STEP-UP: SEWGS Technology platform Upgrade

STEP-UP: SEWGS Technology Platform Upgrade

Publieke samenvatting / Public summary

Samenvatting

CO2-afvang gaat gepaard met een energievraag, waardoor de efficiëntie van het CO2-afvangproces daalt. Een belangrijk aspect in de ontwikkeling van CO2-afvangtechnologie is minimalisatie van de benodigde energie om de CO2-scheiding te realiseren. 


De Sorption-Enhance Water-Gas Shift (SEWSG) technologie is een zogenoemd pre-combustion proces en voert de CO2-scheiding uit op verhoogde druk en temperatuur. Pre-combustion wil zeggen dat de CO2 wordt afgescheiden van de brandstof, voordat deze wordt gebruikt voor energieopwekking. De SEWGS-technologie levert een H2-rijk gas op druk en temperatuur dat direct in de combined-cycle kan worden gebruikt. De CO2 is vervolgens direct geschikt voor transport en opslag. Deze scheiding wordt gedreven door het gebruik van stoom in het proces en de minimalisatie daarvan met als resultaat een relatief laag energieverbruik voor CO2-afscheiding.


De SEWGS-technologie is gebaseerd op het gebruik van reactieve vaste adsorbents, hydrotalciten genoemd, het beste te omschrijven als synthetische klei. Dit type materialen wordt al op grote industriële schaal en kosten-efficiënt geproduceerd door Kisuma Chemicals, bijvoorbeeld voor gebruik als verduurzamer voor plastics. In het project is naar de SEWGS-technologie en het nieuwe type adsorbent gekeken.


Projectdoelstellingen

Het verder in kaart brengen van de economische haalbaarheid van de SEWGS-technologie specifiek voor toepassing bij de decarbonisatie van hoogovengas bij de ijzer- en staalproductie. Het testen van de chemische en mechanische stabiliteit in de laboratoria van ECN van het nieuwe type adsorbent voor toepassing in hoogovens.


Behaalde resultaten
De testen bij ECN tonen aan dat de chemische stabiliteit van het materiaal goed is. De optimale voorbehandeling van het materiaal leidt tot een stoom adsorptie capaciteit die vergelijkbaar is met voorgaande materialen, maar een bijna verdubbelde CO2-adsorptie capaciteit oplevert. Een belangrijke factor die ervoor zorgt dat er minder stoom nodig is om de scheiding te realiseren, wat zorgt voor een efficiënter proces. 

De katalytische activiteit van het adsorbent voor de watergasshift-conversie, i.e. de conversie van CO met stoom in CO2 en H2, bleek voldoende om een goede H2-CO2 scheiding te realiseren, waarbij het CO-gehalte van beide productstromen laag is. Verdere opties voor materiaaloptimalisatie liggen op het vlak van het fine-tunen van de chemische samenstelling en de verbeterde vormgeving van het adsorbent. 

In de techno-economische analyse die samen met Tata Steel is uitgevoerd[1], wordt de SEWGS decarbonisatie technologie van het hoogovengas, voordat die de elektriciteitscentrale in gaat, vergeleken met een amine-wastechnologie van de rookgassen (gebaseerd op MEA). Een groot verschil is dat de stoomconsumptie van de MEA-technologie zo substantieel is dat slechts de helft van het rookgas kan worden behandeld zonder additionele stoomproductie te initiëren. Dit heeft tot gevolg dat slechts een beperkte hoeveelheid CO2-emissie kan worden vermeden, te weten 34%. Dit gaat gepaard met een specifieke energieconsumptie van 4.2 MJ per kg CO2 en leidt tot specifieke vermijdingskosten van CO2 van 71 € per ton CO2.

Vanwege de flexibiliteit van de SEWGS-technologie zijn er meerdere scenario’s bestudeerd. De flexibiliteit gaat vooral over de interactie met de voorgeschakelde WGS-unit voor de bulk-CO conversie, de afweging tussen het aantal kolommen (CapEx) en de benodigde hoeveelheid stoom (OpEx). De optimale configuratie behaalt 86% vermeden CO2-emissie, bij een specifieke energieconsumptie van 2.4 MJ per kg CO2 en specifieke CO2-vermijdingskosten van 59 € per ton CO2.

De cijfers tonen de potentie van de SEWGS-technologie aan. Het gebruikte model is wel gebaseerd op een oud type adsorbent. Het nieuwe adsorbent heeft een CO2-capaciteit die bijna dubbel zo veel is ten opzichte van het oude type adsorbent. Dit realiseert een makkelijkere scheiding en dus een compacter systeem met een lagere stoomconsumptie. Kwantificering was echter nog niet mogelijk binnen het STEP-UP project omdat de benodigde gegevens van het nieuwe adsorbent nog niet beschikbaar waren.

Het STEP UP-project is een belangrijke schakel voor de ontwikkeling van de SEWGS-technologie en heeft geleid tot de initiatie van het vervolgproject STEPWISE. 


Openbare publicaties
De techno-economische simulaties zijn samengevat in het openbare afstudeerverslag van Jelmer de Winter, en kan worden gedownload via:
http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:746140/FULLTEXT01.pdf

Een beschrijving van de SEWGS-technologie staat op:
https://www.ecn.nl/news/item/process-intensification-sewgs-case/

Informatie over het STEP-UP vervolgproject, genaamd STEPWISE, staat op:
www.stepwise.eu 

Een recent overzichtsartikel over de staat van pre-combustion CO2-afvang staat hier:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1750583615001917


[1] Omdat de economische berekeningen afhankelijk zijn van de aardgasprijs, is het noodzakelijk te vermelden dat de berekeningen zijn uitgevoerd met een aardgasprijs van 9.5 €.GJLHV-1.