CO 2 håndtering i industrien

1. CO2 håndtering i industrien Bellona seminar, Oslo 23 Mars 2010 Hanne M. Kvamsdal

2. Innhold • Introduksjon CCS • CCS i Industrien • Status for CO2 håndtering • Fokus på innfanging • Mulige kostnadsreduksjoner • Forskningstrender • Fokus absorpsjon • Forskning i SINTEF og NTNU post-combustion

3. CCS - Carbon dioxide Capture and Storage CCS value chain Source CO2 capture Transport Injection Monitoring EOR Natural- gas Oil Bio-fuel Coal Costs Safety • Technology development • Up-scaling & verification • Early movers • Methods • Demonstration

4. Stort sett eneste løsning for andre kilder enn kraft • Beste løsning for ettermontering CO2 håndtering – statusTeknologier for innfanging av CO2 fra kraftverk

6. CO2 håndtering – status”Post-combustion” innfanging av CO2 • Kjemisk abs. prosess • Aminløsning (MEA, referanse) • Pakningsmateriale i absorber for økt kontaktflate T~30-60ºC T~120ºC T~70-120ºC

7. Post combustion – hoved egenskaper og utfordringer • Reduksjon in virkningsgrad for et kraftanlegg ca. 8-11 %-poeng • Reduksjon i utslipp av CO2 er 87 % med 90 % fangstgrad • Stort varmebehov ved regenerering • Stort kontakt areal mellom væske og gass, høye absorber kolonner • Atmosfærisk trykk innebærer store utstyrsenheter • Moden teknologiogkommersielle prosesser • Nesten enesteløsning for andre kilder enn kraftog besteløsning for ettermontering

8. CO2 håndtering – Kostnadsberegning • Basert på SINTEF prosjekt for Klima- og forurensningsdirektoratet i 2008 Sprik i kostnader – hovedsakelig pga: • Variasjon i metodikk (e.g. verktøy) og antagelser for kostnadsberegning • Variasjon i formulering av resultater og formålet med kostnadsberegningen • Kostnadsutvikling som funksjon av tid Andre faktorer: • Valg av teknologi • Geografisk beliggenhet • Innfangingsgrad • Systemgrenser • Modenhet av teknologi • Valgt økonomisk levetid • Kalkulasjonsrente • Valutakurs

9. CO2 håndtering – statusStudier – innfangingsanlegg

10. Beregnet kostnad ulike kilder

11. Post-combustion innfanging av CO2- viktige kostnadsparametre • Eksosgass mengde (strømningsrate) • CO2 innholdet i eksosgassen • Varierer, men typisk ~4 vol% for NG og 12-14 vol % for kull • pCO2 (totaltrykk*vol% CO2) -viktigste kostnadsparameter • CO2 rensegrad • Typisk ~80 – 95 % • Væskehastighet (aminløsning) • Dimensjonerende for alt utstyr (ekskl. absorber). • Avh. av parametrene over + CO2 innhold i væskestrømmene • Energibehov • Termisk energi (lavtrykksdamp) til regenerering av løsningsmiddelet + elektrisk energi til drift av pumper og blower • Kompresjon av CO2 til transporttrykket • Kjølebehov • Pumping av prosessvann for kjøling i flue-gas pre-cooler • Pumping av sjøvann for kjøling i andre kjølere

12. CO2 fra masovn (2.5 bar, 35% CO2) Effekt av økende CO2 partialtrykk (=Totaltrykk*vol% CO2)

13. Hva bestemmer investerings- og driftskostnader • CAPEX • Absorber, 30-40% • Kompresjonstog, 25-30% • Koker, 8-10% • Stripper, 5-8% • Blower, 5-7% • Kryss varmeveksler 4-6% • Elektrisitet og varmebehov, 30-35 % av driftskostnadene • Regenereringsvarme 50-55% • Blower+pumper: 20-30% • Kompresjon 20-25% • Vedlikehold, 10-15 % av driftskostnadene

14. Post-combustion - forskningstrender • Utvikling av nye solventer og -systemer • Blandinger av aminer • Multi-fase systemer (to væske faser, væske/fast stoff) • Nye regenererings-prinsipper (i tillegg til temperatur) • pH-sving system • Økt gass/væske kontaktareal • Forbedrede pakningsmaterialer • Membraner • Prosess forbedringer • Kjøling av eksos-gass (før og/eller internt i absorber) • Split flow • LVC (Lean Vapour Compression) for reduksjon i varme-behov • Integrasjon av stripping og CO2 rekompresjon (for CO2 transport) • Forbedret intern prosess- og varme-integrasjon • Resirkulasjon for oppgradering av CO2 konsentrasjon

15. Solvent utvikling over tid

16. Effekt av redusert reboiler-duty Halvering dampbehov gir 17% redusert kostnad

17. Effekt av absorber størrelse

18. Effekt av konsentrasjon

19. CCS i SINTEF og NTNU Keywords BIG……. CO2 CLC H2 CCS – FME ECCSEL European CCS Labs SOLVit ACC EU FP6&FP7 Largest R&D provider within CCS in FP6 and FP7 90M€ 82M€ 40M€ 25M€

20. SOLVit Solvent utvikling for neste generasjonspost combustion systemer8 års prosjekt, totalt budsjett 317 MNOKSponset av Gassnova, Aker Clean Carbon + industri konsortium

21. SOLVit – Utvikling av solventer og solvent systemer for neste generasjons post-combustion anlegg • Kvalifisering av solventer for bruk på kort sikt i demonstrasjonsanlegg • Utvikling av funskjonelle og miljøvennlige solventer • Utnytte avansert absorpsjonskjemi og kunnskap om avansert prosess design for å oppnå et kvantesprang i reduserte fangst-kostnader

22. Fra molekyl-simulering til industriell skala Industriell skala Pilot skala Lab. skala: Eksperimentelle studier og numerisk modellering Nano skala: Material vitenskap/kjemi Væske-struktur Likevekts data og modellering Lab Pilot anlegg

23. Tiller CO2 anlegg

24. Pilotanlegg med full høyde - Bilder fra 30 November 2009 Offisiell åpning 29. april 2010

25. Hensikt med nytt pilot-anlegg • Teste solventer som er utviklet i lab • Reell eksosgass • Nær industrielle forhold • Demonstrering av 90% CO2 fangst • Eksperimentell validering • Spesifikt varme-behov (MJ/kg CO2 fanget) • Utslipp til luft samt degradering • Optimale driftsbetingelser • Driftserfaringer • Input til simuleringsmodeller i CO2SIM • Software kode utviklet i SINTEF • Analyse av fangstanlegg • Design og optimalisering av fangst prosesser