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25 KW 칼슘 반복 파일럿-식물은 Calciner에서 높은 산소 농도와 운영

doi: 10.3791/56112 Published: October 25, 2017

Summary

이 원고는 굴뚝 가스 재활용을 줄이거나 위해 calciner에서 높은 산소 농도 함께 포스트 연소 탄소 캡처에 대 한 파일럿 플랜트를 반복 하는 칼슘을 운영 하기를 위한 절차를 설명 합니다.

Abstract

칼슘 (칼)를 반복 후 연소 CO2 캡처 기술 기존 발전소를 개조 적합 이다. 칼 프로세스는 저렴 하 고 쉽게 사용할 수 있는 CO2 매 석회암을 사용합니다. 이 기술은 널리 공부 하고있다, 경제적으로 실행 가능한 수 있도록 적용할 수 있는 몇 가지 사용할 수 있는 옵션 있습니다. 이들 중 하나 (CO2, H2O 및 불순물); 재활용된 가스의 양을 줄이거나 하 calciner에서 산소 농도 증가 하는 따라서, 감소 또는 제거 재활용된 가스 시내가 열 하는 데 필요한 에너지. 또한, 연소 강도; 변경 에너지 입력에 결과 증가 있다 이 에너지는 재활용된 굴뚝 가스의 부재에서 발생 하는 발열 calcination 반응을 활성화 하는 데 사용 됩니다. 이 문서는 calciner에서 천연 가스의 100% 산소 연소 작업 및 CaL 파일럿 플랜트의 첫 번째 결과 제공합니다. carbonator로 들어오는 가스 화력 발전소 또는 시멘트 산업에서 시뮬레이션 된 굴뚝 가스가 이었다. 여러 석회암 입자 크기 분포 또한 추가이 모드의 전반적인 성능에이 매개 변수의 효과 탐험 테스트 됩니다. 원자로 시스템, 운영 절차 및 결과의 구성이이 문서에 자세히 설명 되어 있습니다. 반응 기 좋은 유체 안정성 및 안정적인 CO2 캡처, 캡처 시뮬레이션 석탄-해 고 발전소의 굴뚝 가스 가스 혼합물으로 최대 70%의 효율을 보였다.

Introduction

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CO2 배출량과 결과 지구 온난화는 중요 한 환경 문제는 지난 몇 년 동안에서 많은 양의 연구를 받고 있다. 탄소 캡처 및 스토리지 (CCS) 분위기1,2CO2 배출량을 줄이기 위한 잠재적인 기술로 인정 되었습니다 했다. CCS 체인의 가장 어려운 부분이 이다 CO2의 캡처 또한 가장 비용이 많이 드는 단계3. 결과, 발전소 및 다른 산업 시설에서 콜로라도2 캡처에 대 한 새로운 기술 개발에 초점을 맞추고가 되었습니다.

후 연소 CO2 캡처 기술, 칼 시미즈 외. 에 의해 처음 제안 되었다 4 CO2 는 잡혀 카오 기반에서 매 반응 기에서 600-700 ° C는 carbonator 라고 하며 850-950 ° c (calciner)에서 식 (1), 고 순도 CO2 스트림을 생성 하에 따라 후속 calcination 발표 격리5,6에 적합 합니다. 칼 주기 활용 유동층된 침대, 그들은 다른4,,56 에 1 개의 반응 기에서 쉽게 순환 수 많은 양의 고체에 대 한 허용 이후이 프로세스에 대 한 최적의 구성을 대표 하는 , 7 , 8.

카오 (s) + CO2 (g) ↔ CaCO3 (s) ΔH25 ° C =-178.2 kJ/mol (1)

이 개념은 다양 한 그룹에 의해 및 다른 구성 파일럿 규모와 스케일, 슈투트가르트, 다름슈타트, 라 Pereda 1.7 MW조종사에에서 1 MW파일럿 0.2 MW 조종사 등에서 입증 되었습니다. 그리고 대만9,10,11,12,13,14,,15161.9 MW 단위. 이 과정은 입증 되었습니다, 하지만 지금도 표준 동작 조건 및 원자로 구성의 디자인 변경 내용을 수정 하 여와 같은 그것의 열 효율을 높이기 위한 가능성 있다.

연소와 calciner 사이 열 파이프의 사용은 calciner에서 옥 시 combusting 연료 대신 연구 되었습니다. 그러나 콜로라도2 캡처 성능에 대 한 결과 기존의 칼 파일럿 플랜트의 그들과 유사한,,이 프로세스는 더 높은 식물 효율성 및 더 낮은 CO2 회피 비용17. 마르티네스 외. 18 는 calciner에서 필요한 열을 줄이기 위해 하 고 단단한 소재는 calciner 입력 예 열 열 통합 가능성을 조사. 결과 표준 케이스와 비교 했을 때 석탄 소비에 9% 감소를 보여주었다. 열 통합에 대 한 다른 공부 가능성 또한 내부 및 외부 통합 옵션19를 간주 됩니다.

경제 관점에서 CaL 사이클의 주요 문제 중 하나는 calciner 연료 연소20를 통해 필요한 에너지를 공급 하는 것입니다. Calciner의 입구에서 산소 농도 증가 감소 하거나 심지어는 calciner에 CO2 재활용의 필요성을 피하기 위해 제안 합니다. 이 대안은 크게이 과정의 경쟁력을 향상 시킬 수 있는 자본 비용 (calciner 및 공기 분리 장치 (ASU)의 감소 된 크기), 감소 시킨다. 발열 calcination 반응 및 낮은 온도에서 운영 하는 carbonator에서 순환 큰 카오/CaCO3 흐름을 이용 하 여 연소 조건에서 과감 한 변화를 달성 될 수 있다 (어느 장점은 함께 사용할 수는 순 산소 연소 기술)입니다.

이 작품 순환 유동층 침대 (CFB) carbonator와에 어 침대 버블링 (BFB) calciner calciner의 입구에서 100% O2 농도와 칼 파일럿 플랜트를 실행 하기 위한 표준 운영 절차를 개발 하는 것을 목표로. 여러 실험 캠페인 산소로 올바르게 작동 되도록 파일럿 플랜트의 시운전 동안 실행 되었습니다 농도 증가. 또한, 3 개의 석회암 입자 크기 분포 (100-200 µ m, 200-300 µ m, 300-400 µ m)이이 매개 입자의 elutriation에 미치는 영향을 조사 하 고이 모드에서 효율을 캡처를 공부 했다.

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Protocol

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1. 재료 준비

  1. 체 원하는 입자 크기 분포 (300-400 µ m 또는 실험에 따라 다른 배포) 석회암 (원료의 ~ 50 kg) 기계 통을 사용 하 여. 테스트 하는 동안 먹이 기를 위한 체질 된 물자는 calciner 옆 냄비에 넣어
  2. 배치 반응 기에 도입 될 자료를 준비 합니다. 일괄 처리는 일반적으로 0.5 L 또는 1 L (석회암의 1 리터는 약 1.5 k g),이 운영 매개 변수에 따라 달라질 수 있지만.

2. 시작 프로시저

주의: 매우 높은 온도 얻을 수 있습니다. 장갑, 안경, 등 적합 한 보호구 실험실 코트와 안전 신발은 필수.

  1. 원자로의 열 업
    1. 루프-물개 (10 L/min)는 rotameters에 뿐만 아니라 carbonator (60 L/min) 및 calciner (20 L/min)에서 N 2의 낮은 흐름 시작.
    2. 는 Carbonator 변압기 수동으로 설정. 600에는 carbonator의 모든 전기 열기의 온도 설정 ° c.
    3. 시작 데이터 획득 (가스 온도 및 압력, 단추 사용 하 여 녹음 소프트웨어에서). 데이터에는 온도, 압력 및 두 원자로의 가스 조성을 포함 됩니다. 그림 1 그림 2에서 데이터 수집 시스템의 스크린샷을 표시 됩니다.
    4. 는 calciner에 가스 열기. 600 ° c 열전대를 통해 BFB 내부 측정 calciner 주위 히터 설정.
      참고: 데이터와 같은 온도, 압력, 가스 조성은 이미 명시 된 인수 되 고 단계에서 2.1.3.
    5. BFB는 calciner에서 체질 된 석회암의 3 L를 넣어. 먼저 상위 밸브를 열고, 다운 파이프에 자료를 소개 상위 밸브 그리고 자료 흐름 반응 기에 하단 밸브를 엽니다.
    6. (전기 히터는 calciner 주위)에 의해 650 ° C 이상에 BFB에서 자료 열.
      참고:이 일반적으로 걸립니다 ~ 1 h이 시간 검사 하는 동안 데이터 수집 및 유동층된 침대에서 압력.

Figure 1
그림 1: 온도 압력 데이터 수집의 스크린샷 두 원자로 대 한. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2: 스크린샷 preheating 시스템에 대 한 온도 데이터 수집의. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3: 25의 도식 kW 칼 (CFB carbonator와 BFB calciner). 1: carbonator; 2: calciner; 3: 낮은 루프-물개; 4: 위 루프-물개; 5: carbonator 사이 클론; 6: calciner 사이 클론. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

  1. calciner에서 연소를 시작
    1. 는 calciner 0에서 40 %vol에 농도 안정 된 연소를 시작 하기 전에 확인 하 고 있는 산소 농도 증가.
    2. Rotameter는 연소가 안정 되어를 사용 하 여 수동으로 하는 천연 가스의 화학 량 론 흐름 시작.
      참고: 천연 가스 흐름 주의깊게 증가 되어야 합니다. 데이터 연소 반응에의 한 적절 한 수준을 표시 하는 확인 하십시오.
    3. 천연 가스 흐름 rotameter 화학 량 론 연소 되도록 조정 하 여 20% 권 단위로 calciner에서 산소 농도 증가.
      참고:이 과정은 주의 수행 되어야 한다. 모든 의혹 연소 예비 계산에서 예상 대로 발생 하지가 발생 하는 경우 천연 가스의 흐름을 중지 하 고 안전 작업에 대 한 질소 산소 흐름 전환. 이 불일치의 소스를 식별 합니다. 이 과정의 전체 기간은 약 1 h.
    4. 달성 100% 산소 농도 천연 가스 연소.
      참고: 온도 가스 구성 데이터 신중 하 게 따라야 한다 모든 테스트, 내내 하지만 특히 때 연소에서에서 일어나 100% 산소.
    5. 유동층된 침대 7 L까지 0.5 L 단위로 추가 석회석. Calcine calciner (예상된 calcination 온도 800-850 ° C에 존재 하는 calciner 고 calciner 온도 다음 일괄 처리에 대 한 일괄 처리에 대 한)의 유동층에서 모든 자료.
    6. 는 순환을 시작 하 carbonator에서 N 2의 흐름을 증가. 적절 한 순환을 보장 하기 위해 정기적으로 순환 뷰 포트 확인.
    7. 장비에서 순환 하는 CO 2 캡처를 시작 하기 전에 모든 사용 가능한 석회석 calcine.

3. 안정적인 작업

  1. rotameter 수 있습니다 콜로라도 2 캡처 시작 도자기 석회석을 사용 하 여 15% vol CO 2를 N 2에서 탄 가스를 수동으로 전환.
  2. 천연 가스 (NG)와 (내 최적의 fluidization 정권) 산소의 흐름을 조절 하 여는 calciner에서 안정적인 930-950 ° C 온도 달성 하는 rotameters를 사용 하 여 수동으로 calciner에서 흐름을 조정 합니다. O 2 흐름은 일반적으로 충분 한 침대 소재 100%만 실험에 걸쳐 조정.
  3. 자료 (위 5% CO 2 농도에 출구 2.1.3 단계에 설명 된 대로 소프트웨어에 의해 지속적으로 인수는 carbonator의) 활동에 감소, 더 많은 석회암을 추가 하기 시작할 때.

4. 폐쇄 절차

  1. 수동으로 해제는 rotameter를 사용 하 여 천연 가스 흐름 산소 흐름 감소 고 가스 N 2를 두 원자로에 스위치. 모든 히터 (calciner 및 carbonator)를 해제.
  2. 장비 (일반적으로 하룻밤 사이), 감소의 재고의 온도 허용 하 고 때 그들은 실 온에서 원자로 빈.
  3. 추출 된 고체의 무게 하 고 표준 체 분석을 수행 합니다. 재료의 특성: porosimetry, 구성 (x 선 형광 분석, XRF) 21 , 22와 미세 구조 (스캐닝 전자 현미경, SEM).

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Representative Results

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실험 설정 그림 3에 표시 됩니다. 공장 2 개의 상호 연결 된에 어 침대를 구성 되어 있습니다. 즉,는 carbonator는 CFB 4.3 m 높이와 0.1 m m 내부 직경 (ID); calciner는 1.2 m 높이 BFB 0.165 m id입니다. 다른 하나의 반응 기에서 고체 전송 질소로 어 두 루프-물개에 의해 제어 됩니다. 두 원자로 preheating 라인을 통해 가스의 혼합물을 먹이 하 고 둘 다 전기가 열; 또한, 연소에 의해 열 발열 calcination에 필요한 생산 순환 매 열 하 고는 calciner 천연 가스와 함께 먹이입니다. Carbonator 배포자 접시는 calciner는 20 노즐 6 1 m m 구멍 8 노즐, 20 2mm 구멍, 그들 각각의 있다.

3 다른 실험에서 결과이 섹션에서 설명 합니다. 이러한 테스트는 calciner 입구에서 100% 집 O2 공기 (~ 20% vol O2)에서 파일럿 플랜트를 실행에 관하여 개요를 제공 합니다. 이 작품 또한이 작동 모드에서 다른 입자 크기 분포를 사용 하 여이 매개 변수는 시스템의 전반적인 성능에 영향을가지고 있는지의 결과를 탐구 한다. 이 연구에 사용 된 석회암 98.25% CaCO3의 최소 콘텐츠를 하고있다.

실험 1: 석회석 (200-300 µ m) 30% vol O2 와 굴뚝 가스 (15% vol CO2)

200-300 µ m 성능 최적화에 대 한 시작 지점으로 장비 내에서 두 개의 원자로 사이의 순환 석회암으로 장비 테스트를 수행한 석회암 분수와 함께이 첫 번째 테스트 합니다. 이 테스트 동안 45%의 캡처 효율을 달성 했다 (그림 4). 이 캡처 효율, E수화물, 다음 공식23을 사용 하 여 계산 했다: Fc o 2 는 CO2 는 carbonator 입력의 어 금 니 흐름 율 및 F수화물 은 떠나 CO2 의 어 금 니 흐름 율은 carbonator입니다.

Equation 2(2)

Figure 4
그림 4: 30% O2와 carbonator 입구와 출구와 200-300 µ m 석회암에 대 한 캡처 효율 (Ecarb)에서 CO2 농도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

이 실험 실행 중 열 등 한 캡처 효율 calcine BFB는에 있는 모든 석회암을 열의 부족 한 공급에 의해 주로 발생 했다. 이 carbonator 피드에 카오/CaCO3 비율의 감소를 발생합니다. 또 다른 가능한 이유는 비활성화 하 고 시스템에서 총 침대 재고 및 매 현재 양을 감소 calciner에서 석 회 입자의 이성 이었다. 실험 후 원자로의 재고의 소재 균형 수행 되었다 (표 1). 모두 유동층된 침대에서 재료의 마찰 때문에 볼 수 있듯이 작은 분수 쪽으로 변화를 관찰할 수 있습니다.

분수 석회암에 Calciner + Carbonator 사이 클론 Calciner 사이 클론 Carbonator
총 질량 (g) 9100 5000 500 20
250-300 µ m 22% 24% 2% 0%
212-250 µ m 47% 41% 6% 18%
150-212 µ m 28% 34% 24% 18%
0-150 µ m 3% 1% 69% 65%

표 1: 200-300 µ m 석회암 30% O2에 대 한 자료 입력 및 출력의 균형 무게.

실험 2: 석회석 (100-200 µ m) 100% O2 와 굴뚝 가스 (15% CO2)

이 테스트에서 주요 목표는 시스템 성능에 그들의 가능한 유리한 효력을 조사 하기 위하여 작은 석회암 입자의 사용 했다. 보조 목표는 제공 하기 BFB calciner에서 calcination 프로세스에 더 많은 열 combusting에서 천연 가스 높은 산소, 이상적으로 100%까지 입구에 집중 했다.

이 실험에서 우리는 성공적으로 순수 O2 를 사용 하 여 완전히 제거 하는 표준 옥 시-연료 프로세스에 필요한 가스에서의 재활용의 가능성을 제공 calciner의 입구에서의 가능성을 테스트 했습니다. 이것은 순환 유동층 소재와 연속 calcination 반응의 형태로 열 소비에 의해 이루어집니다.

작은 입자를 사용 하 여 탄 화 과정, 입자와 가스 사이 높은 접촉 지역 때문에 대부분에 유익한 효과가 없 었 어 요. 그러나, 몇 가지 논쟁이 있다이 문제에 작은 입자는 불순물24의 높은 콘텐츠로 인해 감소 반응 같이. 그건 거의 모든 추가 석회암 < 다운스트림 사이 클론에는 calciner에서 150 µ m elutriated 매우 신속 하 게 했다. 따라서, 그것은 매우 라임 캡처 더 높은 효율을 달성 하는 데 필요한 장비에 필요한 재고를 유지 하기 어려웠다. 캡처 효율의 결과 그림 5에.

Figure 5
그림 5: carbonator 입구와 출구와 100% O2100-200 µ m 석회암에 대 한 해당 캡처 효율 (E수화물) CO2 농도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

입력의 균형 및 고체의 출력 시험 (표 2), 후 수행 하 고 발견 했다 t의 대부분그 자료는 실험 동안에 장비 도입 calciner 사이 클론에서 했다. 이것은 아마이 테스트 기간 동안 낮은 측정된 캡처 효율의 주요 원인 이었다.

분수 석회암 Carbonator Calciner 사이 클론 calciner 사이 클론 carbonator
총 질량 (g) 19000 1200 2700 8700 360
> µ m 212-212 0% 21% 2% 0% 39%
212-150 µ m 18% 39% 73% 5% 42%
150-125 µ m 40% 22% 13% 32% 10%
125-63 µ m 41% 18% 12% 60% 9%
µ m 0-63 2% 0% 0% 3% 1%

표 2: 100-200 µ m 석회암 100% O2에 대 한 복구 된 자료 및 체 분석의 균형.

결론, 우리는 성공적으로 오프-가스의 표준 옥 시-연료 프로세스에 필요한 재활용을 완전히 제거 하려면 순수 O2 는 calciner의 입구를 사용 하 여 테스트 했습니다. 이것은 순환 유동층 자료 및 연속 calcination 반응의 형태로 제공 하는 방열판 때문에 가능입니다. 그러나, 작은 입자 크기 분포 (100-200 µ m) 때문에 입자의 elutriation 캡처 프로세스에 대 한 도움이 되지 않았습니다. 캡처 능률을 얻는 데 필요한 침대 재고를 유지 하는 것이 매우 어려웠다. 따라서, 우리는 다음 실험 캠페인에서 더 큰 입자의 사용을 조사 하기로 결정 했다.

실험 3: 석회석 (300-400 µ m) 100% O2 와 굴뚝 가스 (15% CO2)

이 시험 기간 동안 분수 300-400 µ m의 성능은 이전 실행에서 보듯이 calciner의 유동층에서 높은 소재 손실을 감소 시키기 위하여 시험 되었다. 이 효율적인 순환 및 탄소 캡처에 필요한 필요한 라임/석회암 재고의 보유를 사용으로 예상 되었다. 장비 및 충분 한 열을 제공 하는 순수 산소에서 천연 가스의 연소에 의해 매 순환의 적절 한 금액의 사용 (발표 18 kW)의 안정적인 캡처 효율 ~ 70% 이상 3 h;에 대 한 달성 했다 이것은 매우 좋은 결과 비교적 짧은 carbonator 반응 기 튜브는 매와 CO2사이의 필연적인 짧은 접촉 시간을 고려 하 고. carbonator의 콘센트에서 CO2 의 농도 5 %vol, 아래 유지 되었다 그리고는 carbonator의 콘센트에서 CO2 의 농도이 가치를 초과 하는 경우 (0.5 L 배치)에서 신선한 석회석은 calciner에 추가 되었습니다. 안정적인 실험 실행 최적화 된 조건으로 달성 되었다.

표준 절차; 시작 프로세스 , 첫 번째 반응 기는 700 ° C, 그리고 석회암의 2.9 L까지가 열 되었다는 calciner에 추가 되었고가 열. 온도 가스 농도 calciner에서 그림 6에 나와 있습니다. 참고 아래 번호 그림6에서 단계에 해당 합니다. 1) 기류 40% O2 와 60% N2 의 흐름의 혼합물에 의해 대체 되었다와 천연 가스는 유동층에서 연소가 시작 되었다 (9.1 kW). 유동층된 침대에 석회석은 800 ° C 이상가 열 하 고 석회암 (1 L)의 3 더 많은 배치는 calciner에 추가 되었습니다. 2) 동안 석회암 유동층된 침대에서 calcining은, 라임/석회암의 순환 흐르는 따뜻한 N2 -carbonator (650 ° C에서 2.5 m/s의 속도)에 의해 시작 되었다. L 석회석 추가 되었습니다 추가 0.9와 3) 신선한 O2 실린더는 calciner의 입구에 연결 되었다. 4) 후 다시 산소 연소 다시 시작 되었다,이 이번에는 입구 O2 농도의 70% (30% N2), 14의 소비 주도 O2 농도의 출구에 도달 하는 천연 가스의 kW ~ 5% ( 젖은 가스). 5) 순수 O2 18의 열 방출에 지도 calciner 입구에서 소개 되었다 calciner, 및 6 kW)는 탄의 CO2주입 15%는 carbonator에서 시작 되었다. (그림 7) 탄의 효율성은 가장 높은 아직이 반응 기 디자인에 (~ 70%). 7)는 calciner BFB 통과 가스 속도의 온도 유지 하기 위해 0.30 m/s (원하는 온도에 필요한) 낮춰야 했다 약 930 ℃ (5 %vol 아래 산업으로 수락 가능한 수준에 오프 가스에 O2 농도 하면서) 순수 O2 에서 천연 가스의 연소에 의해 생성 된.

Figure 6
그림 6: BFB는 calciner와 온도의 출구에서 가스의 구성의 온도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

온도 유동층에서 천연 가스의 유량을 조절 하 고 연속적으로 ~0.30 m/s의 calciner 속도 달성 하기 위해 O2 의 유량을 조정 하 여 테스트 하는 동안 일정 유지 되었다. 일정 작업 중 다음 에너지 균형 관찰 되었다: calciner, 산소는 안전 상의 이유로; 300 ° C에 미리 데워 0.5를 제공 따라서, 잠 열 kw 급. 약 15.5 kW 유동층, 하지만 유일한 5.3에서 천연 가스의 연소에 의해 발표 되었다 kW 연속 calcination (아무 신선한 소재 추가) 될 때에 대 한 필요 했다 3.6 오프 가스와 ~ 7의 잠 열을 충당 하기 위해 kW 난방 순환 흡착 제 및 t에 대 한 o 열 손실을 커버. Carbonator, 3.2에서에서 kW (가스를 예 열에 의해 제공 되었다350 ° C), 그리고 5.4 kw 급 탄 과정에 의해 발표 되었다. 거의 5 kW는 carbonator 실행 되었다 오프 가스와 3.6 kW의 잠 열 열 650 ° c.에 온도 유지 하면서 발열 반응에 의해 발표 커버 열 손실에 의해 방출 하는 데 필요한 때 탄 과정 시작 (효과적인), 온도 carbonator에 출구 가스의 달성 열역학 평형 농도 높은 값에 이동 하는 700 ° C에 접근 한다. 이 이론적인 최소 농도, carbonator 온도에 따라 그림 7에서 테스트 하는 동안 측정 농도 함께 그려져 있습니다.

탄 화 과정은 장비에 석회암의 ~6.7 L와 함께 시작 되었다. ( 그림 7에 13:45) 탄의 시작 부분에 추가 0.54 L 5 %vol, 아래 가스에서 잔류 CO2 의 감소 귀착되 고이 레벨 테스트를 통해 0.5 L 석회암 배치의 추가 의해 유지 되었다 (때는 carbonator의 출구에서 CO2 의 농도 5% 초과). calciner에 신선한 석회석의 추가 사이 시간 간격 15, 20, 50, 45, 50 분 이었다. 따라서, 우리는 안정적인 동작 신선한 매 0.5 l (750 g)의 해당 석회석 약 매 50 분, 화장 비율에를 추가 해야 결론 (F0/FCO2) 6%, 다른25에 설명 된 대로의 . 이 실험에서 화장 비율 주로 석회석 (반응성 감퇴와 elutriation)에 의해 영향을 받았습니다. 값이이 매개 변수의 carbonator 콘센트, , CO2 농도에 따라 선정 때 추가 했다 더 많은 석회암 vol 5% CO2에 도달.

우리는 원래 석회석 분수 장비 순환 동안 입자에 주로 주로 유지 되었다 결론 체질 하 분석을 바탕으로, < 250 µ m calciner 사이 클론을 실시 했다. 이 입자는 큰 입자의 파손/교육 생에서 주로 결과.

분수 석회암에 Carbonator Calciner 사이 클론 calciner 사이 클론 Carbonator
총 질량 (g) 14000 1900 4200 2000 120
> 355 µ m 21% 16% 4% 0% 0%
300-350 µ m 43% 45% 38% 1% 1%
250-300 µ m 33% 26% 48% 3% 0%
212-250 µ m 2% 4% 9% 7% 1%
150-212 µ m 0% 3% 1% 35% 14%
63-150 µ m 0% 5% 0% 41% 46%
µ m 0-63 0% 0% 0% 12% 38%

표 3: 대량 고체의 균형 및 입력 (석회암)과 출력 (다른) 300-400 µ m 석회암 100% O2에 대 한 분석 체.

분수 석회암에 Carbonator Calciner 사이 클론 calciner 사이 클론 Carbonator 차이 ()
총 mol 130 31 66 32 2 0
> 355 µ m 27 5 2 0 0 -20
300-350 µ m 56 14 25 0 0 -17
250-300 µ m 4 8 32 1 0 -2.6
212-250 µ m 2 1 6 2 0 6.9
150-212 µ m 0 1 1 11 0 13
63-150 µ m 0 2 0 13 1 16
µ m 0-63 1 0 0 4 1 4.1

표 4: 100% O2와 300-400 µ m 석회암에 대 한 어 금 니 균형 견적 (원시 석회암의 10% 습도, 소성된 상태에서 출력의 75 %wt).

Figure 7
그림 7: carbonator 입구와 출구와 300-400 µ m 석회암 100% O2에 대 한 해당 캡처 효율 (E수화물) CO2 농도.  이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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Discussion

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100% 집 산소의 입력부와는 calciner의 작업은 다른 온도에 두 개의 원자로 사이의 고체 순환 사실은 calcination 반응의 발열 특성을 이용에 따라 달성. 이 운영 모드는 자본 감소 및 운영 비용에 의해 칼 과정을 경제적으로 유망 하 게를 목표로 합니다. 독감의 재활용으로 (주로 CO2, 수증기 및 unreacted O2) 가스 줄어들거나 심지어,이 스트림 예 열을 소비 하는 열은 낮은. 따라서, 더 적은 산소가 필요 하 고 작은 애리조나 주립대 해야 할 것 이다. 가스 흐름은이 구성에서 낮은 될 것 이라고, 크기는 calciner의 동일한 fluidization 속도 대 한 작은 것입니다.

표준 방법론은 calciner에서 높은 산소 농도의 안전 작동을 지키기 위하여 개발 되었다. 결과 수행된 실험의 일부에서 최대 70%의 효율을 캡처를 보여주었다. 또한, 다른 입자 크기 분포는이 원자로 구성 (carbonator는 CFB로;는 BFB로 calciner)에 사용 되었다. 배포판 했다: 100-200 µ m; 200-300 µ m; 300-400 µ m입니다. 그러나 가장 작은 배포 (100-200 µ m),, elutriation 문제 있었고 침대 재고의 대부분 calciner의 사이 클론 캐치-냄비에 발견 됐다. 최상의 결과 얻으려면 가장 큰 입자 크기 분포 (300-400 µ m)을 달성 했다: E수화물 ~ 70%의 약 6%의 화장 비율 실험을 통해 유지 되었다.

이 프로토콜은 천연 가스에서가 열 요소에 의해 발생 하는 전기 방전 튜브를 보호 하기 위하여 combusted, 되는 때 가스와 calciner에 제공 하는 전기 난방을 최소화 하 여 향상 되었습니다. 또한, 주의 되었다 O2 농도 증가 보다 더 빠르게 얻을 수 있습니다 초기 60% 집 및 100% 집에 20% 집에서 실험 캠페인 이 과정에서 가장 중요 한 단계는 연소의 시작 이며 온도 보다 높은 경우 증가 온도 일으킬 수 있는 산소 농도의 증가 천연 가스 소스 끌 것 이다을 강조 하는 것이 중요 하다 980 ° C. 또한, 소재 메이크업 반응 기의 온도 낮출 수 있고, 연소 프로세스를 중지 하 고 따라서, 작은 일괄 처리에 추가 되어야 합니다 관심사 이다.

이 실험 장비에 적용이 방법론, 그것은 새로운 합성 물질, 뿐만 아니라 테스트 가능 자료도 핑, 사전 열 처리, 화학 사전 처리, 26 통해이 프로토콜 향상으로 수 있습니다 이러한 새로운 흡수 하 매 비교에 대 한 표준 방법론을 제공 하는 현실적인 조건에서 테스트 합니다. 그러나, 이러한 작동 조건 calciner에서 석탄의 사용과 같은 더 큰 규모에서이 개념을 적용할 때 몇 가지 문제가 있다. 고체 연료를 사용 하 여 calciner 작업 화산재 덩어리 고 결국 현상27defluidizing으로 이어질 수 있는 높은 온도 때문에 어려움을 증가 했다. 이이 프로토콜;의 타당성을 결정 하기 위해 추가 연구 필요 그러나, 개념 천연 가스를 사용 하 여이 작품에서 파일럿 규모에서 성공적 증명 했다.

이 연구에서 발생 하는 또 다른 한계는 안정 상태 작업 테스트; 당 ~ 3 h, 테스트 기간 이것은 느린 과정 이다 식물의 난방 과정입니다. 탄/calcination 사이클 원자로 사이 순환 때 입자에 의해 경험된의 평균 수는 알려져 있지 않다. 그것은 가능한 높은 산소 농도 석회암 입자의 더 많은 소를 일으키는 부정적인 영향을 미쳤다입니다. 이러한 과제의 추가 조사는 소설과 높은 규모에 칼 식물에 대 한 가능한 운영 모드 프로토콜의 적합성을 평가 하기 위해 도움이 될.

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Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

연구 이러한 결과 석탄에 대 한 유럽 공동체의 연구 기금에서 자금을 받은 고 강철 (RFC) 아래 부여 계약 n ° RFCR-CT-2014-00007. 이 작품은 전화 2 프로젝트의 일환으로 영국 탄소 캡처 및 스토리지 연구 센터 (UKCCSRC)에 의해 투자 되었다. UKCCSRC는 연구 위원회의 영국 에너지 프로그램, 추가 자금 경영, 에너지 및 산업 전략의 일환으로 공학 및 물리 과학 연구 위원회 (EPSRC)에 의해 지원 됩니다 (BEIS-이전 DECC). 저자 또한이 작품의 과정을 통해 그의 거 대 한 도움 씨 마틴 Roskilly를 감사 하 고 싶습니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Longcal limestone Loncliffe Longcal SP52 n/a
Mechanical Shaker SWECO LS24S544+C Mechanical siever to separate particles
Oxygen BOC n/a BOC cylinders
Nitrogen BOC n/a BOC tank
Carbon dioxide BOC n/a BOC tank
Natural gas n/a n/a Taken from the line

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25 KW<sub>회</sub> 칼슘 반복 파일럿-식물은 Calciner에서 높은 산소 농도와 운영
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Erans, M., Jeremias, M., Manovic, V., Anthony, E. J. Operation of a 25 KWth Calcium Looping Pilot-plant with High Oxygen Concentrations in the Calciner. J. Vis. Exp. (128), e56112, doi:10.3791/56112 (2017).More

Erans, M., Jeremias, M., Manovic, V., Anthony, E. J. Operation of a 25 KWth Calcium Looping Pilot-plant with High Oxygen Concentrations in the Calciner. J. Vis. Exp. (128), e56112, doi:10.3791/56112 (2017).

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