Login processing...

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

Environment

Bir bitkinin 25 KWth kalsiyum döngü Pilot-Calciner yüksek oksijen konsantrasyonları ile işlem

doi: 10.3791/56112 Published: October 25, 2017

Summary

Bu el yazması bir kalsiyum pilot-bitki azaltan veya ortadan kaldıran baca gazı geri dönüşüm için calciner yüksek oksijen konsantrasyonları ile sonrası yanma karbon yakalama için döngü çalıştırmak için bir yordam açıklanır.

Abstract

Kalsiyum (CaL) döngü mevcut enerji santralleri güçlendirme için uygun olan bir sonrası yanma CO2 yakalama teknolojisidir. CaL işleminin kireçtaşı bir ucuz ve hazır CO2 jelleştirici kullanır. Teknoloji yaygın eğitim gördü iken daha ekonomik açıdan yapmak için uygulanabilir bir kaç kullanılabilir seçenekler. Bunlardan birini azaltmak veya geri dönüşümlü gaz (CO2, H2O ve kirleri); miktarda ortadan kaldırmak calciner oksijen konsantrasyonu artırmaktır Bu nedenle, azalan veya geri dönüşümlü gaz akışı ısıtmak gerekli enerjiyi kaldırma. Ayrıca, enerji girişi yanma yoğunluğu değişikliği nedeniyle ortaya çıkan bir artış olduğunu; Bu enerji geri dönüşümlü baca gazlarının yokluğunda gerçekleşmesi endotermik calcination reaksiyon etkinleştirmek için kullanılır. Bu kağıt % 100 Oksijen yanma calciner doğal gaz ile işlem ve CaL pilot tesis ilk sonuçlarını sunar. Carbonator gelecek gaz bir kömür yakıtlı elektrik santrali veya Çimento Sanayi simüle baca gazı kullanmış. Birkaç kireçtaşı parçacık boyutu dağıtımları da daha fazla bu işletim modu genel performansı üzerinde etkisi, bu parametrenin keşfetmek için test edilmektedir. Reaktör sistemine, çalışma usulleri ve sonuçları yapılandırmasını bu yazıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Reaktör iyi hidrodinamik istikrar ve istikrarlı CO2 yakalama yakalama verimliliği bir kömür yakıtlı elektrik santrali baca gazı simüle bir gaz karışımı ile % 70'e kadar ile gösterdi.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

CO2 emisyonu ve ortaya çıkan küresel ısınma araştırma büyük miktarda geçmiş yıllarda çekmiştir kritik çevre sorunları vardır. Karbon yakalama ve depolama (CCS) kabul etti atmosfer1,2CO2 emisyonlarının azaltılması için potansiyel bir teknoloji olarak. CCS zinciri en zor kısmı da en pahalı stage3ile CO2, yakalama var. Sonuç olarak, CO2 yakalama enerji santralleri ve diğer endüstriyel tesisler için yeni teknolojilerin geliştirilmesi üzerinde bir odak noktası olmuştur.

CaL bir sonrası yanma CO2 yakalama teknolojisi olarak ilk Shimizu vd tarafından önerilen 4 CO2 bir CaO tabanlı tarafından yakalanır, jelleştirici bir reaktör 600-700 ° C'de bir carbonator aradı ve sonraki calcination göre yüksek saflıkta CO2 akışı üretmek için EQ (1), 850-950 ° c (içinde bir calciner) tarafından yayımlanan haciz5,6için uygundur. Onlar kolayca bir reaktör diğer4,5,-6 dolaştırılması için katı büyük miktarlarda sağlar beri bu işlem için uygun bir yapılandırma temsil eden akışkan yataklar, CaL döngüsü kullanır , 7 , 8.

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

Bu kavram pilot ölçekli çeşitli gruplar tarafından ve farklı konfigürasyonları ile ve ölçekler, Stuttgart, 1 MWth pilot Darmstadt, La Pereda içinde 1.7 MWth pilot 0.2 MWth pilot gibi gösterdi ve Tayvan9,10,11,12,13,14,15,161.9 MWth biriminde. Bu işlem kanıtlanmış olsa da, hala olasılık standart çalışma koşulları ve reaktör yapılandırma tasarım değişiklikleri değiştirerek gibi termal verimliliğini artırmak için vardır.

Combustor ve calciner arasında ısı boru kullanımı calciner yanma oksi yakıt yerine çalışılmıştır. CO2 yakalama performans sonuçları bu bir geleneksel CaL pilot tesisi ile karşılaştırılabilir, ancak, bu süreç daha yüksek bitki verimliliği vardır ve daha düşük CO2 kaçınma maliyeti17. Martínez vd. 18 calciner girme sağlam malzeme Onceden ve calciner içinde gerekli ısı azaltmak için ısı Tümleştirme olanakları araştırıldı. Sonuçları bu standart dava ile karşılaştırıldığında kömür tüketimi %9 azalma gösterdi. Isı tümleştirme için okudu diğer olanaklar aynı zamanda iç ve dış entegrasyon seçenekleri19dikkate.

Ekonomik bakış açısından CaL döngüsünün ana sorunlardan biri aracılığıyla yakıt yanma20calciner gerekli enerji sağlamaktır. Calciner'ın giriş oksijen konsantrasyonu artırmak azaltmak veya hatta CO2 geri dönüşüm için calciner ihtiyaç önlemek amacıyla önerilmiştir. Bu alternatif rekabet bu sürecin önemli ölçüde artırabilir sermaye maliyeti (calciner ve hava ayırma birimleri (ASU) İndirimli boyutu), azaltır. Yanma koşullarında köklü değişiklik endotermik calcination reaksiyon ve düşük sıcaklıklarda çalışma carbonator üzerinden dolaşan büyük CaO/CaCO3 akışı sömürerek elde edilebilir (Ben de avantaj ile kullanılabilir Oksi-yanma teknolojisi).

Bu eser bir CaL pilot tesis dolaşan akışkan sistemi yatak (CFB) carbonator ve calciner'ın giriş %100 O2 konsantrasyon ile köpüren akışkan sistemi Bed (BFB) calciner ile çalıştırmak için bir standart işletim prosedürü geliştirmeyi amaçlamaktadır. Birkaç deneysel kampanyalar pilot tesis olarak oksijen düzgün çalışmasını sağlamak için devreye alma sırasında çalıştırmak edilmiştir konsantrasyonu artar. Ayrıca, üç kireçtaşı parçacık boyutu Dağılımları (100-200 µm; 200-300 µm; 300-400 µm) nasıl bu parametre parçacıklar elutriation etkilediğini araştırmak ve bu işletim modu verimliliği yakalamak için incelenmiştir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. malzeme hazırlık

  1. elek istenen parçacık boyutu dağılım (300-400 µm veya başka bir dağıtım bağlı olarak deneme) kireçtaşı (~ 50 kg hammadde) mekanik bir shaker kullanarak. Test sırasında beslenme için tencere calciner yanındaki süzülen malzeme koymak
  2. Santraline tanıştırmak için gruplar halinde malzeme hazırlamak. Toplu işlemleri 0,5 L veya 1 L genellikle (kireç 1 L ise yaklaşık 1,5 kg), ancak bu işletim parametreleri bağlı olarak değişebilir.

2. Başlatma yordamı

dikkat: son derece yüksek sıcaklıklar burada elde edilir. Eldiven, gözlük, gibi uygun KKE laboratuvar mont ve güvenlik ayakkabı gereklidir.

  1. Isınma reaktörler
    1. yanı sıra döngü-mühürler (10 L/dak) rotameters N 2 carbonator (60 L/dak) ve calciner (20 L/dak) düşük akış başlatmak.
    2. Carbonator transformers üzerinde el ile açın. Carbonator tüm elektrik Isıtma sıcaklığı 600 ayarlamak ° C.
    3. Başlamak veri alınıyor (gaz sıcaklık ve basınç için kayıt düğmesini yazılımı kullanın). Sıcaklık, basınç ve her iki reaktörler gaz bileşimi verileri içerecek. şekil 1 ve Şekil 2 ekran görüntüleri veri toplama sistemi gösterilir.
    4. Calciner açmak gaz Isıtma. Kalorifer calciner 600 ° c ile bir ısıl BFB içinde ölçülen etrafında açın.
      Not: sıcaklık, basınç ve gaz kompozisyon-zaten var satın belirtildiği gibi veri 2.1.3 adım '.
    5. Süzülen kireç 3 L calciner BFB içine koymak. İlk üst kapak açın, aşağı-boru malzeme tanıtmak ve üst kapak kapatmak sonra malzeme reaktör akar dip Klapesi açık.
    6. Isı için BFB 650 ° C üzerindeki malzeme (tarafından elektrikli ısıtıcı calciner çevresinde).
      Not: Bu genellikle ~ 1 h, bu zaman denetimi sırasında veri toplama ve akışkan yataklarda baskılar alır.

Figure 1
Resim 1: sıcaklık ve basınç veri toplama ekran görüntüsü Her iki reaktörler için. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: Screenshot-in sıcaklık veri toplama için Isıtma sistemi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
şekil 3: şematik 25 kW th CaL (CFB carbonator ve BFB calciner). 1: carbonator; 2: calciner; 3: alt döngü-mühür; 4: üst döngü-mühür; 5: carbonator Siklon; 6: calciner Siklon. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

  1. calciner yanma başlatmak
    1. konsantrasyonu ve yanma başlamadan önce kararlı olduğundan emin calciner %0 40 vol için oksijen konsantrasyonu artırmak.
    2. Doğalgaz kullanarak el ile ve yanma kararlı olduğundan emin bir Rotametre stokiometrik akışını başlatmak.
      Not: Doğal gaz akışı dikkatle artırılmalıdır. Verileri yanma reaksiyonu uygun bir düzeyde göstermek kontrol.
    3. Artış % 20 vol artışlarla calciner oksijen konsantrasyonu stokiometrik yanma sağlamak için doğal gaz akışı Rotametre ayarlayarak.
      Not: Bu işlem aşırı dikkatli yapılmalıdır. Herhangi bir şüphe ve yanma ön hesaplamaları beklendiği gibi gerçekleşmiyor herhangi bir anlaşmazlık durumunda doğal gaz akışını durdurmak ve oksijen akışı güvenli kullanım için azot geçin. Bu tutarsızlık kaynak tanımlayın. Bu işlem genel süresi yaklaşık 1 h. olduğu
    4. Elde % 100 oksijen konsantrasyonu doğal gaz yanma.
      Not: Sıcaklık ve gaz kompozisyon veri dikkatle test boyunca takip edilmelidir, ama özellikle ne zaman yanma alıyor % 100 oksijen yerde.
    5. Ekle kireçtaşı akışkan Yataklı 7 L kadar 0,5 L artışlarla. (Tahmini calcination sıcaklık ise 800-850 ° C aşağıdaki toplu işlemler için calciner ve calciner sıcaklık mevcut toplu işlemi için numara) calciner akışkan yatakta tüm malzeme calcine.
    6. N 2 dolaşım başlatmak için carbonator'akışını artırmak. Düzenli olarak uygun dolaşımını sağlamak için dolaşım görünümü portu kontrol.
    7. CO 2 yakalama başlamadan önce rig içinde dolaşan mevcut kireçtaşı calcine.

3. İstikrarlı bir işlem

  1. N 2 KARBONLAŞMAYI gaz %15 vol CO 2 CO 2 yakalamaya başla calcined kireçtaşı sağlar Rotametre kullanarak el ile geçiş.
  2. Rotameters calciner bir istikrarlı 930-950 ° C sıcaklık doğal gaz (NG) ve oksijen (içinde en uygun fluidization rejimi) akışını düzenleyerek elde etmek için kullanarak el ile calciner akışlarında ayarlayın. O 2 akış genellikle yeterli yatak malzeme ile % 100, ancak deney boyunca ayarlanır.
  3. Malzeme faaliyet (yukarıda %5 CO 2 konsantrasyonu çıkışında 2.1.3. adımda açıklandığı gibi yazılım tarafından sürekli olarak alınan carbonator) düşüş, daha fazla kireç taşı eklemek başladığında.

4. Kapatma yordamı

  1. el ile Rotametre kullanarak doğal gaz akışını açmak ve oksijen akışını azaltmak ve gazlar N 2 için her iki reaktörler geçiş. Tüm (calciner ve carbonator) ısıtıcıları.
  2. Stok (normalde gece) azaltmak için teçhizat sıcaklığını izin ve oda sıcaklığında olduklarında reaktörler boş.
  3. Ayıklanan katı ağırlığında ve bir standart Elek analizi gerçekleştirin. Malzeme karakterize: porosimetry, kompozisyon (x-ışını Floresans spektrometresi, XRF) 21 , 22 ve mikroskobik yapısı (tarama elektron mikroskopisi, SEM).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Deneysel set-up şekil 3' te gösterilmiştir. Bitki iki birbirine bağlı akışkan sistemi-yatak oluşmaktadır. Yani bir CFB 4,3 m yükseklik ve 0.1 m iç çapı (ID); carbonator olduğunu calciner ise 1, 2 m yüksekliği ile BFB ve 0,165 m kimliği. Bir reaktör katı taşıyıcısından diğer iki döngü-mühürler azot ile akışkan sistemi tarafından kontrol edilir. Her iki reaktörler bir Isıtma hattı üzerinden gaz karışımı beslenir ve her ikisi de elektrikli ısıtılmış; Ayrıca, calciner ve yanma tarafından endotermik calcination için gerekli ısı üretmek amacıyla jelleştirici dolaşan ısı Doğalgaz ile besleniyor. Calciner altı 1 mm delik ile 20 püskürtme uçlarını varken 8 püskürtme uçlarını, her biri 20 2 mm delikli carbonator Distribütör plaka vardır.

Üç farklı deney sonuçlarından bu bölümde ele alınmıştır. Bu testler için % 100 vol O2 calciner giriş, pilot tesis (~ % 20 vol O2) havadan çalışan açısından genel bir bakış sağlar. Bu eser de farklı parçacık boyutu dağıtımları bu parametre sistemin genel performansı üzerinde etkisi varsa görmek için bu operasyonel modda kullanarak sonuçlarını araştırıyor. Bu çalışmada kullanılan kireçtaşı %98.25 CaCO3en az bir içeriğe sahiptir.

Deney 1: Baca gazıyla kireçtaşı (200-300 µm) % 30 vol O2 (%15 vol CO2)

200-300 µm teçhizat performans optimizasyonu için bir başlangıç noktası olarak teçhizat içinde iki reaktör arasında dolaşan kireçtaşı ile test etmek için gerçekleştirilen kireçtaşı kesir ile ilk test bu. Bu test sırasında bir yakalama verimliliği % 45 elde edildi (şekil 4). Bu yakalama verimliliği, Ecarb,23aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır: nereye FCO2 carbonator girme CO2 molar akış hızı ve Fcarb bırakarak CO2 molar akış hızı carbonator.

Equation 2(2)

Figure 4
Şekil 4: %30 O2carbonator giriş ve çıkış ve 200-300 µm kireçtaşı yakalama verimliliği (Ecarb) CO2 konsantrasyonu. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Bu deneysel çalışma sırasında aşağı yakalama verimliliği esas olarak yetersiz ısı kaynağı tarafından BFB içinde ikamet eden kireçtaşı calcine neden oldu. Bu carbonator yem CaO/CaCO3 oranında bir azalma nedeniyle. Bir başka olası nedeni devre dışı bırakma ve etkilenmişimdir jelleştirici hediye miktarı ve Toplam yatak stok içinde belgili tanımlık sistem indirimli calciner gelen kireç parçacıkların oldu. Bunu deneyden sonra reaktör stok malzeme bir denge gerçekleştirildi (Tablo 1). Malzeme her iki akışkan yataklarda aşınma daha küçük kesirler doğru bir kayma görülebilmektedir.

Kesir Kireçtaşı içinde Calciner + Carbonator Cyclone Calciner Cyclone Carbonator
Toplam kütle (g) 9100 5000 500 20
250-300 µm % 22 %24 % 2 % 0
212-250 µm % 47 % 41 % 6 % 18
150-212 µm % 28 % 34 %24 % 18
0-150 µm % 3 % 1 % 69 % 65

Tablo 1: Ağırlık malzeme giriş ve çıkışlarını dengesi için 200-300 µm kireçtaşı ile %30 O2.

Deney 2: Baca gazıyla kireçtaşı (100-200 µm) %100 O2 (% 15 CO2)

Bu denemede, sistem performansı üzerindeki olası yararlı etkilerini araştırmak için daha küçük kireçtaşı parçacıkların kullanmak temel amacı olmuştur. İkincil amacı daha fazla ısı calcination işlemine BFB calciner içinde yanma tarafından son derece doğal gaz sağlamak için oksijen, koya ideal ilâ % 100 konsantre oldu.

Bu deneyde, tamamen geri dönüşüm gaz kapalı bir standart oksi-yakıt işlem için gerekli ortadan kaldırarak imkanı sunuyor calciner giriş, saf O2 kullanma imkanı başarıyla test ettik. Bu bir dolaşan akışkan Yataklı malzeme ve sürekli calcination tepki şeklinde ısı tüketimi mümkün olmaktadır.

Daha küçük parçacıklar kullanımı karbondioksit katma işlemi, parçacıklar ve gaz arasında daha yüksek temas bölgesinin nedeniyle büyük olasılıkla yararlı bir etkisi yoktu. Ancak, işte bazı tartışmalara bu hususta daha küçük parçacıklar kirleri24yüksek içerik nedeniyle azalmış reaktivite gösterdiği gibi. Oldu hemen hemen tüm eklenen kireçtaşı < 150 µm çok hızlı bir şekilde aşağı akım Siklon calciner elutriated. Bu nedenle, daha yüksek yakalama verimliliği elde etmek için gerekli teçhizat kireç gerekli envanter korumak çok zor. Şekil 5' te yakalama verimliliği sonuçlarıdır.

Figure 5
Şekil 5: CO2 konsantrasyonu carbonator giriş ve çıkış ve 100-200 µm kireçtaşı ile %100 O2için karşılık gelen yakalama verimliliği (Ecarb). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Girdileri denge ve çıkış katı (Tablo 2) testinden sonra gerçekleştirilmiş ve bu keşfedildi t çoğuo malzeme teçhizat deneme sırasında tanıttı calciner Siklon sona erdi. Bu büyük olasılıkla bu test sırasında düşük ölçülen yakalama verimliliği ana nedeni olduğunu.

Kesir Kireç taşı Carbonator Calciner Cyclone calciner Cyclone carbonator
Toplam kütle (g) 19000 1200 2700 8700 360
> 212 212 µm % 0 % 21 % 2 % 0 % 39
212-150 µm % 18 % 39 % 73 % 5 % 42
150-125 µm % 40 % 22 % 13 % 32 % 10
125-63 µm % 41 % 18 % 12 % 60 % 9
0-63 µm % 2 % 0 % 0 % 3 % 1

Tablo 2: Kurtarılan malzeme ve Elek analizi onun dengesi için 100-200 µm kireçtaşı ile %100 O2.

Sonuç olarak, başarılı bir şekilde saf O2 calciner giriş, kullanımı tamamen kapalı-gaz bir standart oksi-yakıt işlem için gerekli geri dönüşüm ortadan kaldırmak için test ettik. Bu Soğutucu akışkan Yataklı malzeme ve sürekli calcination reaksiyon dolaşan formda verilen nedeniyle mümkündür. Ancak, küçük partikül büyüklüğü dağılımı (100-200 µm) parçacıkların elutriation nedeniyle yakalama işlemi için yararlı değildi. Daha yüksek bir yakalama verimliliği elde etmek için gerekli yatak envanter korumak son derece zor. Bu nedenle, sonraki deneysel kampanya daha büyük partiküller kullanımını araştırmak karar verdi.

Deney 3: Baca gazıyla kireçtaşı (300-400 µm) %100 O2 (% 15 CO2)

Bu duruşma sırasında önceki ishal içinde görülen calciner akışkan Yataklı büyük maddi kayıplara azaltmak için kesir 300-400 µm performansını test edildi. Bu onun verimli dolaşım ve karbon yakalama için gerekli gerekli kireç/kireç taşı stok tutma etkinleştirmek için bekleniyor. Teçhizat ve yeterli ısı Doğalgaz saf oksijen yanma tarafından sağlanan jelleştirici dolaşan uygun bir miktar kullanım nedeniyle (18 serbest kW), bir istikrarlı yakalama verimliliği ~ % 70'den fazla 3 h; elde yapıldı. nispeten kısa carbonator reaktör tüp ve bunun sonucunda kısa kişi zaman jelleştirici ve CO2arasında dikkate alınarak çok iyi bir sonuç bu. Carbonator outlet, CO2 konsantrasyonu % 5 vol devam edildi ve ne zaman carbonator outlet, CO2 konsantrasyonu bu değeri aştı (0,5 L gruplar) halinde taze kireç taşı calciner için eklendi. Koşmak istikrarlı bir deneysel en iyi duruma getirilmiş koşulları ile sağlanır.

Standart prosedür ile başlayan süreç; Yani, reaktör 700 ° C, o zaman kireçtaşı 2.9 litre kadar sıcak olduğu ilk calciner eklendi ve kadar ısıtılır. Sıcaklıklar ve gaz konsantrasyonları calciner içinde şekil 6' da gösterilmiştir. Not Aşağıdaki numaralarını bu şekil 6adımda karşılık gelir. 1) hava akımı % 40 O2 ve % 60'ı N2 akışı karışımı ile değiştirildi ve doğal gaz akışkan yatakta yanma başlatıldı (9.1 kW). Akışkan yatakta kireçtaşı 800 ° C üzerinde sıcak olduğu ve 3 daha fazla toplu halde kireç taşı (1 L) calciner için eklenmiştir. 2) iken kireçtaşı akışkan yatakta tozlaştırma, kireç/kireçtaşı dolaşımını akan Önceden ısıtılmış N2 ile carbonator (2,5 m/s 650 ° C'de bir hızda) tarafından başlatıldı. Bir ek 0,9 L kireçtaşı eklendi ve 3) taze O2 silindir calciner koya bağlı. 4) sonra bağlanma oksijen yanması yeniden başlatılan, 14 tüketimi için yol açan bir giriş O%2 70 (ve konsantrasyon %30 N2), bu döneminde kW doğal gaz çıkış bir O2 konsantrasyonu ulaşmak için ~ (%5 ıslak gaz). 5) saf O2 18 ısı sürüme liderliğindeki calciner giriş, tanıtıldı calciner ve 6 kW) KARBONLAŞMAYI CO2enjekte ederek 15 oranında carbonator başlatıldı. (Şekil 7) KARBONLAŞMAYI verimliliğini en yüksek henüz bu reaktör tasarımı yapıldı (~ % 70). 7) calciner BFB akan gaz hız 0.30 m/s (tarafından istenilen sıcaklık gereklidir) sıcaklığını korumak için indirdi gerekiyordu yaklaşık 930 ° (O2 konsantrasyonu % 5 vol aşağıda endüstriyel kabul edilebilir bir seviyeye kapalı gaz içinde koruyarak) saf O2 doğal gazın yanması tarafından oluşturulan C.

Figure 6
Şekil 6: sıcaklık BFB calciner ve sıcaklık ve onun çıkış kapalı gaz bileşimi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Akışkan Yataklı sıcaklığında test sırasında doğal gaz debisi düzenleyen ve arka arkaya bir calciner hızı ~0.30 m/s elde etmek için O2 akış hızı ayarlama sürekli devam edildi. Sürekli işlem sırasında aşağıdaki enerjik denge gözlenmiştir: calciner, oksijen güvenlik nedeniyle; sadece 300 ° c ısıtılmış Bu nedenle, 0,5 sağlayan gizli ısı yılında kW. Yaklaşık 15.5 kW akışkan Yataklı ama tek 5.3 doğal gazın yanması tarafından piyasaya sürüldü kW (hiçbir taze malzeme eklendiğinde) sürekli bir calcination için ihtiyaç vardı 3.6 kW gizli ısı kapalı gaz ve ~ 7 kapsayacak şekilde kW Isıtma dolaşımdaki adsorbent ve t için o ısı kayıpları kapsar. İçinde carbonator, 3.2 kW (için gaz ön ısıtma ile sağlanan350 ° C) ve 5.4 kW KARBONLAŞMAYI işlem tarafından piyasaya sürüldü. Neredeyse 5 kW gizli ısı, gaz kapalı ve 3.6 kW ısı kayıplar 650 ° c sıcaklıkta korurken ekzotermik reaksiyon tarafından yayımlanan ısı karşılamak için harcanmış gerektiği gibi carbonator dışında yapılan yapıldı. Karbondioksit katma işlemi başlar etkili ne zaman (ve), carbonator sıcaklığı 700 ° C, çıkış gaz ulaşılabilir termodinamik denge konsantrasyon için daha yüksek değerler vardiya yaklaşıyor. Bu teorik en düşük konsantrasyon, carbonator sıcaklık üzerinde bağımlı Şekil 7' de test sırasında ölçülen konsantrasyonu yanında tasvir edilir.

Karbondioksit katma işleminin ~6.7 L kireç teçhizat mevcut ile başlatıldı. Artık CO2 azalma % 5 vol aşağıda gaz ek 0,54 L KARBONLAŞMAYI ( Şekil 7' deki 13:45) başında sonuçlandı ve bu düzeyi 0,5 L kireçtaşı toplu ekleme tarafından test devam edildi (ne zaman carbonator çıkışında CO2 konsantrasyonu aşıldı % 5). Calciner için taze kireç taşı eklemeler arasındaki zaman aralıklarının 15, 20, 50, 45 ve 50 min edildi. Bu nedenle, biz kararlı bir işlemi taze jelleştirici 0,5 L (750 gr) kireç yaklaşık her 50 için bir makyaj oranı eşdeğeri olan min, karşılık gelen ek gerektirir sonucuna (F0/FCO2) başka bir yerde25 açıklandığı gibi % 6, . Bu deneylerde makyaj oranı esas olarak kireçtaşı (reaktivite çürüme ve elutriation) tarafından etkilenmiştir. Değeri % 5 vol CO2ulaştığında bu parametre daha fazla kireç taşı carbonator çıkış, Yani, CO2 konsantrasyonu göre seçilmiş ekleyerek.

Eleme analizi dayalı, biz orijinal kireçtaşı kesir çoğunlukla teçhizat dolaşımda, parçacıklar ise çoğunlukla muhafaza edildi olduğunu sonucuna < 250 µm calciner Siklon taşınır. Bu parçacıklar ağırlıklı olarak daha büyük partiküller kırılma/yıpratma sonuçlandı.

Kesir Kireçtaşı içinde Carbonator Calciner Cyclone calciner Cyclone Carbonator
Toplam kütle (g) 14.000 1,900 4200 2.000 120
> 355 µm % 21 % 16 %4 % 0 % 0
300-350 µm % 43 % 45 % 38 % 1 % 1
250-300 µm % 33 % 26 % 48 % 3 % 0
212-250 µm % 2 %4 % 9 % 7 % 1
150-212 µm % 0 % 3 % 1 % 35 % 14
63-150 µm % 0 % 5 % 0 % 41 % 46
0-63 µm % 0 % 0 % 0 % 12 % 38

Tablo 3: Kütle denge katı ve Elek analizi (kireçtaşı) giriş ve çıkışlarını (diğer) için 300-400 µm kireçtaşı ile %100 O2.

Kesir Kireçtaşı içinde Carbonator Calciner Cyclone calciner Cyclone Carbonator Fark (dışarı-in)
Toplam mol 130 31 66 32 2 0
> 355 µm 27 5 2 0 0 -20
300-350 µm 56 14 25 0 0 -17
250-300 µm 4 8 32 1 0 -2.6
212-250 µm 2 1 6 2 0 6,9
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 4.1

Tablo 4: 300-400 µm kireçtaşı ile %100 O2için molar denge tahmini (%10 nem ham kireç, kalsine devlet üretiminin % 75 wt).

Figure 7
Şekil 7: Carbonator giriş ve çıkış ve buna karşılık gelen CO2 konsantrasyonu yakalama verimliliği (Ecarb) için 300-400 µm kireçtaşı ile %100 O2 Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Calciner işlemi % 100 vol oksijen bir giriş ile ulaşılabilir, calcination tepki yanı sıra farklı sıcaklıklarda iki reaktör arasında katılar dolaşımda aslında endotermik doğası istismar dayalı olduğunu. Bu işletim modu CaL süreci sermaye azaltılması ve işletme maliyetleri daha ekonomik umut verici yapmak amaçlamaktadır. Baca geri dönüşüm olarak gaz (esas olarak CO2, su buharı ve unreacted O2) azaltılmış veya bile elemiş, bu akış önceden ısıtmak için tüketilen ısı düşüktür. Bu nedenle, daha az oksijen gereklidir ve daha küçük bir ASU gerekli olacaktır. Gaz akışı bu yapılandırmada daha düşük olacağı gibi calciner büyüklüğü için aynı fluidization hız daha küçük olacaktır.

Standart bir metodoloji calciner yüksek oksijen konsantrasyonu güvenli çalışmasını sağlamak için geliştirilmiştir. Sonuçlar bir yakalama verimliliği % 70'e kadar gerçekleştirilen deneyler bazılarında gösterdi. Ayrıca, farklı parçacık boyutu dağıtımları bu reaktör yapılandırma (carbonator olarak bir CFB; calciner olarak bir BFB) kullanılmaya başlanmıştır. Dağılımları vardı: 100-200 µm; 200-300 µm; 300-400 µm. En küçük dağıtım (100-200 µm), ancak, elutriation sorunlar vardı ve yatak stok çoğunluğu calciner'ın Siklon catch-kap içinde bulundu. En iyi sonuçları en büyük parçacık boyutu dağılımı (300-400 µm) elde edildi: ~ %70 Ecarb %6 makyaj oranında deney boyunca devam edildi.

Bu iletişim kuralı, doğalgaz yakılarak, Isıtma elemanları tarafından neden elektrik deşarj tüpleri korumak için varlık gaz ve calciner için sağlanan elektrik Isıtma en aza indirerek düzelmiştir. Ayrıca, bu O2 konsantrasyon artış daha hızlı içinde elde edilebilir dikkat edilmiştir ilk deneysel kampanyalarından % 20 vol % %60 100 ve cilt cilt için Yanma başlangıcı bu süreçte en önemli adımlardır ve sıcaklık daha yüksek giderse yüksek sıcaklıklarda bu neden olabilir oksijen konsantrasyonu artması doğal gaz kaynak dönecek vurgulamak önemlidir 980 ° C. Ayrıca, malzeme makyaj bu reaktör sıcaklığı düşürmek ve yanma işlemi durdurmak ve bu nedenle, bu küçük gruplar halinde eklenmelidir gibi bir endişe 's.

Bu deneysel teçhizat için uygulanan bu yöntem ile yeni sentetik malzemeler, de test etmek mümkündür malzemeler bu protokolü doping, termal ön arıtma, kimyasal ön arıtma, vb26 geliştikçe bu yeni Sorbentler sağlar jelleştirici karşılaştırma için standart bir metodoloji sağlayan gerçekçi koşullar altında test edilecek. Ancak, bu kavram calciner bu çalışma koşulları altında kömür kullanımı gibi daha büyük ölçekte uygularken bazı sorunlar vardır. Katı yakıtların kullanımı kül Aglomerasyon ve sonunda olaylar27defluidizing yol açabilir yüksek sıcaklık nedeniyle calciner işlem zorluk artış olacaktır. Bu fizibilite bu protokol belirlemek için daha fazla çalışması gerekir; Ancak, kavram başarılı pilot ölçekli doğalgaz kullanarak bu çalışmada, kanıtlanmıştır.

Bu çalışmada ortaya çıkan başka bir test süresi ~ 3 h kararlı duruma çalışma test başına olan kısıtlamadır; yavaş bir süreçtir bitki, Isıtma işlemi nedeniyle bu. Karbondioksit katma/calcination devir reaktörler arasında dolaşan bir parçacık tarafından deneyimli ortalama sayısı bilinmemektedir. Yüksek oksijen konsantrasyonu daha fazla kireç taşı parçacıkları sinterleme neden olumsuz bir etkisi olduğunu mümkün mü. Bu zorlukların daha fazla araştırma protokolü uygunluğu bir roman ve daha yüksek bir ölçekte CaL bitkiler için uygun işletim modu olarak değerlendirmek için yardımcı olacaktır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Bu sonuçlar için önde gelen araştırma Avrupa toplumun Araştırma Fonu Kömür için fon aldı ve çelik (RFC) altında hibe sözleşmesi n ° RFCR-CT-2014-00007. Bu eser ara 2 projesi kapsamında İngiltere'de karbon yakalama ve depolama Araştırma Merkezi (UKCCSRC) tarafından finanse edildi. UKCCSRC ek finansman işletme Anabilim Dalı, enerji ve sanayi stratejisi ile İngiltere'de enerji programı Araştırma Konseyi, bir parçası olarak desteklenen mühendislik ve fizik Bilimleri Araştırma Konseyi (EPSRC) tarafından (BEIS - eski adı DECC). Yazarlar ayrıca Bay Martin Roskilly bu iş seyri boyunca çok büyük yardımları için teşekkür etmek istiyorum.

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).
Bir bitkinin 25 KW<sub>th</sub> kalsiyum döngü Pilot-Calciner yüksek oksijen konsantrasyonları ile işlem
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

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