Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Эксплуатация 25 кВтй кальция зацикливания пилот завода с кислородом высокой концентрации в кальцинатором

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

Summary

Эта рукопись описывает процедуру для функционирования кальция, циклы пилот завод для дожигания улавливание с кислородом высокой концентрации в декарбонизатора для того, чтобы уменьшить или устранить очистки дымовых газов.

Abstract

Кальций, циклы (CaL) – дожигания CO2 захват технология, которая подходит для модернизации существующих электростанций. CaL процесс использует известняка в качестве дешевых и легко доступных CO2 сорбента. Хотя технология широко изучен, есть несколько вариантов, которые могут быть применены к сделать его экономически более жизнеспособными. Одним из них является увеличить концентрацию кислорода в декарбонизатора для уменьшения или устранения количество переработанного газа (CO2, H2O и примесей); Таким образом, уменьшения или удаления необходимо нагреть рециркулированных газовый поток энергии. Кроме того есть увеличение ввода энергии из-за изменения в интенсивности горения; Эта энергия используется для включения эндотермического обжига реакции происходят в отсутствие вторичного дымовых газов. Этот документ представляет операцию и первые результаты экспериментального завода CaL с 100% кислорода сгорания природного газа в декарбонизатора. Газ, поступающий в Сатуратор был имитируемых дымовых газов от угольных электростанций или цементной промышленности. Несколько распределением размера частиц известняка проверяются также изучить влияние этого параметра на общую производительность этого режима работы. Конфигурация системы реактора, оперативные процедуры и результаты описаны подробно в настоящем документе. Реактор, показали хорошую Гидродинамическая устойчивость и стабильных CO2 захват, с эффективностью захвата до 70% с газовой смеси, имитируя дымовых газов на угольные электростанции.

Introduction

Выбросов CO2 и результирующее глобальное потепление, важнейших экологических проблем, которые привлекли большое количество исследований в последние годы. Улавливание и хранение (CCS) был признан потенциал технологии для сокращения выбросов CO2 в атмосферу1,2. Наиболее сложной частью цепочки CCS является захват CO2, который также является наиболее дорогостоящий этап3. В результате был сосредоточиться на разработке новых технологий улавливания CO2 от электростанций и других промышленных объектов.

CaL как технология захвата дожигания CO2 , была впервые предложена Симидзу и др. 4 CO2 захватывается на основе Цао сорбента на 600-700 ° C в реакторе под названием Сатуратор и выпущенная последующих прокаливания в 850-950 ° С (в декарбонизатора) согласно уравнение (1), для получения высокочистых CO2 потока подходит для поглощения5,6. CaL цикл использует кипящим, которые представляют собой оптимальную конфигурацию для этого процесса, поскольку они позволяют для больших объемов твердых частиц должен быть разослан легко из одного реактора4,5,других6 , 7 , 8.

Цао (s) + CO2 (g) ⇔ СаСО3 (s) ΔH25 ° C =-178.2 кДж/моль (1)

Эта концепция была продемонстрирована в экспериментальном масштабе различными группами и с разными конфигурациями и весов, например 0.2 МВтй пилот в Штутгарте, 1 МВтй пилот в Дармштадте, 1,7 МВтй пилот в Ла-переда и группе 1.9 МВтй в Тайване9,10,11,12,13,14,,1516. Хотя этот процесс было доказано, есть еще возможности для повышения теплового КПД, такие как, изменяя стандартные рабочие условия и изменения в конструкции реактора конфигурации.

Использование тепловых труб между камеры сгорания и кальцинатором изучено вместо кислородно сжигания топлива в декарбонизатора. Результаты для захвата производительность CO2 сопоставимы с показателями обычного CaL пилот-растения, однако этот процесс имеет более высокую эффективность растений и Нижняя CO2 расторжения по цене17. Мартинес и др. 18 изучают возможности интеграции тепла чтобы разогреть твердый материал, введя декарбонизатора и уменьшить тепло, необходимое в декарбонизатора. Результаты показали 9% снижение потребления угля по сравнению с стандартным дела. Другие изучали возможности для интеграции тепла также рассмотрели варианты внутренней и внешней интеграции19.

Одна из главных проблем цикла CaL с экономической точки зрения является поставлять энергию в декарбонизатора посредством сжигания топлива20. Увеличение концентрации кислорода в входе декарбонизатора предлагается для того, чтобы уменьшить или даже избежать необходимости CO2 корзины для декарбонизатора. Эта альтернатива снижает капитальные затраты (уменьшение размера декарбонизатора и воздуха воздухоразделительные установки (ВРУ)), которые могут значительно повысить конкурентоспособность этого процесса. Резкое изменение условий горения может быть достигнуто путем использования реакции эндотермического обжига и большой Цао/СаСО3 потока циркулирует от Сатуратор, работающих при низких температурах (ни преимущество доступен с кислородно-технология сжигания).

Эта работа призвана разработать стандартные оперативные процедуры для запуска экспериментального завода CaL с циркулирующих кровать кипящем слое (ЦКС) Сатуратор и кальцинатором восходящей противоожоговой реабилитационной кровати (БОС) с концентрацией 100% O2 в входе декарбонизатора. Несколько экспериментальных кампании была запущена во время ввода в эксплуатацию экспериментального завода для обеспечения надлежащего функционирования как кислорода концентрация увеличилось. Кроме того были изучены три распределения размера частиц известняка (100-200 мкм, 200-300 мкм, 300-400 мкм) исследовать, как этот параметр влияет на сцеживания частиц и захватить эффективность в этом режиме.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Подготовка материала

  1. сито известняка (~ 50 кг сырья) в желаемый гранулометрический состав (300-400 мкм или другой дистрибутив в зависимости от эксперимента) с помощью механических шейкер. Поместите фильтруют материал в горшки рядом с декарбонизатора для кормления в тесте
  2. Подготовить материал поэтапно вводиться в реактор. Пакеты, как правило, 0,5 Л или 1 Л (1 Л известняка составляет примерно 1,5 кг), но это может варьироваться в зависимости от эксплуатационных параметров.

2. Процедура запуска

ОСТОРОЖНОСТЬЮ: здесь достигаются очень высоких температур. СИЗ подходит как перчатки, очки, обувь лаборатории пальто и безопасности требуются.

  1. Нагрев реакторов
    1. начать низкого потока N 2 в Сатуратор (60 Л/мин) и кальцинатором (20 Л/мин), а также цикла тюленей (10 Л/мин) в Расходомеры электронные.
    2. Включить Сатуратор трансформаторы вручную. Установите температуру всех электрических подогревателей Сатуратор 600 ° C.
    3. Начать приобретение данных (для газ температур и давлений, используйте кнопку записи программного обеспечения). Эти данные включают, температуры, давления и газовый состав обоих реакторов. На рисунке 1 и на рисунке 2, показаны скриншоты системы сбора данных.
      4. Подогреватели газа
    4. включите декарбонизатора. Включите нагреватель вокруг декарбонизатора до 600 ° C, измеренная внутри БОС через термопары.
      Примечание: Данные такие как температуры, давления и состава газа уже приобретается как указано в шаге 2.1.3.
    5. Положите 3 Л, котор фильтруют известняка в БОС в декарбонизатора. Сначала откройте верхний клапан, представить материал в вниз трубы и закрыть верхний клапан, затем откройте донный клапан, так что материал поступает в реактор.
    6. Тепло материал в БОС до 650 ° c (от электрического отопителя вокруг декарбонизатора).
      Примечание: Обычно это занимает ~ 1 ч, во время этой проверки во время сбора данных и давления в кипящим.

Figure 1
рис: скриншот сбора данных температуры и давления для обоих реакторов. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
рис: скриншот сбора данных температуры подогрева системы. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 3
Рисунок 3: схема 25 кВт й CaL (CFB Сатуратор и кальцинатором БОС). 1: Сатуратор; 2: для декарбонизаторов; 3: нижняя петля печать; 4: Верхняя петля печать; 5: Сатуратор циклона; 6: декарбонизатора циклона. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

  1. начать сжигание в декарбонизатора
    1. увеличивают концентрацию кислорода в декарбонизатора от 0 до 40% vol, убедившись, что концентрация является стабильной до начала горения.
    2. Начать стехиометрическим поток природного газа, вручную с помощью ротаметр, убедившись, что сжигание является стабильной.
      Примечание: Поток природного газа должно быть увеличено тщательно. Проверьте, что данные показывают соответствующий уровень реакции горения.
    3. Увеличить концентрацию кислорода в декарбонизатора с шагом 20% vol, регулируя ротаметр поток природного газа для обеспечения сгорания стехиометрическим.
      Примечание: Этот процесс должен осуществляться с крайней осторожностью. Если возникает любое подозрение, что горение происходит не как ожидалось от предварительные расчеты затем остановить поток природного газа и переключить поток кислорода азота для безопасной эксплуатации. Определите источник этого несоответствия. Общая продолжительность этого процесса составляет около 1 ч.
    4. Достичь 100% кислорода концентрация природный газ сгорания.
      Примечание: Данные температуры и газовый состав следует тщательно на протяжении всех испытаний, но особенно когда горения проходит 100% кислорода в.
    5. Добавить известняка с шагом 0,5 Л до тех пор, пока существует 7 Л в псевдоожиженном слое. Огарка весь материал в кипящем декарбонизатора (примерно прокаливания температура составляет 800-850 ° C для пакета присутствуют в декарбонизатора и декарбонизатора температура для следующих пакетов).
    6. Увеличить поток N 2 в Сатуратор для начала обращения. Проверить порт зрения циркуляции регулярно, чтобы обеспечить циркуляцию.
    7. Огарка все доступные известняка, циркулирующих в буровой установки перед началом захвата CO 2.

3. Стабильная работа

  1. вручную переключить сатурации газ от N 2 до 15% vol CO 2 с помощью ротаметр, который позволяет обожженного известняка начать захват CO 2.
  2. Настроить потоки в декарбонизатора вручную с помощью Расходомеры электронные для достижения стабильной температуре 930-950 ° C в декарбонизатора, регулируя поток природного газа (ПГ) и кислорода (в рамках режима оптимального Псевдоожижение). O 2 потока обычно 100% с достаточно материала для кровати, но он корректируется на протяжении всего эксперимента.
  3. Когда материал начинает снижаться активность (выше 5% CO 2 концентрация на выходе Сатуратор, который постоянно приобретается программного обеспечения как описано в шаге 2.1.3), добавить больше известняка.

4. Завершите процедуру

  1. вручную выключить поток природного газа, с использованием ротаметр уменьшения потока кислорода и переключения Газы в обоих реакторов N 2. Выключите все нагреватели (декарбонизатора и Сатуратор).
  2. Позволяют температуры инвентаризации буровой установки для уменьшения (обычно на ночь) и пустые реакторов, когда они находятся при комнатной температуре.
  3. Взвесить извлеченный твердых и выполнять анализ Стандартные сита. Характеристики материала: porosimetry, композиция (рентгеновской флуоресценции спектрометрии, XRF) 21 , 22 и микроскопические структуры (растровая электронная микроскопия, SEM).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Экспериментальная установка показана на рисунке 3. Завод состоит из двух взаимосвязанных противоожоговой реабилитационной кровати. А именно Сатуратор является CFB с 4,3 м высоты и 0,1 м внутреннего диаметра (ID); Хотя для декарбонизаторов БОС с высоты 1,2 м и идентификатор 0,165 м. Твердых транспорт от одного реактора на другой контролируется два цикла уплотнения, кипящего слоя с азотом. Оба реактора кормят смесью газов через линию предварительного нагрева, и оба нагреваются электрически; Кроме того для декарбонизаторов подается с природного газа для того, чтобы производить при сгорании тепло, необходимое для эндотермического обжига и тепла циркулирующей сорбента. Сатуратор дистрибьютор пластина имеет 8 форсунок, каждый из них с двадцати 2 мм отверстия, в то время как для декарбонизаторов имеет 20 сопла с шестью отверстиями 1 мм.

В этом разделе обсуждаются результаты от трех различных экспериментов. Эти тесты обеспечивают обзор в отношении запуска экспериментального завода из воздуха (~ 20% vol O2) до 100% vol O2 на входе для декарбонизаторов. Эта работа также исследует результаты использования распределением размера частиц различных в этот режим, чтобы увидеть, если этот параметр имеет влияние на общую производительность системы. Известняк, используемые в данном исследовании имеет минимальное содержание % 98,25 СаСО3.

Эксперимент 1: Дымовых газов (15% vol CO2) с 30% vol O известняка (200-300 мкм)2

Это первый тест с фракции известняка, выполненных 200-300 мкм для тестирования установки с известняком, циркулирующих между двух реакторов в пределах буровой установки как отправной точки для оптимизации производительности. В ходе этого испытания, было достигнуто улавливания 45% (Рисунок 4). Эта эффективность захвата, Eкарбюратора, была рассчитана с использованием следующих формул23: где FCO2 Молярный расход CO2 ввода Сатуратор и Fкарбюратора Молярный расход CO2 оставляя Сатуратор.

Equation 2(2)

Figure 4
Рисунок 4: концентрация CO2 на входе Сатуратор и розетки и улавливания (Ecarb) для 200-300 мкм известняка с 30% O2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Уступает улавливания в ходе этого экспериментального запуска было вызвано главным образом недостаточные поставки тепла к огарка всех проживающих в БОС известняка. Это вызвало уменьшение коэффициента Цао/СаСО3 в Сатуратор корма. Другой вероятной причиной был деактивации и перенос частиц извести из декарбонизатора, который уменьшен инвентаризации общая кровать и объем сорбента подарок в системе. После эксперимента была выполнена материальный баланс по инвентаризации реактора (Таблица 1). Может наблюдаться переход к мелких фракций, из-за истирания материала в обоих кипящим.

Фракция Известняк в Для декарбонизаторов + Сатуратор Циклон для декарбонизаторов Сатуратор циклон
Общая масса (г) 9100 5000 500 20
250-300 мкм 22% 24% 2% 0%
212-250 мкм 47% 41% 6% 18%
150-212 мкм 28% 34% 24% 18%
0-150 мкм 3% 1% 69% 65%

Таблица 1: Вес баланса материала входов и выходов для 200-300 мкм известняка с 30% O2.

Эксперимент 2: Дымовых газов (15% CO2) с известняк (100-200 мкм) 100% O2

В этом тесте основной целью было использовать известняк мелких частиц с целью изучения их возможных благотворное влияние на производительность системы. Вторичной целью было, чтобы обеспечить больше тепла в процессе прокаливания в БОС декарбонизатора путем сжигания природного газа в высоко концентрированный кислорода, в идеале до 100% на входе.

В этом эксперименте мы успешно протестировали возможность использования чистой O2 на входе декарбонизатора, который предлагает возможность полностью устранить очистки отходящих газов для стандартного процесса газокислородной. Это стало возможным благодаря расход тепла в виде циркулирующим псевдоожиженным материала и непрерывной прокаливания реакции.

Использование меньших частиц не имеют благоприятное воздействие на процесс карбонизации, скорее всего, из-за выше зоны контакта между частицами и газ. Однако есть некоторые разногласия в этом вопросе, как мелкие частицы показали снижение реактивности благодаря высоким содержанием примесей24. Почти все добавленные известняка, который был < 150 мкм было очень быстро elutriated от декарбонизатора течению циклон. Таким образом это было очень трудно поддерживать необходимые инвентаризации извести в буровой установки, необходимые для достижения более высокой эффективности. Результаты эффективности улавливания находятся на рисунке 5.

Figure 5
Рисунок 5: концентрация CO2 на входе Сатуратор и розетки и соответствующего улавливания (Eкарбюратора) для 100-200 мкм известняка с 100% O2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Баланс входов и выходов твердых была выполнена после испытания (Таблица 2), и было обнаружено, что большинство tматериал он введен в буровой установки в ходе эксперимента попал в циклон декарбонизатора. Это вероятно был главной причиной низкой измеренных улавливания во время этого испытания.

Фракция Известняк Сатуратор Для декарбонизаторов Циклон для декарбонизаторов Сатуратор циклон
Общая масса (г) 19000 1200 2700 8700 360
> 212-212 мкм 0% 21% 2% 0% 39%
212-150 мкм 18% 39% 73% 5% 42%
150-125 мкм 40% 22% 13% 12g 10%
125-63 мкм 41% 18% 12% 60% 9%
0-63 мкм 2% 0% 0% 3% 1%

Таблица 2: Баланс рекуперированного материала и его анализ сита для 100-200 мкм известняка с 100% O2.

В заключение, мы успешно протестированы использование чистой O2 на входе декарбонизатора для того, чтобы полностью устранить очистки отходящих газов для стандартного процесса газокислородной. Это стало возможным благодаря радиатор в форме циркулирующих кипящим материал и непрерывной прокаливания реакции. Однако распределение мелких частиц (100-200 мкм) не был полезным для процесса захвата, за счет сцеживания частиц. Это было чрезвычайно трудно поддерживать кровати инвентаризации, необходимых для получения более высокой эффективности улавливания. Поэтому мы решили исследовать использование больше частиц в следующий экспериментальный кампании.

Эксперимент 3: Дымовых газов (15% CO2) с известняк (300-400 мкм) 100% O2

В ходе этого разбирательства производительность фракции 300-400 мкм была протестирована с целью сокращения высоких материальных потерь от кипящего декарбонизатора, как показано в предыдущих запусков. Это ожидалось, чтобы включить сохранение необходимых извести/известняка инвентаризации, необходимых для его эффективной циркуляции и углерода захват. За счет использования соответствующей суммы сорбента циркулирующих в Рог и достаточно тепла предоставляемый сжигания природного газа в чистом кислороде (выпуск 18 кВт), стабильной улавливания из ~ 70% была достигнута более чем 3 ч; Это очень хороший результат, при рассмотрении сравнительно короткий Сатуратор реактора трубки и последующее короткое время контакта между сорбентом и CO2. Концентрация CO2 на выходе Сатуратор поддерживалась ниже 5% vol, и свежие известняка (в пакетах по 0,5 Л) был добавлен в декарбонизатора, когда концентрация CO2 на выходе Сатуратор превышает это значение. Стабильной экспериментальный запуск был достигнут с оптимизированной условиями.

Процесс начался с стандартной процедурой; то есть, первое, что реактор был нагрет до 700 ° C, а затем 2.9 L известняка был добавлен в декарбонизатора и нагревается. Температуры и концентрации газов в декарбонизатора показаны на рисунке 6. Обратите внимание, что номера ниже соответствуют эти шаги на рисунке 6. 1) поток воздуха был заменен потока смесь 40% O2 и 60% N2 и сжигание в кипящем природного газа было начато (9.1 кВт). Известняк в кипящем нагревался выше 800 ° C и 3 больше серий известняка (1 Л) были добавлены к декарбонизатора. 2) известняка прокалочная в псевдоожиженном слое, в то время как распространение извести/известняка была начата течет разогретой N2 через Сатуратор (со скоростью до 2,5 м/с при 650 ° C). Дополнительные 0,9 Л известняка была добавлена и 3) свежие цилиндра2 O был подключен к входе декарбонизатора. 4) после переподключения кислорода, сгорания была начата снова, на этот раз в концентрации2 входе O и 70% (30% N2), что привело к потреблению 14 кВт природного газа для достижения O2 концентрация на выходе ~ 5% (в влажного газа). 5) чистой O2 был введен на входе декарбонизатора, что привело к освобождению тепла 18 кВт в декарбонизатора и 6) сатурации был инициирован в Сатуратор инъекций 15% CO2. Эффективность сатурации (рис. 7) еще самые высокие на этой конструкции реактора (~ 70%). 7) скорость газа, протекающей через БОС декарбонизатора должен быть понижен до 0,30 м/с (требуется желаемой температуры) для поддержания температуры около 930 ° C, генерируемые при сжигании природного газа в чистом O2 (при сохранении концентрации2 O в отходящих газах до промышленно приемлемого уровня ниже 5% vol).

Figure 6
Рисунок 6: температура БОС декарбонизатора и температуры и состава отходящих газов на ее выход. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Температура в кипящем сохранялся постоянный во время испытания, регулирование расхода природного газа и последовательно регулируя скорость потока2 O для достижения скорости декарбонизатора ~0.30 м/с. При постоянной эксплуатации, было отмечено следующее энергетический баланс: в декарбонизатора, кислород был разогретую до только 300 ° C по соображениям безопасности; Таким образом, обеспечивая 0.5 кВт в скрытой теплоты. Около 15,5 кВт был освобожден при сжигании природного газа в псевдоожиженном слое, но только 5.3 кВт было необходимо для непрерывной при прокаливании (когда не свежий материал был добавлен), 3,6 кВт для покрытия скрытой теплоты отходящих газов и ~ 7 кВт для отопления циркуляционный адсорбента и t o охватывают потери тепла. В Сатуратор, 3.2 кВт была предоставлена подогрева газа (до350 ° C) и 5,4 кВт был выпущен процесса карбонизации. Почти 5 кВт был проведен Сатуратор как скрытой теплоты отходящих газов и 3,6 кВт необходимо быть поглощенным потери тепла для покрытия тепла, выпущенная экзотермические реакции при поддержании температуры на 650 ° C. Когда процесс карбонизации начинается (и эффективно), температура в Сатуратор подходы 700 ° C, который сдвигает достижимый термодинамического равновесия концентрации газа выход более высокие значения. Эта Теоретическая минимальная концентрация, зависит от температуры Сатуратор, изображен вместе с указанием концентрации во время тестирования на рисунке 7.

С ~6.7 L известняка в Рог был начат процесс карбонизации. Дополнительные 0,54 Л в начале сатурации (13:45 на рис. 7) привело к снижению остаточных CO2 в Газе ниже 5% vol, и этот уровень сохранялся в течение всего испытания путем добавления пакетов 0,5 Л известняка (когда концентрация CO2 на выезде Сатуратор превышает 5%). Интервалы времени между дополнения свежие известняка для декарбонизатора были 15, 20, 50, 45 и 50 мин. Таким образом, мы пришли к выводу, что стабильная работа требует добавлением свежей сорбента соответствует 0,5 Л (750 g) известняка примерно каждые 50 мин, который эквивалентен соотношении макияж (F0/fCO2) 6%, как описано в других странах25 . Коэффициент макияж в этих экспериментах главным образом влиянием известняка (реактивности распада и сцеживания). Значение этого параметра был выбран, основанные на концентрации CO2 на выходе Сатуратор, т.е., добавив больше известняка когда он достиг 5% vol CO2.

Основываясь на просеивание анализа, мы заключаем, что оригинальный фракции известняка была сохранена главным образом в буровой установки циркуляции, а частицы главным образом < 250 мкм были перенесены к циклону декарбонизатора. Эти частицы главным образом результатом обрыв/убыли более крупных частиц.

Фракция Известняк в Сатуратор Для декарбонизаторов Циклон для декарбонизаторов Сатуратор циклон
Общая масса (г) 14000 1900 4200 2,000 120
> 355 µm 21% 16% 4% 0% 0%
300-350 мкм 43% 45% 38% 1% 1%
250-300 мкм 33% 26% 48% 3% 0%
212-250 мкм 2% 4% 9% 7% 1%
150-212 мкм 0% 3% 1% 35% 14%
63-150 мкм 0% 5% 0% 41% 46%
0-63 мкм 0% 0% 0% 12% 38%

Таблица 3: Массы баланс тела и Ситовый анализ входов (известняка) и выходы (другие) за 300-400 мкм известняка с 100% O2.

Фракция Известняк в Сатуратор Для декарбонизаторов Циклон для декарбонизаторов Сатуратор циклон Разница (вне-в)
Всего моль 130 31 66 32 2 0
> 355 µm 27 5 2 0 0 -20
300-350 мкм 56 14 25 0 0 -17
250-300 мкм 4 8 32 1 0 -2,6
212-250 мкм 2 1 6 2 0 6.9
150-212 мкм 0 1 1 11 0 13
63-150 мкм 0 2 0 13 1 16
0-63 мкм 1 0 0 4 1 4.1

Таблица 4: Молярная баланс смета (10% влажность сырья известняка, wt 75% производства кальцинированного штата) 300-400 мкм известняка с 100% O2.

Figure 7
Рисунок 7: Концентрация CO2 на входе Сатуратор и розетки и соответствующего улавливания (Eкарбюратора) для 300-400 мкм известняка с 100% O2.  Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Операция для декарбонизаторов с входом кислорода 100% vol достижимо, основанных на микроархитектуре Эндотермические реакции при прокаливании, а также тот факт, что твердые вещества циркулируют между двух реакторов при разных температурах. Этот режим работы призвана сделать процесс CaL экономически более перспективным путем уменьшения капитала и эксплуатационных расходов. Как утилизации дымовых газов (главным образом CO2, паров воды и непрореагировавшего O2) сокращены или даже ликвидированы, потребляется для подогрева этот поток тепла ниже. Поэтому требуется меньше кислорода и потребуются меньшие АГУ. Поскольку поток газа будет ниже в этой конфигурации, размер декарбонизатора будет меньше для той же самой скоростью Псевдоожижение.

Для обеспечения безопасной эксплуатации концентрация высокой кислорода в декарбонизатора была разработана стандартная методология. Результаты показали эффективность захвата до 70% в некоторых проведенных экспериментов. Кроме того распределением размера частиц различных были использованы в этой конфигурации реактора (Сатуратор как CFB; декарбонизатора как БОС). Дистрибутивы были: 100-200 мкм; 200-300 мкм; 300-400 мкм. Для маленьких распределения (100-200 мкм) Однако, там были вопросы сцеживания и большинство инвентаризации кровати был найден в декарбонизатора циклон улов горшок. Наилучшие результаты были достигнуты с крупнейшим распределения размера частиц (300-400 мкм): Eкарбюратора ~ 70% сохранялся на протяжении всего эксперимента с коэффициентом макияж около 6%.

Этот протокол был улучшен путем минимизации электрическое отопление, газ и кальцинатором предоставляется при условии природного газа в настоящее время сжигания, чтобы защитить трубы от электрических разрядов, вызванные нагревательных элементов. Кроме того, было отмечено, что увеличение концентрации2 O может быть достигнуто быстрее, чем в первоначальных экспериментальных кампаний, от 20% vol для 60% vol и 100% vol. Важно подчеркнуть, что наиболее важные шаги в рамках этого процесса являются начала сгорания и увеличение концентрации кислорода, который может привести к увеличению температуры, что будет выключить источник природного газа, если температура идет выше, чем 980 ° C. Кроме того состав материала вызывает обеспокоенность, поскольку он может снизить температуру реактора и остановить процесс горения, и поэтому следует добавить небольшими порциями.

С этой методологии, применяемой к этой экспериментальной установки, это можно протестировать новые синтетические материалы, а также материалы улучшения через допинг, предварительной термообработки, химической предварительной обработки, и т.д.26 этот протокол позволяет эти новые сорбенты для проверки в реальных условиях, предусматривающих сорбента Сравнение стандартной методологии. Однако есть некоторые проблемы при применении этой концепции в большем масштабе, таких как использование угля в декарбонизатора при этих условиях эксплуатации. Использование твердых видов топлива увеличит сложность декарбонизатора операции из-за высоких температур, которые могут привести к агломерации золы и в конечном итоге defluidizing явления27. Этот вопрос требует дальнейшего изучения с целью определения целесообразности этого протокола; Однако концепция была оказались успешными в экспериментальных в этой работе, с использованием природного газа.

Другое ограничение, вытекающие из данного исследования является продолжительность тестов, с ~ 3 h устойчивого состояния операции на тест; Это объясняется процесс нагрева завода, который представляет собой медленный процесс. Среднее количество циклов карбонизации/прокаливания сталкиваются частицы при распространении между реакторов не известен. Вполне возможно, что концентрация кислорода высокое отрицательное воздействие, вызывая более обжига известняка частиц. Дальнейшее исследование этих проблем поможет оценить пригодность протокола как Роман и осуществимым режим работы для CaL растений в масштабе выше.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Исследований, приведших к эти результаты получил финансирование от Фонда исследований Европейского сообщества угля и стали (RFC) под предоставить договор n ° RFCR-CT-2014-00007. Эта работа финансировалась Великобритании улавливание и хранение исследовательский центр (UKCCSRC) как часть вызова 2 проектов. UKCCSRC поддерживается инженерных и естественных наук исследовательский совет (EPSRC) в рамках программы исследовательский совет Великобритании энергии, с дополнительного финансирования от Департамента предпринимательства, энергетики и промышленной стратегии (БЕЙС - ранее МЭИК). Авторы хотели бы также поблагодарить г-н Мартин Roskilly за его огромную помощь в ходе этой работы.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Bernstein, L., Lee, A., Crookshank, S. Carbon dioxide capture and storage: a status report. Climate Policy. 6 (2), 241-246 (2011).
  2. Boot-Handford, M. E., et al. Carbon capture and storage update. Energy Environmental Science. 7 (1), 130-189 (2014).
  3. Herzog, H. J. Scaling up carbon dioxide capture and storage: from megatons to gigatons. Energy Economics. 33 (4), 597-604 (2011).
  4. Shimizu, T., Hirama, T., Hosoda, H., Kitano, K., Inagaki, M., Tejima, K. A twin fluid-bed reactor for removal of CO2 from combustion processes. Chemical Engineering Research and Design. 77 (1), 62-68 (1999).
  5. Blamey, J., Anthony, E. J., Wang, J., Fennell, P. S. The calcium looping cycle for large-scale CO2 capture. Progress in Energy and Combustion Science. 36 (2), 260-279 (2010).
  6. Masnadi, M. S., Grace, J. R., Bi, X. T., Ellis, N., Lim, C. J., Butler, J. W. Biomass/coal steam co-gasification integrated with in-situ CO2 capture. Energy. 83, 326-336 (2015).
  7. Abanades, J. C., Anthony, E. J., Lu, D. Y., Salvador, C., Alvarez, D. Capture of CO2 from combustion gases in a fluidized bed of CaO. AIChE Journal. 50 (7), 1614-1622 (2004).
  8. Hughes, R. W., Lu, D. Y., Anthony, E. J., Macchi, A. Design, process simulation and construction of an atmospheric dual fluidized bed combustion system for in situ CO2 capture using high-temperature sorbents. Fuel Processing Technology. 86 (14), 1523-1531 (2005).
  9. Lu, D. Y., Hughes, R. W., Anthony, E. J. Ca-based sorbent looping combustion for CO2 capture in pilot-scale dual fluidized beds. Fuel Processing Technology. 89 (12), 1386-1395 (2008).
  10. Hawthorne, C., et al. CO2 capture with CaO in a 200 kWth dual fluidized bed pilot plant. Energy Procedia. 4, 441-448 (2011).
  11. Sánchez-Biezma, A., et al. Postcombustion CO2 capture with CaO. Status of the technology and next steps towards large scale demonstration. Energy Procedia. 4, 852-859 (2011).
  12. Dieter, H., Hawthorne, C., Zieba, M., Scheffknecht, G. Progress in calcium looping post combustion CO2 capture: successful pilot scale demonstration. Energy Procedia. 37, 48-56 (2013).
  13. Arias, B., et al. Demonstration of steady state CO2 capture in a 1.7 MWth calcium looping pilot. International Journal of Greenhouse Gas Control. 18, 237-245 (2013).
  14. Ströhle, J., Junk, M., Kremer, J., Galloy, A., Epple, B. Carbonate looping experiments in a 1MWth pilot plant and model validation. Fuel. 127, 13-22 (2014).
  15. Bidwe, A. R., Hawthorne, C., Dieter, H., Dominguez, M. A., Zieba, M., Scheffknecht, G. Cold model hydrodynamic studies of a 200kWth dual fluidized bed pilot plant of calcium looping process for CO2 Capture. Powder Technology. 253, 116-128 (2014).
  16. Chang, M. H., et al. Design and experimental testing of a 1.9 MWth calcium looping pilot plant. Energy Procedia. 63, 2100-2108 (2014).
  17. Reitz, M., Junk, M., Ströhle, J., Epple, B. Design and operation of a 300kWth indirectly heated carbonate looping pilot plant. International Journal of Greenhouse Gas Control. 54, 272-281 (2016).
  18. Martínez, A., Lara, Y., Lisbona, P., Romeo, L. M. Energy penalty reduction in the calcium looping cycle. International Journal of Greenhouse Gas Control. 7, 74-81 (2012).
  19. Perejón, A., Romeo, L. M., Lara, Y., Lisbona, P., Martínez, A., Valverde, J. M. The calcium-looping technology for CO2 capture: on the important roles of energy integration and sorbent behavior. Appl Energy. 162, 787-807 (2016).
  20. Mantripragada, H. C., Rubin, E. S. Calcium looping cycle for CO2 capture: Performance, cost and feasibility analysis. Energy Procedia. 63, 2199-2206 (2014).
  21. ASTM C1271-99(2012), Standard Test Method for X-ray Spectrometric Analysis of Lime and Limestone. (2012), ASTM International. West Conshohocken, PA. C1271-C1299 (2012).
  22. ASTM C25-11e2, Standard Test Methods for Chemical Analysis of Limestone, Quicklime, and Hydrated Lime. , ASTM International. West Conshohocken, PA. C25-C11 (2011).
  23. Alonso, M., Rodríguez, N., Grasa, G., Abanades, J. C. Modelling of a fluidized bed carbonator reactor to capture CO2 from a combustion flue gas. Chem Eng Sci. 64 (5), 883-891 (2009).
  24. Manovic, V., Anthony, E. J. Parametric study on the CO2 capture capacity of CaO-based sorbents in looping cycles. Energy Fuels. 22 (3), 1851-1857 (2008).
  25. Duhoux, B., Mehrani, P., Lu, D. Y., Symonds, R. T., Anthony, E. J., Macchi, A. Combined Calcium Looping and Chemical Looping Combustion for Post-Combustion Carbon Dioxide Capture: Process Simulation and Sensitivity Analysis. Energy Technol. 4 (10), 1158-1170 (2016).
  26. Erans, M., Manovic, V., Anthony, E. J. Calcium looping sorbents for CO2 capture. Appl Energy. 180, 722-742 (2016).
  27. Basu, P. A study of agglomeration of coal-ash in fluidized beds. The Canadian Journal of Chemical Engineering. 60 (6), 791-795 (1982).

Tags

Науки об окружающей среде выпуск 128 кальция циклов экспериментальный завод эксперименты CO2 захвата оперативные процедуры газокислородной прокаливания улавливания.
Эксплуатация 25 кВт<sub>й</sub> кальция зацикливания пилот завода с кислородом высокой концентрации в кальцинатором
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Erans, M., Jeremias, M., Manovic,… 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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter