som omfatter en fastoksid brenselcelle - Google Patents

Fremgangsmåte for bærekraftig energiproduksjon i et kraftverk som omfatter en fastoksid brenselcelle Download PDF

Info

Publication number
NO343140B1
NO343140B1 NO20130832A NO20130832A NO343140B1 NO 343140 B1 NO343140 B1 NO 343140B1 NO 20130832 A NO20130832 A NO 20130832A NO 20130832 A NO20130832 A NO 20130832A NO 343140 B1 NO343140 B1 NO 343140B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
temperature
production
steam
exhaust gas
stated
Prior art date
Application number
NO20130832A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20130832A1 (no
Inventor
Arild Vik
Arne Råheim
Original Assignee
Zeg Power As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zeg Power As filed Critical Zeg Power As
Priority to NO20130832A priority Critical patent/NO343140B1/no
Priority to CN202010297745.4A priority patent/CN111482068A/zh
Priority to PCT/NO2014/050100 priority patent/WO2014200357A1/en
Priority to EP14811017.4A priority patent/EP3007802A4/en
Priority to CN201480042138.6A priority patent/CN105431219A/zh
Priority to JP2016519475A priority patent/JP2016530983A/ja
Publication of NO20130832A1 publication Critical patent/NO20130832A1/no
Publication of NO343140B1 publication Critical patent/NO343140B1/no

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B01J20/041—Oxides or hydroxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/3433—Regenerating or reactivating of sorbents or filter aids other than those covered by B01J20/3408 - B01J20/3425
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/3483—Regenerating or reactivating by thermal treatment not covered by groups B01J20/3441 - B01J20/3475, e.g. by heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/40—Alkaline earth metal or magnesium compounds
    • B01D2251/404—Alkaline earth metal or magnesium compounds of calcium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/602—Oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0233—Other waste gases from cement factories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/025—Other waste gases from metallurgy plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/12—Methods and means for introducing reactants
    • B01D2259/128—Solid reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/06—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds
    • B01D53/10—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds with dispersed adsorbents
    • B01D53/12—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds with dispersed adsorbents according to the "fluidised technique"
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/146—Perfluorocarbons [PFC]; Hydrofluorocarbons [HFC]; Sulfur hexafluoride [SF6]

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen viser en kostnads- og energieffektiv fremgangsmåte for CO2-fangst i et kraftverk kombinert med en fastoksid brenselcelle (SOFC). Fremgangsmåten bruker kalsiumoksid som sorbent for innfanging av CO2 fra en varm avgass hvor kalsiumoksidet omdannes til kalsiumkarbonat. Fangstprosessen er eksoterm slik at temperaturen til den varme avgassen øker. Det dannete kalsiumkarbonatet regenereres til kalsiumoksid i en endoterm regenereringsprosess ved bruk av varme fra SOFC.

Description

Fremgangsmåte for bærekraftig energiproduksjon i et kraftverk som omfatter en fastoksid brenselcelle
Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for bærekraftig energiproduksjon som angitt i ingressen av patentkrav 1.
Bakgrunn
Det internasjonale energibyrået (IEA) har definert energieffektivisering som ett av de viktigste trinnene for reduksjon av klimagasser (GHG) (se IEA Blue Map Scenario 2010). I tillegg representerer vellykket utvikling og anvendelse av CCS (karbonfangst og lagring) i kraftsektoren og en rekke energiintensive industrisektorer (f.eks. jern og stål, aluminium, silisium, ferrosilisium, sement, etc.) potensielt det viktigste alternativet for direkte storskala reduksjon av klimagassutslipp i kraftproduksjon og industri.
Publikasjonen WO 2004/025767 (Vik et al.) beskriver et anlegg for produksjon av elektrisitet fra et hydrokarbonholdig strømning. I henhold til én utførelsesform blir en fastoksid brenselcelle (SOFC) benyttet for å produsere elektrisitet. Prosessen involverer reformering av brennstoffet for å produsere hydrogen før det skilles det fra de andre komponentene for å bruke rent hydrogen som tilførselen til brenselcellen. CO2produsert under reformereringen kan fanges direkte i prosessen med brent kalk (CaO) sorbent i en hydrogenproduksjonsreaktor. Det faste kalsiumkarbonat (CaCO3) dannet i denne prosessen blir overført til sorbent regenereringsreaktoren. Det CO2som dannes i denne prosessen (se reaksjon II) kan lagres eller brukes i prosesser hvor det er behov for CO2. Prosessen ifølge Vik et al. er rettet mot applikasjoner der det ikke er behov for overskuddsvarme og hvor høy effektivitet for samproduksjon av elektrisitet og hydrogen er de viktige formål.
Han S et al., Carbon Dioxide Capture using Calcium Hydroxide Aqueous Solution as the Absorbent, Department of Environmental Enginering, University of Korea, Republic of Korea, June 2011, beskriver fangst av CO2ved hjelp av en vandig løsning av Ca(OH)2.
WO 2012/070954 A1 omhandler fangst av CO2fra varme røykgasser, for eksempel fra gassturbiner ved anvendelse av CaO oppløst i en saltsmelte, hvorved CaO i fangsttrinnet omdannes til CaCO3.
Fra EP 1495794 A1 er det kjent å benytte CaO i pulverform for fangst av CO2i forbrenningsgasser.
WO 0142132 A Beskriver en prosess for produksjon og anvendelse av hydrogen med utgangspunkt i et fast karbonholdig materiale. Prosessen omhandler bruk av fastoksid brenselcelle hvor igjen CaO benyttes som absorbent for CO2.
WO A12011/078681 beskriver en fremgangsmåte som muliggjør kostnads- og energibesparende, bærekraftig gjenvinning og energiproduksjon fra et hvilket som helst karbonholdig brensel (faststoff eller gass), det være seg av fossilt eller biologisk opprinnelse. Denne fremgangsmåte gir effektiv fangst av CO2, og tillater en meget allsidig produksjon av energi i form elektrisk strøm, hydrogen og varme. Med "fleksibilitet" i denne forbindelse skal det forstås at forholdet mellom mengdene av disse energiformer kan varieres innen vide grenser ved en enkel endring av parametere i prosessen. Denne publikasjonen gjør også bruk av fastoksid brenselcelle for energiproduksjon, i en prosess hvor CaO benyttes for å fange CO2. CaO blir omdannet til CaCO3i denne prosessen, og deretter regenerert i en sekundær prosess i lukket sløyfe, også kalt kalsiumlooping, nærmere beskrevet nedenfor.
Brent kalk (CaO) brukes til å fange CO2. Kalsiumkarbonat (CaCO3)/ kalkstein blir deretter dannet ved en temperatur på omtrent 650 °C (650 °C ± 150 °C), karbonatiseringsprosessen (se reaksjon nedenfor). Kalsiumkarbonatet (CaCO3) blir overført til en annen reaktor for sorbent regenerering, kalsineringsprosessen. I dette prosesstrinn blir kalsiumkarbonat oppvarmet til en temperatur i overkant av 800 ºC (800 ºC - 950ºC) og frigjør CO2samtidig som kalksorbent (CaO) blir regenerert. Sorbenten (CaO) blir deretter overført til CO2-fangst reaktoren.
I. Karbonatprosessen: T = 500-800°C
CaO CO2 ←<→>CaCO3
Brent kalk Kalkstein/kalsiumkarbonat
II. Sorbent regenereringsprosess:
T = over 800°C
CaCO3← → CaO CO2
Kalsium-looping har en rekke fordeler i forhold til CO2-fangst ordninger nærmere markedet (se Chemical Engineering Research and Design 89 (2011), Review: The calcium looping cycle for CO2 capture from power generation, cement manufacture and hydrogen production, Dean et al.) Applikasjoner av Ca-looping etter forbrenning er aktuelt i kraftproduksjon fra naturgass (CH4), gassifisert kull (syntesegass) og i en rekke forskjellige høytemperaturs industriprosesser. Imidlertid er det behov for ny teknologi fokusert på energioptimalisering (produksjon av mer elkraft med samme energi input), energieffektiv CO2-fangst (ved Ca-looping metoden) og utnyttelse av spillvarme fra høytemperaturs industrier, for eksempel fremstilling av jern/ stål, aluminium, silisium, ferrosilisium, sement, og lignende.
Formål
Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å ytterligere forbedre fremgangsmåtene ved oppfinnelsene i henhold til WO 2004/025767 og WO 2011/078681 A1, gjennom å tilveiebringe en fremgangsmåte som er enda mer kostnads- og energieffektiv.
Foreliggende oppfinnelse
Formålet som er nevnt ovenfor er oppfylt av foreliggende oppfinnelse som definert i patentkrav 1.
Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.
Som det vil bli forstått av en fagperson på området, opprettholder foreliggende fremgangsmåte de fordelaktige trekk ved de tidligere kjente oppfinnelsene omtalt ovenfor, men innebærer en kombinasjon med andre høytemperaturs industrielle prosesser valgt blant produksjon av jern, stål, aluminium, silisium, ferrosilisium og sement, noe som gjør totalprosessen enda mer kostnads- og energieffektiv.
Således blir den eksoterme natur av karbonfangstprosessen, hvor CaO omdannes til CaCO3, utnyttet for ytterligere å øke temperaturen av den høytemperaturs røykgass fra slike industrielle prosesser, noe som gjør denne røykgass enda mer nyttig for etterfølgende anvendelse til energigjenvinning.
Bærekraft er fortsatt et nøkkelord og fellesnevneren for totalprosessen.
Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen
Forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen er illustrert under med referanse til de vedlagte tegninger, hvor:
Fig.1a og 1b gir skjematiske riss av foreliggende oppfinnelse relatert til avgasser fra høytemperaturs industrier valgt blant jern/ stål, aluminium, silisium, ferrosilisium og sement, med total CO2-fangst
Fig.2a og 2b gir skjematiske riss av foreliggende oppfinnelse relatert til avgasser fra høytemperaturs industrier valgt blant jern/ stål, aluminium, silisium, ferrosilisium, sement, med total integrert CO2-fangst, kombinert med produksjon av hydrogen.
Fig.3 viser en variant av utførelsesformen vist i figur 1a, idet avgassen blir tilveiebrakt ved en lavere temperatur.
Den varme avgass med CO2fra de industrielle prosesser blir overført til en reaktor (fluidisert bed) hvor finpulverisert varm brent kalk (CaO) reagerer med CO2under dannelse av kalsiumkarbonat. Denne reaksjon (CaO CO2→ CaCO3) er eksoterm (med delta Ho = 178 kJ/ mol, Dean, C. et al. 2011) og resulterer i en temperaturstigning (500 °C → 700 °C eller mer), av den gjenværende gass (hovedsakelig N2, O2),.. Absorpsjonen vil stoppe når temperaturen øke til likevekttemperaturen for en gitt konsentrasjon av CO2. Likevekt for reaksjonen CaCO3→ CaO CO2er gitt i tabell 1.
550 °C 0,055 kPa
587 °C 0,13 kPa
605 °C 0,31 kPa
680 °C 1,80 kPa
727 °C 5,9 kPa
748 °C 9,3 kPa
777 °C 14 kPa
800 °C 24 kPa
830 °C 34 kPa
852 °C 51 kPa
871 °C 72 kPa
881 °C 80 kPa
891 °C 91 kPa
898 °C 101 kPa
937 °C 179 kPa
1082 °C 901 kPa
1241 °C 3961 kPa
Tabell 1. Absorpsjon likevektstemperatur og -trykk
Kalsiumkarbonat dannet i CO2-reaktoren (karbonatoren) blir overført til kalsineringsinnretningen for regenerering av CaO-sorbenten og frigjøring av CO2til lagring eller bruk, i henhold til ligningen;
CaCO3→ CaO CO2.
Den nødvendige varme for kalsineringen blir i henhold til foreliggende oppfinnelse levert av fastoksid-brenselceller (SOFC) i stedet for, for eksempel oxy-forbrenning av kull (Dean et al.2011). Naturgass kan benyttes som den primære energikilde for SOFC. Men også andre gasser, så som syntesegass eller hydrogen (som brukes i forskjellige utførelsesformer) som foreslått i WO 2011/078681 AI, (Raaheim og Vik), er alternative muligheter.
CO2-fangst fra SOFC er innrettet til å bli utført ved forbrenning av den gjenværende fraksjon av brensel i anodeavgassen fra brenselcellen i rent oksygen. Oksygenet kan oppnås ved bruk av en oksygenpumpe. Det er verdt å merke seg at denne CO2-fangst metoden reduserer effektiviteten med 2-3% sammenlignet med en reduksjon på mellom 5 og 10% ved mer konvensjonelle metoder (WO 2011/078681 AI, Raaheim og Vik).
Ytelsen av SOFC’en blir styrt, eller anordnet mot maksimal produksjon av varme (50-70%) og produksjon minimal av elektrisitet (30-50%). Produksjonen av varme fra SOFC’en ville være i overensstemmelse med den varmeenergi som kreves for Ca-looping prosessen, eller mengden av CO2i den varme avgass.
Viktige stasjonære industriell, punktkilde CO2-utslippsenheter, med varme eksos- eller avgasser, er industrier hvor metalloksider reduseres til metaller med karbon som reduksjonsmiddel. GHG’er-er dermed ikke bare en straff for energiforbruk (fra fossilt drivstoff) i høytemperaturs industrier, slike gasser er også til stede i de varme avgassene fra selve oksid til metall reduksjonen. Det bør bemerkes at disse utslippene er alltid til stede, uavhengig av hvilken type av energi som benyttes (fossil eller fornybar).
Viktige industrier med varme avgasser, hvor sementindustrien representerer et spesialtilfelle, er som følger:
1. Jern- (og stål-) produksjon har normalt varme avgasser ved 400-500 °C. CO2blir dannet både fra reduksjonen av oksidmalmen (Fe2O3, Fe3O4) og fra kalkstein ofte brukt for slaggdannelse (CaCO3→ CaO CO2og CaO SiO2→ CaSiO3(slagg)).
2. Aluminium blir dannet ved omtrent 900 °C. Avgass fra karbonanoden har en høy temperatur (omtrent 600 °C) og står for omtrent 50% av de totale, direkte CO2ekvivalente utslipp fra produksjon av aluminium, idet de resterende GHG er som slippes ut er PFK’er, inkludert tetrafluormetan (CF4) og heksafluoretan (C2F6). Disse forurensningene (PFK) forekommer i løpet av "anodeeffekter" som skyldes nedbryting av innholdet av alumina i cellen, og har i de senere år blitt dramatisk redusert ved innføring av automatiserte punktmatere for å sikre jevn og tilstrekkelig mating av alumina til hver celle i produksjonslinjen.
3. silisium og ferrosilisium har varme avgasser ved omtrent 650 °C. Avgassene inneholder også noe NOx og SO2, med mindre CO, CH4, VOC, N2O.
4. De(n) varme eksosgass (er) fra den energikrevende sementindustrien er i hovedsak (80 %) forårsaket av dekarbonatisering og dekarbonatiseringsbrensel for å frigjøre CO2fra kalkstein (CaCO3→ CaO CO2, som forekommer ved omtrent 900 °C), Dean et al. (2011).
De varme eksosgasser fører til en temperaturøkning når CaO reagerer med CO2. Dette gir i sin tur mer varmegjenvinning, dampdannelse og til slutt kraftproduksjon, som skjematisk vist i figur 1a. Merk at CO2fra kraftproduksjonen (strøm fra SOFC og dampturbiner) og CO2fra metallreduksjonen kan begge bli fanget av den samme Ca-looping prosess (se fig.1a), og bidrar sterkt til en total integrert, energieffektiv CO2-fangst.
For noen industrielle prosesser kan, som tidligere nevnt, CO2-konsentrasjonen i den varme avgass eller røykgass være for høy for effektiv CO2-fangst og varmegjenvinning i ett trinn. CO2-fangsten med Ca-looping metoden og varmegjenvinning for dampgenerering kan således utføres i to eller flere trinn, avhengig av CO2-fangsteffektivitet i hvert trinn, som vist i figur 1b.
For å oppnå den høyeste effektivitet for den termiske kraftproduksjonssyklus bør karbonatiserings reaksjonen, som vist i tabell 1, fortrinnsvis finne sted ved den høyest mulige temperatur. For industrielle prosesser med lavere enn optimal temperatur, kan temperaturen økes med en varmeveksler.
Figur 3 viser hvordan lavtemperaturs, CO2-inneholdende avgasser kan bli benyttet i foreliggende oppfinnelse. Avgassen blir først oppvarmet i en varmeveksler til en temperatur ved hvilken CO2-prosessen forløper ved en akseptabel reaksjonshastighet (ca.500 °C), og den resulterende temperaturøkning (500 °C → 700 °C eller mer) kan benyttes mer effektivt i en dampsyklus for elektrisitetsproduksjon. Etter varmegjenvinning blir avgassen matet til varmeveksleren for å oppvarme innkommende avgass.
Den fangede CO2kan bli lagret i for eksempel egnede geologiske formasjoner, som imidlertid alltid resulterer i en tilleggskostnad. CO2gassen bør derfor fortrinnsvis bli brukt til industrielle formål.
Hvis hydrogen er nødvendig som et reduksjonsmiddel, for eksempel ved produksjonen av spesielle metaller (wolfram), eller for nærliggende industrier, så som raffinerier eller kjemiske produksjonsanlegg, er det en mulighet å kombinere Ca-loopingen med produksjon av hydrogen, ved å tilsette en hydrokarbongass (naturgass), eller syntesegass dannet fra et hvilket som helst karbonholdig materiale (sammen med en katalysator), og vann til den karbonatdannende prosessen, som illustrert i fig.2a og 2b. Hydrogenet blir i dette tilfellet fremstilt ved den såkalte absorpsjonsforbedrede damp-metan reformeringsprosess (SE-SMR), hvor Ca-looping også representerer en viktig del av en energieffektiv produksjon av hydrogen (Industrial and Engineering Chemistry Research 40 (23) 2001, 5102-5109, Hydrogen production using sorptionenhanced reaction, Ortiz og Harrison; Dean et al (2011), WO 2004/025767 (Vik et al, (2004) og WO 2011/078681 AI (Raaheim og Vik, 2011).)
Katalysatoren kan bli forhindret fra kontaminering / nedbrytning fra de varme industrirøykgasser eller avgasser fra kraftproduksjon (f. eks. SO2eller NOx), ved størrelses- eller magnetisk separasjon mellom reaktor 1 og 2 (se fig.2a og 2b). Den totale mengde av naturgass (eller syntesegass) kan reformeres til hydrogen, og benyttes til å mate SOFC. Hvis hydrogen er nødvendig for andre formål, vil det bli tatt ut fra SOFC’en som vist i fig.2b.
I figurene 2a og 2b er det vist at Ca-looping prosessen er delt i to, hvor én del av Ca-looping gir CaO til produksjonen av hydrogen og den andre delen gir CaO for effektiv CO2fangst fra den industrielle høytemperatur-prosess. Det vises også at varmen for den energikrevende kalsineringsprosessen (reaktor 2 i figurene 2a og 2b) for begge deler er tilveiebrakt av SOFC’en.
Den høytemperaturs industriprosess kombinert med SOFC-basert energiproduksjon er valgt blant prosesser for produksjon av jern, stål, aluminium, silisium, ferrosilisium og sement. Den kan foregå på en rekke måter, hvorav den ene er i en dampgenerator, idet nevnte damp blir benyttet for etterfølgende produksjon av elektrisitet.
Temperaturen av den varme gass fra en annen prosess kan økes ved varmeveksling når det er mulig, og dermed øke temperaturen fra en lavere temperatur til en temperatur over 500 °C.
SOFC’en kan være drevet av en rekke energi-rike gasser, blant annet er metan-inneholdende gasser, syntesegass og hydrogen foretrukket, noe som resulterer i produksjon av varme, elektrisitet og eventuelt hydrogen.

Claims (13)

Patentkrav
1. Fremgangsmåte for bærekraftig energiproduksjon i et anlegg omfattende en fastoksid brenselcelle (SOFC) i hvilken fremgangsmåte kalsiumoksid blir brukt som en sorbent i et eksotermt fangsttrinn hvor kalsiumoksid omdannes til kalsiumkarbonat, idet kalsiumkarbonatet senere omdannes til kalsiumoksid i et endotermt regenereringstrinn (oppvarmet av SOFC), karakterisert ved at fangsttrinnet utføres i nærvær av varm avgass med en temperatur på minst 400 °C fra en høytemperaturs industriell prosess valgt blant produksjon av jern, stål, aluminium, silisium, ferrosilisium og sement, for derved å øke temperaturen av den varme gassen og derved forbedre kostnadseffektiviteten av nevnte høytemperaturs industrielle prosess.
2. Fremgangsmåte ifølge patentkrav 1, idet den temperaturøkte, varme avgass benyttes til varmegjenvinning.
3. Fremgangsmåte ifølge patentkrav 2, idet varmegjenvinningen foregår i en dampgenerator, idet nevnte damp benyttes for etterfølgende fremstilling av elektrisitet.
4. Fremgangsmåte ifølge patentkrav 3, idet nevnte damp er høytrykksdamp.
5. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av de foregående patentkrav, idet den temperaturøkte avgass benyttes til varmegjenvinning.
6. Fremgangsmåte ifølge patentkrav 5, idet varmegjenvinningen foregår i en dampgenerator, idet nevnte damp benyttes for etterfølgende fremstilling av elektrisitet.
7. Fremgangsmåte som angitt i patentkrav 1, idet den varme avgass fra en annen prosess blir skaffet ved å varmeveksle lavtemperaturs avgass fra en industriell prosess.
8. Fremgangsmåte som angitt i patentkrav 7, idet den industrielle prosess er en prosess valgt blant produksjon av jern, stål, aluminium, silisium, ferrosilisium og sement.
9. Fremgangsmåte som angitt i patentkrav 7 eller 8, idet den temperaturøkte avgass benyttes for varmegjenvinning.
10. Fremgangsmåte som angitt i patentkrav 9, idet varmegjenvinningen foregår i en dampgenerator, idet nevnte damp benyttes for etterfølgende fremstilling av elektrisitet.
11. Fremgangsmåte som angitt i patentkrav 10, idet nevnte damp er høytrykksdamp.
12. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av de foregående patentkrav, idet SOFC’en er drevet av en gass valgt blant en metanholdig gass, hydrogen og syntesegass.
13. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de foregående patentkrav, idet energien som produseres av SOFC’en er varme, elektrisitet og eventuelt hydrogen.
NO20130832A 2013-06-14 2013-06-14 Fremgangsmåte for bærekraftig energiproduksjon i et kraftverk som omfatter en fastoksid brenselcelle NO343140B1 (no)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20130832A NO343140B1 (no) 2013-06-14 2013-06-14 Fremgangsmåte for bærekraftig energiproduksjon i et kraftverk som omfatter en fastoksid brenselcelle
CN202010297745.4A CN111482068A (zh) 2013-06-14 2014-06-13 用于在包括固体氧化物燃料电池的发电设备中的可持续生产能量的方法
PCT/NO2014/050100 WO2014200357A1 (en) 2013-06-14 2014-06-13 Method for sustainable energy production in a power plant comprising a solid oxide fuel cell
EP14811017.4A EP3007802A4 (en) 2013-06-14 2014-06-13 Method for sustainable energy production in a power plant comprising a solid oxide fuel cell
CN201480042138.6A CN105431219A (zh) 2013-06-14 2014-06-13 用于在包括固体氧化物燃料电池的发电设备中的可持续生产能量的方法
JP2016519475A JP2016530983A (ja) 2013-06-14 2014-06-13 固体電解質型燃料電池を備える発電所における持続可能なエネルギー生成のための方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20130832A NO343140B1 (no) 2013-06-14 2013-06-14 Fremgangsmåte for bærekraftig energiproduksjon i et kraftverk som omfatter en fastoksid brenselcelle

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20130832A1 NO20130832A1 (no) 2014-12-15
NO343140B1 true NO343140B1 (no) 2018-11-19

Family

ID=52022529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20130832A NO343140B1 (no) 2013-06-14 2013-06-14 Fremgangsmåte for bærekraftig energiproduksjon i et kraftverk som omfatter en fastoksid brenselcelle

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3007802A4 (no)
JP (1) JP2016530983A (no)
CN (2) CN111482068A (no)
NO (1) NO343140B1 (no)
WO (1) WO2014200357A1 (no)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO344851B1 (en) * 2016-07-14 2020-06-02 Zeg Power As Method and device for upgrading of biogas and hydrogen production from anaerobic fermentation of biological material
NO345296B1 (en) * 2016-07-14 2020-11-30 Zeg Power As Method and power plant comprising a Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) for production of electrical energy and H2 gas
CN106252694B (zh) * 2016-09-26 2019-01-18 华南理工大学 一种全固态碳-空气电池
IT201700006623A1 (it) * 2017-01-23 2018-07-23 Giovanni Cappello Impianto e metodo per la generazione di emissioni negative di co2
JP6891869B2 (ja) * 2018-12-25 2021-06-18 株式会社豊田中央研究所 メタン製造システム
CN114032570B (zh) * 2021-12-01 2022-10-28 浙江大学 碳辅助固体氧化物电解池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001042132A1 (en) * 1999-12-09 2001-06-14 The Regents Of The University Of California Hydrogen production from carbonaceous material
EP1495794A1 (en) * 2002-03-22 2005-01-12 Consejo Superior De Investigaciones Cientificas Combustion method with integrated co sb 2 /sb separation by means of carbonation
WO2012070954A1 (en) * 2010-11-26 2012-05-31 Universitetet For Miljø- Og Biovitenskap Method for removal of carbon dioxide from a gas stream

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0221304D0 (en) 2002-09-13 2002-10-23 Prototech As Co-production of hydrogen
US7067456B2 (en) * 2003-02-06 2006-06-27 The Ohio State University Sorbent for separation of carbon dioxide (CO2) from gas mixtures
US7618606B2 (en) * 2003-02-06 2009-11-17 The Ohio State University Separation of carbon dioxide (CO2) from gas mixtures
WO2007002882A2 (en) * 2005-06-28 2007-01-04 The Ohio State University Regeneration of calcium sulfide to mesoporous calcium carbonate using ionic dispersants and selective reclamation...
GB2428038B (en) * 2005-07-06 2011-04-06 Statoil Asa Carbon dioxide extraction process
AU2010292313B2 (en) * 2009-09-08 2015-08-20 The Ohio State University Research Foundation Integration of reforming/water splitting and electrochemical systems for power generation with integrated carbon capture
NO332984B1 (no) * 2009-12-22 2013-02-11 Zeg Power As Fremgangsmåte og anordning for samtidig produksjon av energi i form av elektrisitet, varme og hydrogengass
CN101797470B (zh) * 2010-01-11 2012-01-11 山东大学 钙基吸收剂循环捕集二氧化硫和二氧化碳方法
CN201823475U (zh) * 2010-10-28 2011-05-11 绍兴文理学院 钙基co2吸收与再生装置
CN102527225B (zh) * 2010-12-17 2016-04-06 中国科学院过程工程研究所 一种使用可再生的电石渣捕集烟气中二氧化碳的方法
EP2559472A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-20 Alstom Technology Ltd. Integrated carbon dioxide capture for cement plants
EP2559475A1 (en) * 2011-08-15 2013-02-20 Alstom Technology Ltd. Apparatus and system for CO2 capture from fuel combustion

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001042132A1 (en) * 1999-12-09 2001-06-14 The Regents Of The University Of California Hydrogen production from carbonaceous material
EP1495794A1 (en) * 2002-03-22 2005-01-12 Consejo Superior De Investigaciones Cientificas Combustion method with integrated co sb 2 /sb separation by means of carbonation
WO2012070954A1 (en) * 2010-11-26 2012-05-31 Universitetet For Miljø- Og Biovitenskap Method for removal of carbon dioxide from a gas stream

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Han, S. et al. Carbon Dioxide Capture using Calcium Hydroxide Aqueous Solution as the Absorbent. Department of Environmental Engineering, The Catholic University of Korea, Republic of Korea. Juni 2011., Dated: 01.01.0001 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3007802A4 (en) 2017-03-08
CN105431219A (zh) 2016-03-23
JP2016530983A (ja) 2016-10-06
CN111482068A (zh) 2020-08-04
WO2014200357A1 (en) 2014-12-18
NO20130832A1 (no) 2014-12-15
EP3007802A1 (en) 2016-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NO343140B1 (no) Fremgangsmåte for bærekraftig energiproduksjon i et kraftverk som omfatter en fastoksid brenselcelle
ES2963067T3 (es) Craqueo de amoníaco
CA2773080C (en) Method of capturing co2 by means of cao and the exothermic reduction of a solid
Romano et al. Application of advanced technologies for CO2 capture from industrial sources
US20100028241A1 (en) Hydrogen Production and Carbon Sequestration in Coal and Natural Gas-Burning Power Plants
Bonaventura et al. Dry carbonate process for CO2 capture and storage: Integration with solar thermal power
CN107829786B (zh) 一种带污染物控制的近零排放煤气化发电系统及发电方法
Nduagu Production of Mg (OH) 2 from Mg-silicate rock for CO2 mineral sequestration
WO2009029292A1 (en) Hydrogen production with carbon sequestration in coal and/natural gas-burning power plants
CN105570910A (zh) 一种沼气脱碳尾气催化燃烧利用余热的方法
Olajire CO 2 capture by aqueous ammonia process in the clean development mechanism for Nigerian oil industry
Abbas et al. A Ca-Cu chemical loop process for CO2 capture in steel mills: system performance analysis
GB2518351A (en) Energy generation process
AU2014289972B2 (en) Mineral carbonate looping reactor for ventilation air methane mitigation
Kumar et al. An approach of CO 2 capture technology for mitigating global warming and climate change-an overview
JP5879091B2 (ja) 複合型火力発電システム
Hoffmann et al. Performance and cost analysis of advanced gas turbine cycles with pre-combustion CO2 capture
Mio et al. Carbon Dioxide Capture in the Iron and Steel Industry: Thermodynamic Analysis, Process Simulation, and Life Cycle Assessment
Domínguez C. The Calcium-Looping Process for Advancing in the Development of both CO2 Capture and Thermochemical Energy Storage Systems
US20100178239A1 (en) Process for converting carbon dioxide from coal utilization to a solid ash
Ortiz Domínguez The calcium-looping process for advancing in the development of both C02 capture and thermochemical energy storage systems.
Haaf et al. Methanol Production via the Utilization of Electricity and CO2 Provided by a Waste Incineration Plant
Simoni Towards more sustainable cement production: a no-combustion approach for the decarbonisation of CaCO3
JP2022096876A (ja) 生石灰製造システム
Gaikwad et al. Life Cycle Assessment for Methanol Production from Industrial CO

Legal Events

Date Code Title Description
BDEC Board of appeal decision

Free format text: 1 KLAGEN TAS TIL FOELGE. 2 PATENT MEDDELES PA PATENTSOEKNAD NR. 20130832

Filing date: 20171207

Effective date: 20180502

CHAD Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften)

Owner name: ZEG POWER AS, NO

CREP Change of representative

Representative=s name: ONSAGERS AS, POSTBOKS 1813, VIKA, 0123 OSLO, NORGE