Kjeller Dense Phase CO₂ Corrosion III (KDC-III)

Bakgrunn
Dette prosjektet (KDC-III) bygger på blant andre tidligere prosjekter KDC-I og II.
Hensikten med prosjektet er å skape eksperimentelle data, kunnskap og verktøy som kan brukes til å sette grenseverdier for urenheter i CO₂ transportsystemer. Dette vil bidra til å optimalisere sikkerhet og kostnader for CO₂ transport.

Mål
Prosjektets mål var å utvikle kunnskap og verktøy som kan brukes til å bestemme trygge operasjonsvinduer slik at man unngår korrosjon og uønskede kjemiske reaksjoner i CO₂ transport-systemer. Transport i både rørledning og skipstransport ble studert.

Aktiviteter
Det har blitt gjennomført mange forsøk med urenheter i CO₂, både med og uten korrosjonskuponger. Flere av forsøkene hadde urenheter som ikke har blitt testet før. Grovt forklart har man enten kjørt forsøk med betingelser for skipstransport (lav temperatur og moderate trykk), eller med betingelser for rørledningstransport (moderat temperatur, høye trykk).

Resultatene fra KDC-prosjektene har blitt brukt til utvikling av den termodynamiske programvaren til OLI Systems, slik at den nå (OLI Studio v11.5) også kan brukes til å studere reaksjoner i flytende og superkritisk CO₂. Resultatene fra KDC-III har blitt sammenlignet med OLI-beregninger («benchmarking»), slik at man nå har relativt god oversikt over hvor bra programvaren stemmer med virkeligheten. Det er en del områder der blant annet kinetiske effekter gjør at man ikke alltid havner ved termodynamisk likevekt. Slik kunnskap er veldig nyttig for operatører som skal bruke slike verktøy på «virkelige prosjekter», for eksempel når det lages en designbasis, eller under drift av fullskalaprosjekter.

Resultater
KDC-III har gitt utfyllende kunnskap om korrosjon og kjemiske reaksjoner i CO₂ ved lav temperatur (typisk relevant for skipstransport). Prosjektet har demonstrert eksperimentelt at temperaturen påvirker på reaksjoner mellom urenheter i CO₂. Temperatur-effekter gjør at man ikke nødvendigvis kan bruke samme CO₂ spesifikasjon på +25°C som ved lavere temperatur (for eksempel skipstransport som ble testet med -25°C). Dessverre ble det ikke tid til å etablere et endelig sikkert operasjonsvindu for skipstransport, men resultatene så langt tyder på at man sannsynligvis må redusere NO2 innholdet en del under Northern Lights CO₂ spesifikasjon for å være på den sikre siden.

KDC-III har utført tester med urenheter som ikke har vært testet før, blant annet NH3, CO, COS og acetaldehyd. Prosjektet har vist at det er stor fare for utfelling av ammoniumkarbamat dersom det er NH3 til stede i CO₂-strømmen. Mengden NH3 som må til for å gi utfelling varierer sterkt med trykk og temperatur, slik at om man skal ha «en» grenseverdi så vil den bli veldig lav.

Det har blitt publisert flere papere med bakgrunn i KDC:
• B. H. Morland, G. Svenningsen, «Pitfalls and artefacts in corrosion experiments with dense phase CO₂», CORROSION/2021, paper no. 16667 (Houston, TX: NACE International, 2021).
• B. H. Morland, A. Dugstad, G. Svenningsen, Experimental based CO₂ transport specification ensuring material integrity, International Journal of Greenhouse Gas Control, 119, (2022) p. 103697.
• B. H. Morland, G. Svenningsen, A. Dugstad, The Challenge of Monitoring Impurity Content of CO₂ Streams, Processes, 9, 4 (2021) p. 570.
• B. H. Morland, G. Svenningsen, «Corrosion of carbon steel in simulated CCS streams», 15th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies (GHGT-15) (2021).
• B. H. Morland, M. Tjelta, T. Norby, G. Svenningsen, Acid reactions in hub systems consisting of separate non-reactive CO₂ transport lines, International Journal of Greenhouse Gas Control, 87, (2019) pp. 246-255.

Mesteparten av disse er KDC-II data der konfidensialitetsperioden er over, men data fra KDC-III vil bli publisert fremover.

Videre arbeid
Det jobbes nå med å få i stand en fjerde fase av (KDC-IV). IFE har fått gode tilbakemeldinger og det er mange som er interessert i å bli med i neste fase. Flere tema har blitt løftet frem av KDC-III sine deltakere som noe man bør se nærmere på i neste fase:
• Reaksjoner og korrosjon i gassfase CO₂
• Asymmetriske urenhetskonsentrasjoner (hvor mye må man redusere en enkelt urenhet dersom de andre har høy konsentrasjon).
• Partisjonering av urenheter mellom væske og gass CO₂ (særlig relevant for skipstransport av CO₂)
• Syreløselighet i gassfase og i væske-CO₂
• Videreutvikle termodynamisk modell (OLI)

IFE kommer til å være aktiv deltaker på relevante konferanser og workshoper. Data fra KDC-prosjektene vil bli publisert i egnede kanaler (AMPP, GHGT).