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Calciner में उच्च ऑक्सीजन सांद्रता के साथ एक 25 किलोवाटगु कैल्शियम लूप पायलट-संयंत्र का संचालन

Published: October 25, 2017 doi: 10.3791/56112
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Combustion and CCS Centre, Cranfield University

Summary

इस पांडुलिपि calciner में उच्च ऑक्सीजन सांद्रता के साथ दहन कार्बन पर कब्जा के लिए एक कैल्शियम लूप पायलट-संयंत्र के संचालन के लिए एक प्रक्रिया का वर्णन करने के लिए कम या फ्लू गैस रीसायकल को खत्म करने के लिए ।

Abstract

कैल्शियम लूप (CaL) एक के बाद दहन सह2 कब्जा प्रौद्योगिकी है कि मौजूदा बिजली संयंत्रों रेट्रोफिटिंग के लिए उपयुक्त है । काल प्रक्रिया एक सस्ते और आसानी से उपलब्ध सह के रूप में चूना पत्थर का उपयोग करता है2 sorbent । जबकि प्रौद्योगिकी व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है, वहां कुछ उपलब्ध विकल्प है कि इसे और अधिक आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाने के लिए लागू किया जा सकता है । इन में से एक को कम करने या पुनर्नवीनीकरण गैस की मात्रा को समाप्त करने के लिए calciner में ऑक्सीजन एकाग्रता बढ़ाने के लिए है (CO2, H2हे और दोष); इसलिए, कम या पुनर्नवीनीकरण गैस स्ट्रीम गर्मी के लिए आवश्यक ऊर्जा को दूर । इसके अलावा, वहाँ दहन तीव्रता में परिवर्तन के कारण ऊर्जा इनपुट में एक परिणामस्वरूप वृद्धि; इस ऊर्जा के लिए पुनर्नवीनीकरण फ्लू गैसों के अभाव में होने के लिए endothermic sulphur प्रतिक्रिया सक्षम करने के लिए प्रयोग किया जाता है । इस पत्र के आपरेशन और calciner में प्राकृतिक गैस के १००% ऑक्सीजन दहन के साथ एक काल पायलट संयंत्र के पहले परिणाम प्रस्तुत करता है । carbonator में आने वाली गैस एक कोयले से निकली बिजली संयंत्र या सीमेंट उद्योग से नकली फ्लू गैस थी । कई चूना पत्थर कण आकार वितरण भी आगे इस ऑपरेटिंग मोड के समग्र प्रदर्शन पर इस पैरामीटर के प्रभाव का पता लगाने के लिए परीक्षण कर रहे हैं । रिएक्टर प्रणाली के विन्यास, ऑपरेटिंग प्रक्रियाओं, और परिणाम इस पत्र में विस्तार से वर्णित हैं. रिएक्टर अच्छा hydrodynamic स्थिरता और स्थिर सह2 पर कब्जा करने के लिए, एक गैस एक कोयले की फ्लू गैस का अनुकरण मिश्रण के साथ ७०% तक की कब्जा क्षमता के साथ दिखाया बिजली संयंत्र निकाल दिया ।

Introduction

सह2 उत्सर्जन और परिणामस्वरूप ग्लोबल वार्मिंग महत्वपूर्ण पर्यावरणीय मुद्दों है कि पिछले वर्षों में अनुसंधान की एक बड़ी राशि को आकर्षित किया है । कार्बन कैप्चर और भंडारण (सीसीएस) के लिए एक संभावित प्रौद्योगिकी के रूप में स्वीकार किया गया है सह2 उत्सर्जन को कम करने के लिए वातावरण1,2। सीसीएस श्रृंखला का सबसे चुनौतीपूर्ण हिस्सा सह2का कब्जा है, जो भी सबसे महंगा चरण3है । परिणाम में, बिजली संयंत्रों और अंय औद्योगिक सुविधाओं से सह2 कब्जा के लिए नई प्रौद्योगिकियों के विकास पर ध्यान दिया गया है ।

एक के बाद दहन सह2 कब्जा प्रौद्योगिकी के रूप में काल, पहले Shimizu एट अल द्वारा प्रस्तावित किया गया था । 4 CO2 एक carbonator नामक एक रिएक्टर में 600-700 डिग्री सेल्सियस पर एक काओ आधारित sorbent द्वारा कब्जा कर लिया है, और 850-950 डिग्री सेल्सियस पर बाद में sulphur द्वारा जारी (एक calciner में) Eq के अनुसार . (1), एक उच्च शुद्धता सह2 धारा का उत्पादन करने के लिए ज़ब्त के लिए उपयुक्त5,6. काल चक्र द्रवित बिस्तरों का उपयोग करता है, जो इस प्रक्रिया के लिए एक इष्टतम विन्यास का प्रतिनिधित्व करते हैं, क्योंकि वे ठोस की बड़ी मात्रा के लिए एक रिएक्टर से अन्य करने के लिए आसानी से प्रसारित किया जा करने के लिए अनुमति देते हैं4,5,6 , 7 , 8.

काओ (s) + CO2 (g) ⇔ कएको3 (s) ΔH25 ° c =-१७८.२ kJ/मोल (1)

इस अवधारणा को पायलट पैमाने पर विभिंन समूहों द्वारा प्रदर्शन किया गया है और विभिंन विंयास और तराजू, जैसे स्टटगार्ट में ०.२ मेगावाटवें पायलट के रूप में, Darmstadt में 1 मेगावाटगु पायलट, में १.७ मेगावाटवें पायलट ला Pereda में और ताइवान में १.९ मेगावाट कीगु इकाई9,10,11,12,13,14,15,16. हालांकि इस प्रक्रिया को साबित किया गया है, वहां अभी भी अपने थर्मल दक्षता बढ़ाने के लिए संभावनाएं हैं, जैसे मानक ऑपरेटिंग शर्तों और रिएक्टर विंयास के डिजाइन में परिवर्तन को संशोधित करने के द्वारा ।

combustor और calciner के बीच हीट पाइप का उपयोग calciner में ऑक्सी-combusting ईंधन के स्थान पर अध्ययन किया गया है. सह2 कब्जा प्रदर्शन के लिए परिणाम एक पारंपरिक काल पायलट के उन लोगों के साथ तुलना कर रहे हैं-संयंत्र, तथापि, इस प्रक्रिया को उच्च संयंत्र क्षमता और कम सह2 परिहार लागत17है । मार्टिनेज एट अल. 18 calciner में प्रवेश करने और calciner में आवश्यक गर्मी को कम करने के लिए ठोस सामग्री को गर्म करने के क्रम में गर्मी एकीकरण संभावनाओं की जांच की । परिणाम जब मानक मामले की तुलना में कोयले की खपत में 9% की कमी दिखाई । गर्मी एकीकरण के लिए अंय अध्ययन संभावनाओं को भी आंतरिक और बाह्य एकीकरण विकल्प19माना जाता है ।

देखने के आर्थिक दृष्टि से काल चक्र की मुख्य समस्याओं में से एक को ईंधन दहन के माध्यम से calciner में जरूरत ऊर्जा की आपूर्ति है20। calciner के प्रवेश में ऑक्सीजन एकाग्रता में वृद्धि के क्रम में कम करने के लिए या भी सह की जरूरत से बचने के लिए प्रस्तावित है2 calciner को रीसायकल । इस वैकल्पिक पूंजी लागत (calciner और वायु पृथक्करण इकाइयों (आसू) का कम आकार), जो काफी इस प्रक्रिया की प्रतिस्पर्धात्मकता में सुधार कर सकते है कम कर देता है । दहन की स्थिति में कठोर परिवर्तन endothermic sulphur प्रतिक्रिया का दोहन और बड़े काओ/कएको3 कम तापमान पर ऑपरेटिंग carbonator से परिचालित प्रवाह (न तो लाभ के साथ उपलब्ध है ऑक्सी-दहन प्रौद्योगिकी) ।

इस काम के लिए एक परिचालित द्रव बिस्तर (CFB) carbonator और एक bubbling द्रवित बिस्तर (BFB) के साथ एक काल पायलट संयंत्र चलाने के लिए एक मानक संचालन प्रक्रिया विकसित करना है १००% के साथ calciner हे2 है calciner प्रवेश में एकाग्रता । ऑक्सीजन एकाग्रता बढ़ाए जाने के साथ ही उचित संचालन सुनिश्चित करने के लिए पायलट प्लांट की कमीशनिंग के दौरान कई प्रायोगिक अभियान चलाए गए हैं । इसके अलावा, तीन चूना पत्थर कण आकार वितरण (100-200 µm; 200-300 µm; 300-400 µm) कैसे इस पैरामीटर कणों की elutriation को प्रभावित करता है और इस ऑपरेटिंग मोड में दक्षता पर कब्जा की जांच करने के लिए अध्ययन किया गया ।

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Protocol

< p class = "jove_title" > 1. सामग्री वडा

  1. छलनी (~ ५० किलो कच्चे माल की) वांछित कण आकार वितरण करने के लिए (300-400 & #181; मी या प्रयोग के आधार पर किसी अंय वितरण) एक यांत्रिक शेखर का उपयोग कर । टेस्ट के दौरान खिलाने के लिए calciner के बगल में बर्तन में छलनी सामग्री डाल दें ।
  2. बैचों में सामग्री तैयार रिएक्टर में पेश किया जाएगा । बैचों आम तौर पर कर रहे हैं ०.५ l या 1 l (1 l चूना पत्थर के लगभग १.५ किग्रा है), लेकिन यह ऑपरेटिंग पैरामीटर के आधार पर भिन्न हो सकते हैं.
< p class = "jove_title" > 2. स्टार्ट-अप प्रक्रिया

< p class = "jove_content" > सावधानी: अत्यंत उच्च तापमान यहां प्राप्त कर रहे हैं । दस्ताने, आंख चश्मा, प्रयोगशाला कोट और सुरक्षा के जूते के रूप में उपयुक्त पीपीई आवश्यक हैं ।

  1. हीट-अप रिएक्टर्स के
    1. में N 2 के कम प्रवाह प्रारंभ करें carbonator (६० l/मिनट) और calciner (20 l/मिनट) के रूप में के रूप में अच्छी तरह से पाश जवानों (10 एल/rotameters में/
    2. carbonator ट्रांसफॉर्मर पर मैंयुअल रूप से चालू करें । ६०० पर carbonator के सभी विद्युत कचौरी का तापमान सेट करें & #176; ग.
    3. डेटा प्राप्त करना शुरू (गैस तापमान और दबाव के लिए, सॉफ्टवेयर में रिकॉर्डिंग बटन का उपयोग करें) । डेटा दोनों रिएक्टरों के तापमान, दबाव और गैस संरचना में शामिल हैं । म < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १ र < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा २ , डाटा अधिग्रहण प्रणाली के स्क्रीनशॉट दिखाए गए हैं ।
    4. calciner गैस कचौरी चालू कर दीजिये. calciner के आसपास हीटर चालू करें ६०० & #176; ग एक thermocouple के जरिए BFB के अंदर मापा ।
      नोट: तापमान, दबाव और गैस संरचना के रूप में डेटा पहले से ही चरण 2.1.3 में कहा गया के रूप में प्राप्त किया जा रहा है ।
    5. में BFB में छलनी चूना पत्थर के 3 एल डाल calciner । पहले शीर्ष वाल्व खोलने के लिए, नीचे-पाइप में सामग्री परिचय और शीर्ष वाल्व बंद है, तो नीचे वाल्व इतना खुला है कि सामग्री रिएक्टर में बहती है ।
    6. BFB में सामग्री गर्मी से ऊपर ६५० & #176; ग (calciner के आसपास बिजली के हीटर द्वारा).
      नोट: यह आमतौर पर लेता है ~ 1 एच, इस समय के दौरान डेटा अधिग्रहण और द्रवित बिस्तरों में दबाव की जांच करें ।
< p class = "jove_content" फो: रख-जुलकर । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 1" class = "xfigimg" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig1.jpg"/>
चित्रा 1: तापमान और दबाव डेटा अधिग्रहण के स्क्रीनशॉट दोनों रिएक्टरों के लिए. < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig1large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

< p class = "jove_content" फो: रख-जुलकर । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 2" class = "xfigimg" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig2.jpg"/>
चित्रा 2: overheating प्रणाली के लिए तापमान डेटा अधिग्रहण के स्क्रीनशॉट । < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig2large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

< p class = "jove_content" फो: साथ-साथ रखें । भीतर-पृष्ठ = "1" > < img alt = "चित्रा 3" class = "xfigimg" src = "//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig3.jpg"/>
चित्रा 3: योजनाबद्ध 25 किलोवाट की गु काल (CFB carbonator and BFB calciner). 1: carbonator; 2: calciner; 3: लोअर पाश-सील; 4: ऊपरी पाश-सील; 5: carbonator चक्रवात; ६: calciner चक्रवात. < a href = "//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig3large.jpg" target = "blank" > इस फिगर का बड़ा वर्जन देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

< राजभाषा प्रारंभ = "2" >
  • calciner में दहन शुरू
    1. 0 से ४०% vol में calciner में ऑक्सीजन एकाग्रता में वृद्धि, सुनिश्चित करें कि दहन शुरू करने से पहले एकाग्रता स्थिर है ।
    2. प्राकृतिक गैस के stoichiometric प्रवाह मैंयुअल रूप से एक सुनिश्चित करें कि दहन स्थिर है बनाने कन्ट्रोलर का उपयोग शुरू करते हैं ।
      नोट: प्राकृतिक गैस का प्रवाह सावधानी से बढ़ाया जाना चाहिए । जांच करें कि डेटा दहन प्रतिक्रिया का उचित स्तर दिखाएं ।
    3. stoichiometric दहन सुनिश्चित करने के लिए प्राकृतिक गैस प्रवाह कन्ट्रोलर का समायोजन करके 20% vol वेतन वृद्धि में calciner में ऑक्सीजन एकाग्रता में वृद्धि.
      नोट: यह प्रक्रिया अत्यधिक सावधानी के साथ किया जाना चाहिए । यदि कोई संदेह पैदा होता है कि दहन प्रारंभिक गणना से उंमीद के रूप में नहीं हो रहा है तो प्राकृतिक गैस के प्रवाह को रोकने और सुरक्षित ऑपरेशन के लिए नाइट्रोजन के लिए ऑक्सीजन का प्रवाह स्विच । इस विसंगति के स्रोत की पहचान करें । इस प्रक्रिया की कुल अवधि के बारे में है 1 h.
    4. प्राप्त १००% ऑक्सीजन एकाग्रता प्राकृतिक गैस दहन.
      नोट: तापमान और गैस संरचना डेटा सावधानी से सभी परीक्षण के बाद किया जाना चाहिए, लेकिन विशेष रूप से जब दहन १००% ऑक्सीजन में जगह ले जा रहा है ।
    5. ०.५ में चूना पत्थर जोड़ l वेतन वृद्धि जब तक वहां द्रव बिस्तर में 7 एल है । Calcine के द्रवित बिस्तर में सभी सामग्री को calciner (अनुमानित sulphur तापमान 800-850 & #176; C calciner में मौजूद बैच के लिए और निम्न बैचेस के लिए calciner तापमान है).
    6. का संचलन शुरू करने के लिए carbonator में N 2 का प्रवाह बढ़ा । संचलन दृश्य बंदरगाह नियमित रूप से जांच करने के लिए उचित संचलन सुनिश्चित करें ।
      7. कं 2 कैप्चर शुरू करने से पहले रिग में घूम रहे सभी उपलब्ध चूना पत्थर को
    7. Calcine ।
    • < p class = "jove_title" > 3. स्थिर आपरेशन

    1. मैंयुअल रूप से N 2 से 15% vol सह 2 , जो कन्ट्रोलर चूना पत्थर को सह कैलक्लाइंड 2 कब्जा शुरू करने की अनुमति देता है का उपयोग कर कार्बन गैस स्विच ।
    2. calciner में प्रवाह को मैंयुअल रूप से समायोजित rotameters का उपयोग कर एक स्थिर 930-950 & #176; C तापमान प्राकृतिक गैस (एनजी) और ऑक्सीजन (इष्टतम fluidization शासन के भीतर) के प्रवाह को विनियमित करके calciner में । O 2 प्रवाह पर्याप्त बिस्तर सामग्री के साथ आमतौर पर १००% है, लेकिन यह प्रयोग भर में समायोजित किया जाता है ।
    3. जब सामग्री गतिविधि में गिरावट शुरू होता है (5% से ऊपर सह carbonator के निकास पर 2 एकाग्रता है, जो सॉफ्टवेयर के रूप में कदम 2.1.3 में वर्णित द्वारा लगातार अधिग्रहण किया है), और अधिक चूना पत्थर जोड़ें ।
    < p class = "jove_title" > 4. शट डाउन प्रक्रिया

    1. मैंयुअल रूप से कन्ट्रोलर का उपयोग कर प्राकृतिक गैस के प्रवाह को बंद करें और ऑक्सीजन के प्रवाह में कमी, और दोनों रिएक्टरों में गैसों N 2 स्विच । सभी हीटर (calciner और carbonator) बंद कर दें ।
    2. रिग की सूची के तापमान की अनुमति के लिए कम (आम तौर पर रात भर), और रिएक्टरों खाली जब वे कमरे के तापमान पर हैं ।
    3. निकाली ठोस वजन और एक मानक चलनी विश्लेषण प्रदर्शन करते हैं । सामग्री की विशेषताएं: porosimetry, रचना (X-ray प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोमेट्री, XRF) < सुप class = "xref" > 21 , < सुप क्लास = "xref" > 22 और माइक्रोस्कोपिक स्ट्रक्चर (स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, SEM).

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    Representative Results

    प्रायोगिक सेट अप चित्रा 3में दिखाया गया है । संयंत्र दो परस्पर द्रवित-बिस्तरों शामिल हैं । अर्थात्, carbonator ४.३ मीटर की ऊंचाई और ०.१ मीटर आंतरिक व्यास (आईडी) के साथ एक CFB है; जबकि calciner १.२ मीटर ऊंचाई और ०.१६५ मीटर आईडी के साथ एक BFB है । ठोस परिवहन एक रिएक्टर से दूसरे करने के लिए नाइट्रोजन के साथ द्रवित दो पाश जवानों द्वारा नियंत्रित किया जाता है । दोनों रिएक्टरों एक overheating लाइन के माध्यम से गैस का एक मिश्रण खिलाया जाता है, और दोनों बिजली गर्म कर रहे हैं; इसके अलावा, calciner प्राकृतिक गैस के साथ खिलाया के लिए endothermic sulphur के लिए आवश्यक गर्मी दहन द्वारा उत्पादन के लिए और परिसंचारी sorbent गर्मी है । carbonator वितरक प्लेट 8 नलिका, बीस 2 मिमी छेद के साथ उनमें से प्रत्येक है, जबकि calciner छह 1 मिमी छेद प्रत्येक के साथ 20 नलिका है ।

    तीन विभिन्न प्रयोगों से परिणाम इस खंड में चर्चा कर रहे हैं । इन परीक्षणों के साथ एक सिंहावलोकन प्रदान करने के लिए हवा से पायलट संयंत्र चलाने के संबंध (~ 20% vol हे2) १००% vol हे2 calciner प्रवेश पर । यह कार्य भी इस पैरामीटर सिस्टम के समग्र प्रदर्शन पर कोई प्रभाव है, तो यह देखने के लिए इस संचालन मोड में भिन्न कण आकार वितरण का उपयोग करने के परिणाम की पड़ताल । इस अध्ययन में प्रयुक्त चूना पत्थर ९८.२५% कएको3का एक ंयूनतम सामग्री है ।

    प्रयोग 1: फ्लू गैस (15% वॉल्यूम सह2) चूना पत्थर के साथ (200-300 µm) 30% vol O2

    चूना पत्थर अंश 200-300 µm के साथ इस पहले परीक्षण के लिए प्रदर्शन अनुकूलन के लिए एक प्रारंभिक बिंदु के रूप में रिग के भीतर दो रिएक्टरों के बीच घूम चूना पत्थर के साथ रिग परीक्षण किया गया । इस परीक्षण के दौरान, ४५% की एक कब्जा दक्षता हासिल की थी (चित्रा 4) । इस पर कब्जा दक्षता, ईcarb , निंनलिखित सूत्र का उपयोग कर गणना की गई थी23: जहां एफसीओ 2 सह के दाढ़ प्रवाह दर carbonator और एफcarb में प्रवेश सह2 के दाढ़ प्रवाह दर है जा carbonator ।

    Equation 22)

    Figure 4
    चित्रा 4: carbonator प्रवेश और आउटलेट और 200-300 µm चूना पत्थर के लिए 30% हे2के साथ कब्जा दक्षता (Ecarb) पर2 की एकाग्रता । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

    इस प्रायोगिक चलाने के दौरान अवर कब्जा दक्षता मुख्य रूप से गर्मी की अपर्याप्त आपूर्ति के द्वारा सभी BFB में रहने वाले चूना calcine करने के लिए कारण था । इसके कारण carbonator फीड में काओ/कएको3 का अनुपात घट गया । एक अंय संभावित कारण निष्क्रियता और ले-calciner, जो कुल बिस्तर सूची और प्रणाली में मौजूद sorbent की मात्रा कम से चूने के कणों के ऊपर था । प्रयोग के बाद, रिएक्टर की सूची का एक सामग्री संतुलन (तालिका 1) किया गया था । छोटे भागों की ओर एक बदलाव देखा जा सकता है, क्योंकि दोनों द्रवित बिस्तर में सामग्री के उदासीनता की ।

    अंश में चूना पत्थर Calciner + Carbonator चक्रवात Calciner चक्रवात Carbonator
    कुल द्रव्यमान (g) ९१०० ५००० ५०० 20
    250-300 µm 22% 24% 2% 0%
    212-250 µm ४७% ४१% 6% 18%
    150-212 µm 28% ३४% 24% 18%
    0-150 µm 3% 1% ६९% ६५%

    तालिका 1: 30% ओ2के साथ 200-300 µm चूना पत्थर के लिए सामग्री निविष्टियां और outputs के वजन संतुलन ।

    प्रयोग 2: चूना पत्थर के साथ फ्लू गैस (15% CO2) (100-200 µm) १००% हे2

    इस परीक्षण में, मुख्य उद्देश्य छोटे चूना पत्थर कणों का उपयोग करने के लिए प्रणाली के प्रदर्शन पर उनके संभावित लाभकारी प्रभाव की जांच करने के लिए किया गया था । माध्यमिक उद्देश्य के लिए उच्च केंद्रित ऑक्सीजन में प्राकृतिक गैस combusting द्वारा BFB calciner में sulphur प्रक्रिया को और अधिक गर्मी प्रदान किया गया था, आदर्श रूप में प्रवेश पर १००% तक ।

    इस प्रयोग में, हम सफलतापूर्वक calciner, जो पूरी तरह से एक मानक ऑक्सी-ईंधन प्रक्रिया के लिए आवश्यक गैस की रीसायकल को नष्ट करने की संभावना प्रदान करता है के प्रवेश पर शुद्ध हे2 का उपयोग करने की संभावना का परीक्षण किया । यह संभव एक परिचालित तरल पदार्थ बिस्तर सामग्री और सतत sulphur प्रतिक्रिया के रूप में गर्मी की खपत के द्वारा किया जाता है ।

    छोटे कणों का उपयोग कार्बनीकरण प्रक्रिया पर एक लाभकारी प्रभाव नहीं था, कणों और गैस के बीच उच्च संपर्क क्षेत्र की वजह से सबसे अधिक संभावना. हालांकि, इस मामले में कुछ विवाद है के रूप में छोटे कणों अशुद्धियों की उच्च सामग्री के कारण कम जेट दिखाया है24। लगभग सभी जोड़ा चूना पत्थर कि & #60; १५० µm बहुत जल्दी calciner से बहाव चक्रवात के elutriated था । इसलिए, यह बहुत उच्च कब्जा दक्षता प्राप्त करने के लिए आवश्यक रिग में चूने की आवश्यक सूची बनाए रखने के लिए मुश्किल था । कैप्चर दक्षता के परिणाम चित्रा 5में हैं ।

    Figure 5
    चित्रा 5: CO2 carbonator प्रवेश और आउटलेट और इसी पर कब्जा दक्षता (ईcarb) के लिए 100-200 µm चूना पत्थर १००% ओ2के साथ । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

    इनपुट और ठोस outputs के संतुलन परीक्षण (2 तालिका) के बाद प्रदर्शन किया गया था, और यह पता चला था कि टी के सबसेवह प्रयोग के दौरान रिग में शुरू की सामग्री calciner चक्रवात में समाप्त हुआ । यह शायद इस परीक्षण के दौरान कम मापा कब्जा दक्षता का मुख्य कारण था ।

    अंश चूना Carbonator Calciner चक्रवात calciner चक्रवात carbonator
    कुल द्रव्यमान (g) १९००० १२०० २७०० ८७०० ३६०
    & #62; 212-212 µm 0% 21% 2% 0% ३९%
    212-150 µm 18% ३९% ७३% 5% ४२%
    150-125 µm ४०% 22% 13% ३२% 10%
    125-63 µm ४१% 18% 12% ६०% 9%
    0-63 µm 2% 0% 0% 3% 1%

    तालिका 2: 100-200 µm चूना पत्थर के लिए बरामद सामग्री और उसके चलनी विश्लेषण के १००% ओ2के साथ संतुलन ।

    समाप्त करने के लिए, हम सफलतापूर्वक calciner के प्रवेश पर शुद्ध हे2 के उपयोग के लिए पूरी तरह से एक मानक ऑक्सी-ईंधन प्रक्रिया के लिए आवश्यक गैस की रीसायकल को समाप्त करने के लिए परीक्षण किया । यह तरल पदार्थ बिस्तर सामग्री और सतत sulphur प्रतिक्रिया परिसंचारी के रूप में प्रदान की गर्मी सिंक के कारण संभव है । हालांकि, छोटे कण आकार वितरण (100-200 µm), कणों की elutriation के कारण कैप्चर प्रक्रिया के लिए लाभकारी नहीं था । यह एक उच्च कब्जा दक्षता प्राप्त करने के लिए आवश्यक बिस्तर सूची बनाए रखने के लिए बेहद मुश्किल था । इसलिए, हम अगले प्रायोगिक अभियान में बड़े कणों के उपयोग की जांच करने का फैसला किया ।

    प्रयोग 3: चूना पत्थर के साथ फ्लू गैस (15% CO2) (300-400 µm) १००% हे2

    इस परीक्षण के दौरान, भिन्न 300-400 µm के प्रदर्शन का परीक्षण किया गया था ताकि पिछले रन में देखा के रूप में calciner के द्रवित बिस्तर से उच्च सामग्री घाटे को कम करने के लिए. यह आवश्यक चूना/चूना पत्थर अपनी कुशल परिसंचरण और कार्बन कैप्चर के लिए आवश्यक सूची की अवधारण सक्षम करने के लिए उंमीद थी । कारण sorbent की एक उचित राशि का उपयोग करने के लिए रिग में परिचालित और पर्याप्त गर्मी शुद्ध ऑक्सीजन में प्राकृतिक गैस के दहन द्वारा प्रदान की (18 किलोवाट जारी), एक स्थिर कब्जा दक्षता ~ ७०% से अधिक 3 ज के लिए प्राप्त किया गया था; यह एक बहुत अच्छा परिणाम है जब अपेक्षाकृत कम carbonator रिएक्टर ट्यूब और sorbent और सह के बीच के फलस्वरूप कम संपर्क समय पर विचार2। carbonator के आउटलेट पर सह2 की एकाग्रता 5% vol नीचे बनाए रखा गया था, और ताजा चूना पत्थर (०.५ एल बैचों में) calciner को जोड़ा गया था जब carbonator के आउटलेट पर सह2 की एकाग्रता इस मूल्य से अधिक । एक स्थिर प्रयोगात्मक रन अनुकूलित शर्तों के साथ हासिल किया गया था ।

    प्रक्रिया मानक प्रक्रिया के साथ शुरू कर दिया; यानी, पहले रिएक्टर ७०० डिग्री सेल्सियस तक गरम किया गया था, तो २.९ चूना पत्थर के एल calciner में जोड़ा और गरम किया गया था । calciner में तापमान और गैस सांद्रता चित्रा 6में दिखाया गया है । ध्यान दें कि नीचे दी गई संख्या चित्रा 6में उन चरणों के अनुरूप है । 1) हवा का प्रवाह ४०% हे2 और ६०% N2 और द्रवित बिस्तर में प्राकृतिक गैस के दहन (९.१ किलोवाट) शुरू किया गया था की एक प्रवाह मिश्रण द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था । द्रव बिस्तर में चूना पत्थर ८०० डिग्री सेल्सियस से ऊपर गर्म था और चूना पत्थर के 3 और बैचों (1 एल) calciner में जोड़ा गया । 2) जबकि चूना पत्थर के द्रव बिस्तर में calcining था, चूना/चूना पत्थर का संचलन carbonator के माध्यम से पहले से गरम किया गया N2 बहने से शुरू किया गया था (६५० डिग्री सेल्सियस पर २.५ मी के वेग से) । एक अतिरिक्त ०.९ एल चूना पत्थर जोड़ा गया था और 3) एक ताजा ओ2 सिलेंडर calciner के प्रवेश करने के लिए जुड़ा हुआ था । 4) ऑक्सीजन को फिर से कनेक्ट करने के बाद, दहन फिर से शुरू किया गया था, एक प्रवेश में इस बार हे2 एकाग्रता के ७०% (और 30% N2), जो प्राकृतिक गैस के 14 किलोवाट की खपत के लिए नेतृत्व के आउटलेट पर एक हे2 एकाग्रता तक पहुंचने के लिए ~ 5% (में गीली गैस). 5) शुद्ध हे2 calciner प्रवेश, जो calciner में 18 किलोवाट की गर्मी जारी करने के लिए नेतृत्व में शुरू किया गया था, और 6) कार्बन carbonator में सह के 15% इंजेक्शन द्वारा शुरू किया गया था2। कार्बनीकरण की क्षमता (चित्रा 7) इस रिएक्टर डिजाइन पर अभी तक सबसे अधिक था (~ ७०%). 7) calciner के BFB के माध्यम से बहने वाली गैस वेग को ०.३० मी (वांछित तापमान द्वारा अपेक्षित) के तापमान को बनाए रखने के लिए कम किया जाना था के बारे में ९३० ° c शुद्ध हे2 में प्राकृतिक गैस के दहन के द्वारा उत्पंन (जबकि बंद गैस में ओ2 एकाग्रता को बनाए रखने के 5% vol नीचे एक औद्योगिक रूप से स्वीकार्य स्तर) ।

    Figure 6
    चित्रा 6: calciner के BFB का तापमान और उसके बाहर निकलने पर ऑफ गैस का तापमान और संरचना । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

    तरल पदार्थ बिस्तर में तापमान प्राकृतिक गैस की प्रवाह दर को विनियमित करने और लगातार के प्रवाह की दर को समायोजित करने से परीक्षण के दौरान बनाए रखा गया था2 के एक calciner वेग को प्राप्त करने के लिए ~ ०.३० मी/ लगातार आपरेशन के दौरान, निंनलिखित ऊर्जावान संतुलन मनाया गया था: calciner में, ऑक्सीजन केवल ३०० डिग्री सेल्सियस के लिए सुरक्षा कारणों के लिए पहले से गरम किया गया था; इसलिए, अव्यक्त गर्मी में ०.५ किलोवाट प्रदान करते हैं । लगभग १५.५ किलोवाट द्रवित बिस्तर में प्राकृतिक गैस के दहन द्वारा जारी किया गया था, लेकिन एक सतत sulphur के लिए केवल ५.३ किलोवाट की जरूरत थी (जब कोई ताजा सामग्री जोड़ा गया था), ३.६ किलोवाट बंद गैस की अव्यक्त गर्मी को कवर करने के लिए और ~ 7 किलोवाट परिसंचारी adsorbent और टी हीटिंग के लिए ओ कवर गर्मी नुकसान । carbonator में ३.२ किलोवाट की गैस कचौरी बनाकर दी गई थी (३५० डिग्री सेल्सियस), और ५.४ किलोवाट कार्बनीकरण प्रक्रिया द्वारा जारी किया गया था । लगभग 5 किलोवाट carbonator के बाहर की अव्यक्त गर्मी के रूप में किया गया था ऑफ गैस और ३.६ किलोवाट गर्मी नुकसान से नष्ट हो अमबर प्रतिक्रिया द्वारा जारी गर्मी को कवर करते समय ६५० डिग्री सेल्सियस पर तापमान को बनाए रखने की जरूरत है । जब कार्बन प्रक्रिया शुरू होता है (और प्रभावी), carbonator दृष्टिकोण में तापमान ७०० ° c है, जो उच्च मूल्यों के आउटलेट गैस की प्राप्य ऊष्मा संतुलन एकाग्रता बदलाव । यह सैद्धांतिक ंयूनतम एकाग्रता, carbonator तापमान पर निर्भर है, चित्रा 7में परीक्षण के दौरान मापा एकाग्रता के साथ चित्रित है ।

    कार्बनीकरण प्रक्रिया ~ ६.७ चूना के रिग में मौजूद के साथ शुरू किया गया था । कार्बनीकरण की शुरुआत में एक अतिरिक्त ०.५४ एल ( चित्रा 7में 13:45) 5% vol से नीचे गैस में अवशिष्ट सह2 की कमी के परिणामस्वरूप, और इस स्तर ०.५ एल चूना पत्थर बैचों के अतिरिक्त द्वारा परीक्षण भर में बनाए रखा गया था (जब carbonator के निकास पर2 की एकाग्रता 5% से अधिक । calciner को ताजा चूना पत्थर के जोड़ के बीच समय अंतराल 15, 20, ५०, ४५ और ५० मिनट थे । इसलिए, हम निष्कर्ष निकाला है कि एक स्थिर आपरेशन ताजा चूना पत्थर के ०.५ L (७५० ग्राम) लगभग हर ५० मिनट, जो एक मेक-अप अनुपात (F0सीओ 2) के बराबर है के अलावा की आवश्यकता है 6%, के रूप में कहीं और वर्णित25 . इन प्रयोगों में मेक-अप अनुपात मुख्य रूप से चूना पत्थर (प्रतिक्रिया क्षय और elutriation) से प्रभावित था. इस पैरामीटर के मूल्य carbonator आउटलेट पर सह2 एकाग्रता के आधार पर चुना गया था, यानी, और अधिक चूना पत्थर जोड़ने जब यह एक 5% vol सह2पर पहुंच गया ।

    sieving विश्लेषण के आधार पर, हम निष्कर्ष है कि मूल चूना पत्थर अंश ज्यादातर रिग संचलन में बनाए रखा गया था, जबकि कणों ज्यादातर & #60; २५० µm calciner चक्रवात को खत्म किया गया । इन कणों बड़े कणों के टूटना/उदासीनता से मुख्य रूप से हुई ।

    अंश में चूना पत्थर Carbonator Calciner चक्रवात calciner चक्रवात Carbonator
    कुल द्रव्यमान (g) १४,००० १,९०० ४,२०० २,००० १२०
    & #62; ३५५ µm 21% 16% 4% 0% 0%
    300-350 µm ४३% ४५% ३८% 1% 1%
    250-300 µm ३३% 26% 18@ 3% 0%
    212-250 µm 2% 4% 9% 7% 1%
    150-212 µm 0% 3% 1% ३५% 14%
    63-150 µm 0% 5% 0% ४१% ४६%
    0-63 µm 0% 0% 0% 12% ३८%

    तालिका 3: ठोस और जानकारी (चूना पत्थर) और outputs (अंय) के 300-400 µm चूना पत्थर के १००% के साथ के छलनी विश्लेषण के जन संतुलन2।

    अंश में चूना पत्थर Carbonator Calciner चक्रवात calciner चक्रवात Carbonator अंतर (आउट – इन)
    कुल मॉल १३० 31 ६६ ३२ 2 0
    & #62; ३५५ µm 27 5 2 0 0 -20
    300-350 µm ५६ 14 25 0 0 -17
    250-300 µm 4 8 ३२ 1 0 -२.६
    212-250 µm 2 1 6 2 0 ६.९
    150-212 µm 0 1 1 11 0 13
    63-150 µm 0 2 0 13 1 16
    0-63 µm 1 0 0 4 1 ४.१

    तालिका 4: दाढ़ बैलेंस अनुमान (कच्चे चूना पत्थर की 10% आर्द्रता, कैलक्लाइंड राज्य में उत्पादन का ७५% wt) १००% के साथ 300-400 µm चूना पत्थर के लिए2।

    Figure 7
    चित्रा 7: CO2 carbonator प्रवेश और आउटलेट और इसी पर कब्जा दक्षता (ईcarb) के लिए 300-400 µm चूना पत्थर १००% हे2के साथ में ।  इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए कृपया यहां क्लिक करें ।

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    Discussion

    १००% खंड ऑक्सीजन की एक प्रवेश के साथ calciner के आपरेशन प्राप्त है, sulphur प्रतिक्रिया के endothermic प्रकृति का शोषण पर आधारित है, साथ ही तथ्य यह है कि ठोस अलग तापमान पर दो रिएक्टरों के बीच प्रसारित । इस ऑपरेटिंग मोड का उद्देश्य काल प्रक्रिया को पूंजी और परिचालन लागत को कम करके अधिक आर्थिक रूप से आशाजनक बनाना है । के रूप में फ्लू गैस की रीसायकल (मुख्य रूप से सह2, जल वाष्प और2में कमी आई है) कम या भी सफाया कर दिया, गर्मी इस धारा कम है कचौरी भस्म । इसलिए, कम ऑक्सीजन की जरूरत है और एक छोटे आसू की आवश्यकता होगी । के रूप में गैस का प्रवाह इस विंयास में कम होगा, calciner का आकार एक ही fluidization वेग के लिए छोटा होगा ।

    calciner में उच्च ऑक्सीजन एकाग्रता के सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करने के लिए एक मानक पद्धति विकसित की गई थी । परिणाम प्रदर्शन प्रयोगों में से कुछ में ७०% तक की एक पर कब्जा दक्षता दिखाया । साथ ही, भिन्न कण आकार वितरण इस रिएक्टर कॉन्फ़िगरेशन (carbonator के रूप में एक CFB; calciner के रूप में एक BFB) में उपयोग किए गए थे । वितरण थे: 100-200 µm; 200-300 µm; 300-400 µm । सबसे छोटी वितरण (100-200 µm) के लिए, तथापि, वहां थे elutriation मुद्दों और बिस्तर सूची के बहुमत calciner के चक्रवात पकड़ने पॉट में पाया गया । सबसे अच्छा परिणाम सबसे बड़ा कण आकार वितरण (300-400 µm) के साथ प्राप्त किया गया: ~ ७०% के एक ईcarb के बारे में 6% के एक मेकअप अनुपात के साथ प्रयोग भर में बनाए रखा गया था ।

    इस प्रोटोकॉल बिजली के ताप को कम करने से सुधार किया गया था गैस और calciner जब प्राकृतिक गैस combusted जा रहा है प्रदान की, ताकि विद्युत निर्वहन हीटिंग तत्वों की वजह से ट्यूबों की रक्षा के लिए । इसके अलावा, यह ध्यान दिया गया है कि ओ2 एकाग्रता में वृद्धि और अधिक तेजी से प्रारंभिक प्रायोगिक अभियानों की तुलना में प्राप्त किया जा सकता है, 20% vol से ६०% vol और १००% vol । यह महत्वपूर्ण है कि इस प्रक्रिया में सबसे महत्वपूर्ण कदम दहन की शुरुआत और ऑक्सीजन एकाग्रता है, जो वृद्धि हुई तापमान है कि प्राकृतिक गैस के स्रोत बंद हो जाएगा अगर तापमान अधिक हो जाता है पैदा कर सकता है की वृद्धि हुई है ९८० ° c. इसके अलावा, सामग्री मेकअप एक चिंता का विषय है के रूप में यह रिएक्टर के तापमान को कम करने और दहन प्रक्रिया को रोकने कर सकते हैं, और इसलिए, यह छोटे बैचों में जोड़ा जाना चाहिए ।

    इस प्रायोगिक रिग के लिए लागू इस पद्धति के साथ, यह नए सिंथेटिक सामग्री, साथ ही साथ डोपिंग, थर्मल पूर्व उपचार, रासायनिक पूर्व उपचार, आदिके माध्यम से सुधार सामग्री का परीक्षण करने के लिए संभव है26 यह प्रोटोकॉल इन नए sorbents की अनुमति देता है sorbent तुलना के लिए एक मानक पद्धति प्रदान यथार्थवादी स्थितियों के तहत परीक्षण किया जाना है । हालांकि, वहां कुछ चुनौतियों का सामना कर रहे है जब बड़े पैमाने पर इस अवधारणा को लागू करने, जैसे इन ऑपरेटिंग शर्तों के तहत calciner में कोयले के उपयोग के रूप में । ठोस ईंधनों के उपयोग से उच्च तापमान के कारण calciner ऑपरेशन में कठिनाई बढ़ेगी, जो राख ढेर को जन्म दे सकती है और अंततः defluidizing घटनाएं27. इस प्रोटोकॉल की व्यवहार्यता का निर्धारण करने के क्रम में आगे के अध्ययन की जरूरत है; हालांकि, इस अवधारणा को प्राकृतिक गैस का उपयोग कर इस काम में पायलट पैमाने पर सफल साबित हुआ ।

    एक और इस अध्ययन से उत्पंन सीमा परीक्षण की अवधि है, के साथ ~ 3 परीक्षण के प्रति स्थिर राज्य आपरेशन के एच; यह संयंत्र, जो एक धीमी प्रक्रिया है की हीटिंग प्रक्रिया के कारण है । रिएक्टरों के बीच परिचालित होने पर एक कण द्वारा अनुभव की गई कार्बन/sulphur चक्र की औसत संख्या ज्ञात नहीं है । यह संभव है कि उच्च ऑक्सीजन एकाग्रता एक नकारात्मक चूना पत्थर कणों में अधिक sintering के कारण प्रभाव था । इन चुनौतियों के आगे जांच के लिए एक उच्च स्तर पर काल पौधों के लिए एक उपंयास और संभव ऑपरेटिंग मोड के रूप में प्रोटोकॉल की उपयुक्तता का आकलन करने में मदद मिलेगी ।

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    Disclosures

    लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

    Acknowledgments

    इन परिणामों के लिए अग्रणी अनुसंधान अनुदान समझौते n ° RFCR-सीटी-2014-00007 के तहत यूरोपीय समुदाय के कोयला और इस्पात (RFCS) के लिए अनुसंधान कोष से धन प्राप्त किया है । यह काम ब्रिटेन कार्बन कैप्चर और भंडारण अनुसंधान केंद्र (UKCCSRC) द्वारा वित्त पोषित किया गया कॉल 2 परियोजनाओं के भाग के रूप में । UKCCSRC अनुसंधान परिषद ब्रिटेन ऊर्जा कार्यक्रम के भाग के रूप में इंजीनियरिंग और भौतिक विज्ञान अनुसंधान परिषद (EPSRC) द्वारा समर्थित है, व्यापार, ऊर्जा और औद्योगिक रणनीति (BEIS-पूर्व DECC) विभाग से अतिरिक्त धन के साथ । लेखक भी इस काम के दौरान अपने भारी मदद के लिए श्री मार्टिन Roskilly शुक्रिया अदा करना चाहूंगा ।

    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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    References

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    पर्यावरण विज्ञान मुद्दा १२८ कैल्शियम looping पायलट संयंत्र प्रयोगों सह2 कैप्चर संचालन प्रक्रिया ऑक्सी-ईंधन sulphur दक्षता पर कब्जा ।
    Calciner में उच्च ऑक्सीजन सांद्रता के साथ एक 25 किलोवाट<sub>गु</sub> कैल्शियम लूप पायलट-संयंत्र का संचालन
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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).

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