De nieuwe studie van ECN had als doel zowel het begrip als het functioneren te verbeteren van twee technologieën waarmee de scheiding van koolstofdioxide en waterstof verbeterd kan worden: sorption-enhanced water-gas shift (SEWGS) en palladium membranen.
De industriële scheiding van koolstofdioxide en waterstof is belangrijk voor zowel de productie van waterstof als voor de afvang en opslag van koolstofdioxide (CCS). Het verbeteren van de technologie voor deze scheiding is wenselijk vanuit energetisch (het verminderen van het energieverbruik) en economisch (het omlaag brengen van de kosten van CCS) oogpunt.
Veelbelovende technologieën
Sorption-enhanced water-gas shift (SEWGS) is een combinatie van de water-gas shift reactie met de in situ adsorptie van koolstofdioxide aan een vast sorbent, waardoor heet waterstof op druk kan worden geproduceerd uit synthesegas in een enkele processtap. SEWGS is een cyclisch proces dat bestaat uit hoge en lage druk stappen. Om het SEWGS proces te kunnen ontwerpen moeten zowel evenwicht als kinetiek bekend zijn voor het gehele drukbereik.
Waterstofscheiding met palladium membranen wordt beschouwd als veelbelovende technologie voor de afvang van koolstofdioxide voor verbranding en voor de industriële productie van waterstof. De membranen worden ontwikkeld voor de scheiding van waterstof uit synthesegas in de industrie. Synthesegas bevat echter ook koolstofmonoxide, koolstofdioxide en stoom, die op het membraanoppervlak kunnen adsorberen en daarmee de permeatie van waterstof kunnen hinderen (‘inhibitie’). Door verbetering van de permeatie wordt de rol van massatransportweerstanden steeds belangrijker.
Aanpak en uitkomsten
Op basis van een experimenteel programma is een SEWGS reactormodel ontwikkeld. Met dit model is de SEWGS cyclus geoptimaliseerd en is het stoomverbruik sterk gereduceerd. In een gecombineerde experimentele en modelmatige aanpak zijn de verschillende bijdragen aan de massatransportweerstand onderzocht bij palladium membranen. Daarbij is aangetoond dat koolstofmonoxide en stoom (uit synthesegas) leiden tot inhibitie van de waterstofpermeatie maar dat dit effect onder industriële condities niet altijd een belangrijke rol speelt. Ook is het rendement vergeleken SEWGS, palladiummembranen en conventionele absorptieprocessen. Voor de productie van waterstofrijke brandstof is SEWGS de meest efficiënte technologie. Voor de productie van zuiver waterstof uit aardgasreformaat leiden palladiummembranen tot de hoogste efficiëntie.
Bron: ECN
