Integrazione del processo sorption enhanced reforming in impianti per produzione elettrica con cattura della CO2

The present thesis work analyses the Sorption Enhanced Reforming process and its application to power plants with CO2 capture. The process is characterized by a Ca-based solid sorbent which is subjected to CaO/CaCO3 cyclical transformations during the CO2 capture process. Everything occurs inside two fluid bed reactors, a reformer for the transformation of natural gas in a rich H2 syngas and a calciner for the reacted solid regeneration and the pure CO2 separation. The sorbent regeneration is a highly endothermic process and two different solution have been chosen for the heat need: a direct way with natural gas oxycombustion inside the reactor and an indirect way with a high temperature heat exchanger After a chemical analysis of the process, it has been applied to two different types of power plant, a combined cycle with gas turbine and HRSC and an hybrid cycle with SOFC fuel cell and steam cycle. In both plants have been evaluated the electrical efficiency and CO2 specific emissions (with reference to net electrical power), as well as some indicator for the evaluation the performances of CO2 capture system. The results have been compared with traditional power plants without CO2 capture and with the actual benchmark technologies in carbon capture and storage.

Il presente lavoro di tesi analizza nel dettaglio il processo di Sorption Enhanced Reforming e la sua applicazione ad impianti di produzione di energia elettrica con cattura della CO2. Il processo è caratterizzato dalla presenza di un sorbente solido a base calcio che subisce trasformazioni cicliche CaO/CaCO3 durante in processo di cattura della CO2. Il tutto avviene in di due reattori a letto fluido, un reformer per la trasformazione del gas naturale in syngas ad alto tenore di H2 e un calcinatore per la rigenerazione dei solidi reagiti e la separazione della corrente di CO2 ad elevata purezza. La rigenerazione del sorbente è un processo fortemente endotermico e sono state scelte due differenti soluzioni per fornire il calore necessario: un metodo diretto con ossicombustione di gas naturale direttamente nel reattore e un metodo indiretto con scambiatore di calore ad alta temperatura. Dopo un’analisi del processo da un punto di vista chimico, esso è stato applicato a due differenti tipologie di impianto, più precisamente un ciclo combinato con HRSC e un ciclo ibrido con cella a combustibile di tipo SOFC e ciclo a vapore. Per entrambi gli impianti sono stati analizzati il rendimento elettrico netto e le emissioni di CO2 specifiche alla potenza prodotta, nonché alcuni indicatori per valutare le prestazioni del sistema di cattura. I risultati sono stati confrontati con impianti tradizionali senza cattura della CO2 e con le attuali tecnologie di riferimento nel settore della CCS.