Negative CO2 Emissions from Chemical Looping Combustion: Gas Cleaning for CO2 Storage

Abstract: Kemcyklisk förbränning (CLC) involverar en icke komplex separation av den bildade koldioxiden (CO2) efter förbränningen eftersom syret (O2) överförs till bränslet via en syrebärare som cirkulerar mellan luft- och bränslereaktorn. Eftersom O2 separeras effektivt från kvävgasen (N2) i luftreaktorn, erhålls en produkt gas som till majoriteten består av CO2 och vatten (H2O). Detta resulterar således i mindre komplexa och energi-krävande rökgasreningssystem. Vid förbränning av biomassa inom kemcyklisk förbränning kan negativa CO2 utsläpp erhållas om den producerade CO2 gasen infångas och slutförvaras exempelvis i geologiska formationer. Den infångade CO2 gasen måste för att uppfylla stringenta reningskrav för att undvika diverse konsekvenser relaterade till transportkedjan och slutförvaringen. Förutom CO2 och H2O, kommer den genererade rökgasen från CLC innehålla mindre mängder av biprodukter som kväveoxider (NOx), svaveloxider (SOx) och övriga kontaminanter som behöver att reduceras ned till ppm nivåer för att möta reningskravet på CO2 gasen. På grund av en ofullständig förbränning i CLC erfordras en efterförbränningskammare med en extern tillsats av O2 för att uppnå en fullständig förbränning. Det kan därför förväntas att överskotts-O2 kommer att finnas i den utgående gasen efter post oxidationskammaren, som också behöver att renas ned till ppm koncentrationer. De föreslagna rökgasreningssystemen efter CLC involverar de mest konventionella rökgasreningssystem använda inom industrin idag. Till dessa tillhör bland annat elektrofilter (ESP), våt rökgasavsvavling (WFGD), selektiv katalytisk reduktion (SCR) och selektiv icke-katalytisk reduktion (SNCR) för kväveoxireducering. Två kylnings och CO2 förvätskningstekniker diskuteras i detta arbete: den förkylda Linde Hampson systemet och det kryogena destillationssystemet. Ett rökgasreningssystem har föreslagits för varje förvätskningsteknik. Bland de två föreslagna reningssystemen, enbart scenario 2 uppfyllde Northern Lights kravspecifikationen på CO2, med en reningsgrad på 99.998%. Denna studie anses vara unik då ingen litteratur rörande rökgasrening inom kemcyklisk förbränning var publicerad under skrivtiden av denna masteravhandling.