Applicazione di processi chemical looping combustion in impianti IGCC con cattura della CO2

The Chemical Looping Combustion (CLC) is an innovative carbon capture technology among the most interesting ones. It consists of an alternative method of combustion that allows to obtain a stream of oxidation products (CO2 and H2O), ready for carbon sequestration after water separation and CO2 liquefaction and a stream of hot air used as working fluid of a gas turbine cycle. In order to achieve that, the contact between air and fuel is avoided, and a metal (Nichel and Ilmenite in this case) functions as an oxygen carrier inside a redox reactors system. Purpose of this paper is to investigate this technique applied to a Shell integrated gasification combined cycle and to compare the fluid and fixed bed performances applied to IGCC-CLC power plant compared with a conventional Shell IGCC and an IGCC with Selexol. The results are reached through numerical simulations of power production installations, implemented by GS program (in-house computer code developed in the past years at the Department of Energy of Politecnico di Milano) and Aspen PLUS. The conclusions show the theoretical validity of the foundamentals of this technology. Moreover the paper underlines some critical aspects emerged for some systems and offers a detail description of the operating characteristics of the more performing arrangements.

La Chemical Looping Combustion (CLC) si inseirisce tra le tecniche innovative per la cattura della CO2 come una delle più performanti, Essa consiste in un metodo alternativo di combustione tramite cui ottenere un flusso di prodotti costituito da CO2 e H2O separabile tramite condensazione e un flusso di aria viziata calda da sfruttare in un ciclo combinato. Per far questo si evita il contatto diretto tra aria e combustibile e si utilizza un metallo (nel caso in esame Nichel e Ilmenite) che funge da trasportatore di ossigeno all’interno di un sistema di reattori red-ox. Scopo dell’elaborato è lo studio di questa tecnica applicata ad un impianto di gassificazione Shell integrato con ciclo combinato e il confronto delle prestazioni del sistema IGCC con CLC a letti fluidi e a letti fissi con sistemi IGCC Shell convenzionale e con cattura mediante Selexol. I risultati sono stati ottenuti da simulazioni numeriche relative a impianti di produzione di potenza, implementati attraverso l’uso di programmi quali GS (sviluppato all’interno del Dipartimento di energia) e Apen PLUS. Le conclusioni ottenute dimostrano l’effettiva validità di questa tecnologia ponendo l’attenzione alle criticità presentatesi durante lo studio e definendo le caratteristiche d’esercizio degli assetti dimostratisi più performanti.