17
CO 2 -avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter Klas Andersson Avd. Energiteknik Chalmers Tekniska Högskola Chalmers Energikonferens 14 december 2012

CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

CO2-avskiljning med syrgasförbränning -

nya tekniska möjligheter

Klas Andersson Avd. Energiteknik

Chalmers Tekniska Högskola

Chalmers Energikonferens 14 december 2012

Page 2: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

• Combustion and CO2 capture

technologies – 12 researchers, 2 research engineers

– Power & industrial processes

• Combustion chemistry

• Heat transfer

• Flue gas cleaning: primary and secondary control

• Our objectives

– Knowledge development in thermal processes to reduce harmful emissions

– Develop the knowledge in close collaboration with power and industrial sectors

Page 3: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

Air-Fuel Combustion

Air

Fuel Flue gas CO2: 10-20 % N2: 60-70%

Combustion Process

Page 4: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

Oxy-Fuel vs. Air-Fuel Combustion - principle changes

Principle changes:

• Feed gas composition • Concentration of N2

• Recycle of flue gas • Concentration of combustion products • Residence time • Temperature

O2

Fuel

Flue Gas Recycling

Combustion Process

CO2:80-90%

Page 5: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

Oxy-Fuel Combustion On-going and planned demonstration projects

• Yuong Dong PP (Korea)

• Ciuden Pilot plant (Spain)

• Futuregen 2 (US)

• Draxs PP (UK)

• Callide PP (Australia)

• Lacque plant (France)

Page 6: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

Coal-fired power plant Utility: Vattenfall AB 411 MWe ηel=0.47 w/o capture ηel=0.39 w capture 2.5 million tonnes CO2/year

Nordjyllandsvaerket, Danmark

Page 7: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

Rening av Kväveoxider (NOx) i syrgasförbränning

Page 8: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

• Feed gas composition

• Concentration of N2

• Recycle of flue gas

• Concentration of combustion products

• Residence time

• Temperature

Page 9: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

High-temperature NOx reduction

N2 + O2

2 NO Thermal

Page 10: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

High-Temperature NOx Reduction

• Plug-flow • Gas-phase • NOin = 1000ppm • N2in = 0% • O2/CO2 • t = 1 s • λ = 0.9 • No Fuel-N

Figure: Normann. F, Andersson, K, Leckner, B, Johnsson, F, Fuel 87 (2008) 3579–3585, 2008

Reverse Zeldovich Reburning

Page 11: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

Oxy-BECCS: Negativa

CO2 utsläpp?

Page 12: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

Biomass in todays’ power plants Biomass contains Cl and alkali compounds:

• Introduces problems with corrosion above 500ºC

• Low efficiencey of plants burning biomass

• Efficiency improves with co-firing

• But corrosion problems remain

• Coal-related CO2 emissions remain

Page 13: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

Combustion of biomass and coal in oxy-fuel combustion

• Is it possible to control or mitigate high-temperature corrosion

using the sulphation route for alkaline components?

• This would enable negative CO2 emissions and high electrical

efficiency

Page 14: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

SO3 formation: Air-Fuel vs. Oxy-Fuel

• Feed gas composition:

oxygen availability

• Recycle of flue gas

• Concentration of combustion products: SO2 SO3

• Residence time

• Temperature

Page 15: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

Biomass in oxy-fuel combustion – sulfation of alkali

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

50

100

150

200

250

Con

cent

ratio

n [p

pm]

Time [s]

K-Species

KCl AirKCl Oxy1KCl Oxy2K2SO4(s) Air

K2SO4(s) Oxy1

K2SO4(s) Oxy1

K2Cl2 Air

K2Cl2 Oxy1

K2Cl2 Oxy2

KOH AirKOH Oxy1KOH Oxy2

Page 16: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

Biomass in oxy-fuel combustion

• Drax White Rose Power Station (UK)

• 2012: 400 MWe based on biomass

• 2020: Only biomass • 2017-2018: 304 MWe new Oxy-BECCS plant

Page 17: CO2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska ... · CO 2-avskiljning med syrgasförbränning - nya tekniska möjligheter . Klas Andersson . Avd. Energiteknik . Chalmers

Tack för att ni lyssnade!