The present thesis studies the potential for introducing the technology of co-electrolysis of carbondioxide (CO2) and water (H2O) through a Solid Oxide Electrolyser Cell (SOEC) in a top gas recyclingblast furnace (TGR-BF) in a steel plant. TGR-BF, commonly presented in literature as a promisingcarbon capture and storage (CCS) pathway for the steel industry, can drastically decrease theseemissions by successively recycling up to 90 % of the top gas from a blast furnace (EU, 2014) andsequestering the CO2 from the highly carbon concentrated remaining top gas. Blast furnaces (BF)represent about 20 % of the total carbon dioxide emissions of a steel plant (Carpenter, 2012). Based onthe current research status of SOEC, this report aims at exploring the utilisation of carbon dioxidecaptured from TGR-BF through a simultaneous electrolysis of CO2 and H2O, a novel and highly efficientpathway of producing valuable synthetic gas (syngas), used in chemical and industrial applications.It is important to note that neither of the technologies is yet in commercialisation phase, and that thesuggested installation would presently not be possible, but nevertheless provides an interesting pathwaytowards closing the carbon cycle of steelmaking. To give an idea of the magnitude of the SOECinstallation and its syngas production if combined with TGR-BF, an analysis of existing case studies ofeach technology was made. The SOEC system modelled by Fu et al. (2010) was scaled to fit the CO2emissions of Ruukki Metals steel plant in Raahe, Finland, for which data is abundant and reliable. Tohighlight the integration potential of the two separate technologies, a conceptual process flow chart wasdesigned and a literature review of the respective technologies performed, allowing the identification ofintegration challenges, presented in the analysis. The literature study reveals that challenges for thesystem include: gas purity requirements, gas composition requirements, scalability, life-timecompatibility, plant complexity and high variation of plant infrastructure. In the discussion, difficultiesrelated to a technology shift in a traditional industry are considered. For further research, mathematicalmodelling of thermodynamics of the system as well as an economic assessment are recommended. / Följande studie utforskar potentialen att implementera co-elektrolys av koldioxid (CO2) och vatten(H2O) genom en fastoxid elektrolyscell (SOEC) i en masugn där återvinning av masugnsgasen tillämpasgenom s.k. Top-Gas Recycling Blast Furnace (TGR-BF). Masugnen representerar omkring 20 % av detotala koldioxidutsläppen från ett stålverk (Carpenter, 2012) varför TGR-BF i flera studier beskrivs somen lovande teknik för avskiljning och lagring av koldioxid (CCS) i stålindustrin. TGR-BF har potentialenatt drastiskt minska utsläppen genom att återvinna upp till 90 % av masugnsgasen (BFG) och avskiljningav koldioxid från den CO2-rika gasen som återstår. Genom att kartlägga den senaste forskningen inomSOEC och analysera resultat från försöksanläggningar som tillämpar TGR-BF syftar denna studie attutforska möjligheten för ett kombinerat system där koldioxiden från masugnsgasen, genom en simultanco-elektrolys av CO2 och H2O, används för syntesgasproduktion; en viktig gas i många kemiska ochindustriella tillämpningar.Det är viktigt att poängtera att ingen av de två teknikerna idag är kommersialiserade och att enintegration av dessa för tillfället därför inte är genomförbar, men att studien tillhandahåller en intressantmöjlighet för minskade koldioxidutsläpp för stålindustrin. För att undersöka skalbarheten mellan de tvåteknikerna genomfördes en fallstudie på Ruukki Metal’s stålverk i Raahe, Finland kombinerat med ettSOEC-system som tillämpats av Fu m.fl. (2010) i deras modellering av syntesgas genom co-elektrolys.Fallstudien uppskattar att 2838 ton syntesgas per dag skulle kunna produceras från den infångadekoldioxiden i stålverket Raahe, Finland. Ett konceptuellt flödesschema utformades för att åskådliggöraintegrationspunkterna för de två teknikerna. En litteraturstudie gjordes i syfte att förstå vilka utmaningaren sådan integration skulle innebära. Dessa utmaningar, tillsammans med utmaningar för de två enskildateknikerna, presenteras i analysen. Litteraturstudien påvisade att utmaningar för det integrerade systemetinkluderar: krav på gasernas renhet samt sammansättning, systemens skalbarhet, livstid samtkomplexiteten och variationen mellan olika stålverk. Analysen och diskussionen behandlarsvårigheterna med stora teknikskiften i en traditionell industri. För vidare studier rekommenderas enmatematisk modellering av systemet där termodynamiska och ekonomiska aspekter behandlas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-226729 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Sjoberg Elf, Julia, Wannheden Espinosa, Kristoffer |
| Publisher | KTH, Energiteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; EGI_2017:2049 |
Page generated in 0.0015 seconds