Name: 25 KW回カルシウム ループ パイロット-を持つ植物、Calciner で高酸素濃度の操作 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 34 s
Description: 学ぶカルシウムループパイロットプラントの高酸素濃度運転方法。石灰石の分級と窒素ガス流量制御により、カルシナーでの排ガス再循環を削減し、燃費と酸素消費を低減する効率的な二酸化炭素捕獲技術を探索する。

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これらの結果につながる研究は、石炭のための欧州共同体の研究基金からの資金を受けているし、鋼 (RFC) の下で付与契約 n ° RFCR-CT-2014-00007 は。この作品は、呼び出す 2 プロジェクトの一環として英国炭素キャプチャおよびストレージ研究センター (UKCCSRC) によって賄われていた。部門、エネルギー、産業戦略から追加の資金との研究協議会の英国エネルギー プログラムの一環として UKCCSRC 工学・物理科学研究会議 (EPSRC) 支えられて (BEIS - 旧エネルギー)。著者も感謝したい氏マーティン Roskilly この作品のコースを通して彼の巨大な助け。

1。 材料準備 <ol><li>ふるい目的粒度分布 (300-400 μ m または実験によって他のディストリビューション) に石灰岩 (原料の ~ 50 kg) 機械的シェーカーを使用。テスト中に供給するため、calciner の横にある鉢にふるわれた材料を置く</li>
	<li>は、バッチ反応器に導入されるために材料を準備します。バッチは、一般的に 0.5 L、1 L (石灰岩の 1 L が約 1.5 kg である)、動作パラメーターによって異なりますこれが</li>。
</ol> 2。スタートアップ プロシージャ 注意: 非常に高温がここに実現します。眼鏡、手袋などの適切な PPE 研究室コートと安全靴が必要。
<ol><li>原子炉の熱を <ol><li>、rotameters のループ シール (10l/分) だけでなく、N 2 カーボ (60 L/分) と calciner (20 L/分) の低流量を開始</li>。
		<li>は、カーボ トランスフォーマーを手動でオンに。カーボのすべて電気予熱器の温度設定 600 ° C</li>
		<li>は、データ集録を開始 (ガスの温度と圧力は、録音のボタンを使用、ソフトウェア)。データは、温度、圧力および両方のリアクターのガス組成に含まれます。 図 1 と 図 2 は、データ集録システムのスクリーン ショットが表示されます</li>。
		<li>、Calciner オン ガス予熱器。熱電対による BFB 内部測定 600 ° c calciner のまわりでヒーターをオンにします 。
		注: データのとおり既に温度、圧力、ガス組成を集録するようにステップ 2.1.3</li>。
		<li>は、calciner の BFB にふるわれた石灰岩の 3 L を入れてください。最初トップのバルブを開き、ダウン パイプの材料を紹介し、トップ バルブを閉じて、材料は、炉に流し込まれるように底弁を開く</li>。
		<li>の加熱 650 ° C の上に BFB の材料、calciner 周り電気ヒーター). 
		注: これは通常かかる ~ 1 h、この時間のチェック中にデータ集録および流動層の圧力します</li>。
	</ol></li></ol> <img alt="Figure 1"class="xfigimg"src="/files/ftp_upload/56112/56112fig1.jpg"/> 図 1: 温度および圧力のデータ集録のスクリーン ショット両方炉。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig1large.jpg"target="_blank"> この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
 <img alt="Figure 2"class="xfigimg"src="/files/ftp_upload/56112/56112fig2.jpg"/> 図 2: 温度データ集録を予熱システムのスクリーン ショットします。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig2large.jpg"target="_blank"> この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
 <img alt="Figure 3"class="xfigimg"src="/files/ftp_upload/56112/56112fig3.jpg"/> 図 3: 25 のスケマティック kW 回 CaL (CFB カーボと BFB calciner).1: カーボ;2: calciner;3: 低いループ シール;4: 上部のループ-シール;5: カーボ サイクロン;6: calciner サイクロン。<a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig3large.jpg"target="_blank"> この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<ol start="2"> <li>calciner で燃焼を開始 <ol><li>濃度が燃焼を開始する前に安定しているかどうかを確かめる 40% 集に 0 から calciner の酸素濃度を高める</li>。
		<li>は、燃焼が安定しているかどうかを確かめる浮子式流量計を使用して手動で天然ガスの化学量論の流れを開始します 。
		注意: 天然ガスの流れを慎重に増加する必要があります。燃焼反応の適切なレベルを示すデータを確認してください</li>。
		<li>は、理論空燃比燃焼を確保するため天然ガス流れ浮子式流量計を調整することによって 20% 巻ずつ calciner の酸素濃度を高める 。
		注: このプロセスは、細心の注意を実行する必要があります。予備的な計算から予想されるように燃焼が行われていないこと任意の疑いが生じた場合は、天然ガスの流れを停止し、安全な操作のための窒素に酸素の流れを切り替えます。この不一致の原因を特定します。このプロセスの全体の期間は、約 1 時間</li>
		<li>達成 100% 酸素濃度天然ガス燃焼します 。
		注: 温度、ガス組成データ従う必要があります慎重にすべてのテストの全体で、特にとき燃焼が行われて 100% 酸素で</li>。
		<li>0.5 L ずつ流動層である 7 L まで追加石灰岩。(推定の焼成温度は、800-850 ° C、calciner で calciner 温度以下のバッチの現在のバッチ) calciner の流動層のすべての材料をカルサインします</li>。
		<li>は、循環を開始するカーボで N 2 の流れを高めます。適切な循環を確保するために定期的に循環ビュー ポートを確認してください</li>。
		<li>CO 2 のキャプチャを開始する前に、リグの循環利用可能な石灰岩をカルサインします</li>。
	</ol></li></ol> 3。安定動作 <ol><li>N 2 から 15% 体積 CO 2 CO 2 をキャプチャを開始する焼成石灰石ができる浮子式流量計を使用してへの中性ガスを手動で切り替える</li>。
	<li>は、天然ガス (NG) や酸素 (最適な流動政権) 内の流れを調整することによって、calciner で安定した 930-950 ° C の温度を達成するために、rotameters を使用して手動で calciner のフローを調整します。O 2 の流れは通常、十分なベッドの材料と 100% がそれが実験を通じて調整されます</li>。
	<li>材料の起動時 (上記 5 %2.1.3 の手順で説明するよう、ソフトウェアによって継続的に得られるカーボの出口で CO 2 の濃度) の活動の減少より多くの石灰岩を追加します</li>。
</ol> 4。シャット ダウン プロシージャ <ol><li>手動でオフに、浮子式流量計を用いた天然ガス流と酸素量の減少し、N 2 を両方の炉でガスを切り替えます。(Calciner とカーボ) すべてのヒーターをオフにします</li>。
	<li>(通常夜間)、減少するリグの在庫の温度し、室内の温度では、原子炉を空します</li>。
	<li>抽出した固形物の重量を量るし、標準ふるい分析を実行します。材料を特徴付ける: ポロシ メーター、組成 (x 線蛍光分析法、蛍光 x 線分析) 21 , 22 と微視的構造 (走査電子顕微鏡、SEM).</li>
</ol>

<ol><li>Bernstein, L., Lee, A., Crookshank, S. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14693062.2006.9685598">Carbon dioxide capture and storage: a status report.</a> Climate Policy. 6 (2), 241-246 (2011).</li>
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</ol>

著者が明らかに何もありません。

100% 集酸素の入口と、calciner の操作が実現可能な固形物を異なる温度で 2 つの原子炉の循環という事実と同様、焼成反応の吸熱の性質を利用します。この動作モードを目指して CaL プロセスより経済的に有望な資本の削減と運用コスト。煙道のリサイクルとしてガス (主に CO2水蒸気と未反応の O2) の減額あるいは免除、このストリームを予熱する消費熱が低い。したがってより少ない酸素が必要な小さい ASU が必要になります。ガスの流れはこの構成で低いだろう、calciner のサイズ同じ流動化速度のために小さいでしょう。
標準的な手法は、calciner で高酸素濃度の安全運航を確保するため開発されました。行われた実験の結果、最大 70% の捕集効率。また、異なる粒径分布は、この原子炉の構成 (、CFB としてカーボ; として、BFB calciner) で使用されました。分布: 100-200 μ m;200-300 μ m。300-400 μ m。最小のディストリビューション (100-200 μ m)、ただし、飛び出し問題があっ...

CO2排出量、結果地球温暖化は、過去数年間の研究の大規模な量を集めている環境問題は重要です。炭素回収・貯留 (CCS) は、大気1,2に CO2排出量の削減のための潜在的な技術として認められています。CCS チェーンの最も困難な部分は、また最も高価なステージ3である CO2のキャプチャです。その結果、発電所と他の産業設備から CO2のキャプチャのための新しい技術の開発に焦点があった。
CaL 燃焼後 CO2回収技術として初めて清水らによって提案されました。4曹操ベースで CO2をキャプチャで吸着剤 850-950 ° c (で、calciner) の式 (1)、高純度 CO2ストリームを生成するのによるとその後の焼成によってされ、カーボと呼ばれる原子炉で 600-700 ° C隔離5,6に適しています。CaL サイクル utilises 大量固体の他4,5,6 1 つの原子炉から簡単に流布されるようにできるので、このプロセスに最適な構成を表す流動ベッド,7,8。
曹操 (s) + CO2 (g) ⇔ CaCO3 (s) ΔH25 ° C =-178.2 kJ/mol (1)
この概念は、パイロット スケールさまざまなグループと異なる構成とスケール、シュトゥットガルト、ダルムシュタット,ラ ペレーダの 1.7 MWthパイロットで 1 MWthパイロットの 0.2 MWthパイロットなどで実証されています。台湾9,10、11,12,13,14,15,161.9 MWthユニット。このプロセスは証明されて、まだよう標準動作条件や原子炉構成の設計の変更を変更することにより、熱効率を増加のための可能性があります。
燃焼器と calciner のヒートパイプの使用は、calciner で酸素燃焼燃料の代わりに研究されています。CO2のキャプチャのパフォーマンスの結果は、従来 CaL のプラントに匹敵するレベル、しかし、このプロセスは植物に高い効率と低 CO2回避コスト17。マルティネスら18は、入力、calciner 固体材料を予熱するためと、calciner で必要な熱を抑える熱統合の可能性を検討した.結果は、石炭消費量の標準のケースと比較すると 9% の減少を示した。熱統合の他の研究の可能性は、内部および外部の統合オプション19も検討しています。
ビューの経済的観点から CaL サイクルの主な問題の 1 つは燃料燃焼20による、calciner で必要なエネルギーを供給します。Calciner の吸気中の酸素濃度の増加を減らすか、calciner に CO2リサイクルの必要性を回避するために提案します。この代替には、このプロセスの競争力を大幅に改善することができます資本コスト (calciner と空気分離装置 (ASU) の減らされたサイズ) が削減されます。燃焼条件の急激な変化は吸熱焼成反応、低温動作カーボから循環大曹/CaCO3流を利用することで達成できる (どちらの利点は、酸素燃焼技術)。
この作品は、循環流動ベッド (CFB) カーボと 100% O2 calciner の入口濃度とバブリング流動ベッド (BFB) calciner CaL パイロット プラントを実行するための標準作業手順の開発を目指しています。酸素として適正な運営を確保するためのパイロット プラントの試運転中にいくつかの実験的キャンペーンを実行されている濃度の上昇します。また、微粒子の飛びだし速度を測定に影響を与えるこのパラメーターを調査し、この動作モードで効率をキャプチャ 3 石灰石粒度分布 (100-200 μ m; 200-300 μ m、300-400 μ m) を調べた。

<table><tbody><tr><td>Longcal 石灰岩</td><td>Loncliffe</td><td>Longcal SP52</td><td>n/a</td></tr><tr><td>機械式シェーカー</td><td>SWECO</td><td>LS24S544+C</td><td>粒子を分離する機械式ふるい</td></tr><tr><td>酸素</td><td>BOC</td><td>n/a</td><td>BOC シリンダー</td></tr><tr><td>窒素</td><td>BOC</td><td>n/a</td><td>BOC タンク</td></tr><tr><td>二酸化炭素</td><td>BOC</td><td>n/a</td><td>BOC タンク</td></tr><tr><td>天然ガス</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>ラインから取得</td></tr></tbody></table>

25 kw回カルシウム ループ パイロット-を持つ植物、calciner で高酸素濃度の操作

Operation of a 25 KWth Calcium Looping Pilot-plant with High Oxygen Concentrations in the Calciner

カルシウム (CaL) をループは、既存発電施設の改修に適した燃焼後 CO2回収技術です。校正プロセスは、安価で容易に入手できる CO2吸着剤として石灰岩を使用します。技術は広く研究されているより経済的に実行可能なことに適用できるいくつかの利用可能なオプションがあります。これらの 1 つはリサイクルのガス (CO2H2O および不純物) の量の除去を減らしたり calciner の酸素濃度を高めるにはしたがって、減少またはリサイクルのガス流の加熱に必要なエネルギーを除去します。また、ある; 燃焼強度の変更に伴うエネルギー入力の結果増加このエネルギーを使用して、リサイクル排ガスの有無で発生する吸熱焼成反応を有効にします。本稿で操作および CaL のパイロット プラントの最初の結果、calciner で天然ガスの 100% 酸素燃焼。カーボに入ってくるガスは、石炭火力発電所やセメント産業からシミュレートされた排ガスをだった。いくつかの石灰岩の粒径分布は、この動作モードの全体的なパフォーマンスにこのパラメーターの効果をさらに探索するもテストされます。原子炉システム、運用手順、結果の構成は、本稿で詳細に説明します。原子炉は、流体力学的安定性の良い、安定した CO2キャプチャ、キャプチャ効率の石炭火力発電所の排ガスをシミュレートする混合ガスを 70% を示した。

実験のセットアップを図 3に示します。植物には、2 つ相互に連結された流動ベッドが装備されています。すなわち、カーボは高さ 4.3 m と 0.1 m 内径 (ID); CFB です。一方、calciner が ID で 0.165 m、1.2 m の高さの BFB他に 1 つの原子炉から固体の輸送は、2 ループ シール窒素流動によって制御されます。両方のリアクターが予熱回線を通じてガスの混合物を供給し、両方、電気加熱;また、燃焼による吸熱焼成に必要な熱を生成するために、循環の吸着剤を加熱する、calciner は天然ガスで供給されます。カーボ ディストリビューター プレートは、calciner は 1 mm 穴を六つの 20 のノズルに 8 種類のノズル、2 mm の穴を 20 でそれらのそれぞれを持っています。
3 つの実験からの結果は、このセクションで説明します。これらのテストは、100...

この原稿では、削減または煙道ガスのごみを排除するために calciner で高酸素濃度と燃焼後の炭素キャプチャ用パイロット プラントをループ カルシウムを操作するための手順について説明します。

25 KW回カルシウム ループ パイロット-を持つ植物、Calciner で高酸素濃度の操作

Calcium looping (CaL) is a post-combustion CO2 capture technology that is suitable for retrofitting existing power plants. The CaL process uses limestone ...

この手順の全体的な目的は、カルシウムループ・パイロットプラントにおいて、焼成炉へのオフガスの再循環を低減または完全に排除する運転モードを決定することです。この手法は、焼成炉で必要とされるエネルギーをどのように増加させるかなど、カルシウムループ分野における重要な課題の解決に寄与します。この運転モードの主な利点は、焼成炉のサイズを小型化できるだけでなく、燃料および酸素の使用量を削減できる点にあります。この手順を開始するには、メカニカルシェーカーを使用して、約50 kgの石灰岩を目的の粒子径分布になるまでふるいにかけます。ふるい分けした材料は、手順中に供給できるよう、焼成機の隣のポットに入れます。次に、カーボン酸塩形成器、焼成機、およびロタメーターのループシールに窒素ガスを低流量で流し始めます。カーボンレーターの変圧器を手動でオンにします。すべてのカーボンレーター電気予熱器の温度を600 °Cに設定します。両方のリアクターにおいて、温度、圧力、およびガス組成のデータ収集を開始します。次に、焼成機とガスの予熱器の電源を入れます。焼成機周囲のヒーターを600 °Cに設定し、熱電対を用いて気泡流動床内部の温度を測定します。焼成機のトップバルブを開きます。ふるいにかけた石灰岩3 Lをダウンパイプに加え、上部バルブを閉じます。その後、下部バルブを開いて材料をリアクターに流し込みます。テキストプロトコルに記載されている手順に従って、材料を加熱します。まず、酸素流量を増やし、焼成炉内の濃度を0から40%volまで上昇させます。燃焼を開始する前に、濃度が安定していることを確認してください。次に、ロタメーターを用いて、天然ガスの理論流量を手動で開始します。天然ガス流量のロタメーターを調整し、焼成機内の酸素濃度を20%刻みで上昇させ、酸素濃度100%で天然ガスの燃焼が達成されるまで調整します。その後、流動層に石灰石を0.5リットルずつ、計7リットル添加します。次に、カルボネーター内の窒素ガス流量を増やし、循環を開始させます。二酸化炭素回収を開始する前に、テキストプロトコルに記載されている通り、すべての材料を焼成します。まず、ロタメーターを使用して、炭酸化ガスを窒素から15%volの二酸化炭素に手動で切り替えます。次に、ロタメーターを用いて、焼成炉への天然ガスと酸素の流量を手動で調整し、930°Cから950°Cの間の安定した温度に到達させます。材料の活性が低下し始めたら、石灰石をさらに添加します。シャットダウンの手順を開始するには、ロタメーターを使用して天然ガスの流量を手動で停止させます。酸素の流量をゆっくりと減少させて完全に遮断し、その後、両方の反応におけるガスを窒素に切り替えます。すべてのヒーターの電源を切り、装置を一晩冷却します。室温に達するまで、リアクターを一晩冷却させる必要があります。本研究では、2つの相互接続された流動床で構成されるプラントを使用し、焼成機入口において酸素濃度を20%から100%まで変化させて運転するプロセスを検証します。まず、30%の酸素を用い、200から300マイクロメートルの石灰石分を2つの反応器間で循環させて装置のテストを行います。回収効率が45%と低くなる主な原因は、気泡流動床において石灰石をすべて焼成させるのに十分な熱がないことです。これにより、吸収塔への供給物における酸化カルシウムと炭酸カルシウムの比率が低下します。その後、この装置を100%酸素および100から200 µmの石灰石分画を用いてテストしました。その結果、石灰石材料の大部分が焼成機のサイクロン内に蓄積しました。これが捕集効率の低下の原因であると考えられ、より微細な石灰石粒子はシステム性能に対して有益な効果をもたらさないことが示唆されました。最後に、100%酸素、300～400 µmの石灰石分を用い、熱と石灰石含有量を厳密に制御して装置のテストを行いました。見ての通り、3時間以上にわたって約70%の安定した回収効率が達成されました。したがって、最適化された条件下で安定した運転が可能であることが確認されました。本技術の開発により、炭素回収分野の研究者が、焼成炉内で高濃度の酸素を用いたカルシウムループサイクルの試験を行う道が開かれました。このビデオを視聴することで、焼成炉内で高濃度の酸素を用いて実験を行う方法について、十分に理解できるはずです。高濃度の酸素を扱うことは非常に危険であるため、燃焼が適切に行われていない場合にガスを遮断するなど、本手順の実施中は常に十分な予防策を講じてください。

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