הפעולה של 25 KWth סידן לולאה טייס-צמח עם ריכוז חמצן גבוהה ב- Calciner
Summary
כתב יד זה מתאר שגרה עבור הפעלה של סידן לולאה טייס-מפעל לייצור בעירה שלאחר פחמן לכידת עם ריכוז חמצן גבוהה ב- calciner על מנת לצמצם או למנוע את מיחזור גז הארובה.
Abstract
סידן לולאה (CaL) היא בעירה שלאחר CO2 לכידה טכנולוגיה המתאימה retrofitting קיימות תחנות כוח. תהליך קאל משתמש גיר זול וזמין CO2 sorbent. בעוד הטכנולוגיה נחקרה באופן נרחב, יש כמה אפשרויות זמינות שניתן ליישמם כדי להפוך אותו יותר כלכלית. אחד מהם הוא להגדיל את ריכוז החמצן ב calciner כדי להפחית או למנוע את כמות הגז ממוחזרים (CO2, H2O ו זיהומים); לכן, הפחתה או הסרת האנרגיה הנדרשת לחמם את זרם הגז ממוחזר. יתר על כן, יש עלייה וכתוצאה מכך האנרגיה המושקעת בגלל השינוי בעוצמת בעירה; אנרגיה זו משמשת כדי לאפשר את התגובה calcination תגובה אנדותרמית להתרחש בהיעדר קיטור ממוחזר. מאמר זה מציג את המבצע ואת התוצאות הראשון של מפעל פיילוט קאל עם 100% חמצן בעירה של גז טבעי ב- calciner. הגז נכנס carbonator היה גז הארובה מדומה תחנת כוח פחמית או מלט. מספר גיר חלקיקים בגודל הפצות נבחנים גם על מנת לחקור את ההשפעה של פרמטר זה על הביצועים של מצב הפעולה הזה. התצורה של מערכת הכור, ההליכים ההפעלה, והתוצאות מתוארים בפירוט במאמר זה. הכור הראה יציבות hydrodynamic טוב יציב לכידת2 CO, בעזרת לכידת יעילות של עד 70% עם תערובת גז המדמה את הגז הארובה של תחנת כוח פחמית.
Introduction
CO2 פליטות של ההתחממות הגלובלית וכתוצאה מכך הם קריטיים נושאים סביבתיים שמשך כמות גדולה של מחקר בשנים האחרונות. כבר הודה כטכנולוגיה פוטנציאל להפחתת פליטת CO2 ל-1,האווירה2בפרשות ואחסון (מיליגרם). החלק המאתגר ביותר של הרשת CCS הוא התפיסה של CO2, שהוא גם יקר ביותר בשלב3. כתוצאה מכך, היה דגש על פיתוח טכנולוגיות חדשות עבור לכידת CO2 תחנות כוח ומתקני תעשייה אחרים.
קאל כטכנולוגיה בעירה שלאחר CO2 לכידת, הועלתה לראשונה על ידי שימיזו. et al. 4 CO2 הוא נלכד על ידי מבוסס-סאו sorbent-600-700 מעלות צלזיוס ב כור שנקרא carbonator ולאחר שפורסמו על ידי calcination הבאים ב 850-950 ° C (ב calciner) על פי הציוד (1), כדי לייצר זרם2 CO טוהר גבוהה מתאים במקרים בהם נדרשת פחמיות5,6. מחזור קאל מנצל מיטות fluidized, אשר מייצגים של תצורה מיטבית עבור תהליך זה, כיוון שהם מאפשרים כמויות גדולות של מוצקים כדי להיות שהופץ בקלות מן הכור אחד השני4,5,6 , 7 , 8.
סאו (s) + CO2 (g) ⇔ קאקו3 (s) ΔH25 ° C =-178.2 kJ/mol (1)
המושג הזה הוכח טייס סולם על ידי קבוצות שונות, עם תצורות שונות, סולמות, כגון הטייס MWth 0.2 ב שטוטגרט, הטייס MWth 1 בדרמשטדט, הטייס MWth 1.7 ב La Pereda ויחידת 1.9 מגוואטth טייוואן9,10,11,12,13,14,15,16. למרות תהליך זה מוכח, יש עדיין אפשרויות להגדלת ליעילות תרמית שלו, כגון על-ידי שינוי בתנאי עבודה סטנדרטיים של שינויים בעיצוב של תצורת הכור.
השימוש של חום צינורות בין combustor לבין calciner נחקרה במקום דלק אוקסי-להישרף calciner. התוצאות עבור ההופעה לכידה של2 CO דומות לאלו של קאל טייס-צמח קונבנציונאלי, אולם, תהליך זה יש יעילות צמח גבוה, הימנעות2 CO התחתון עולה17. מרטינס. et al. 18 חקר האפשרויות שילוב חום כדי מחממים החומר המוצק הזנת את calciner וכדי להפחית את החום הצורך ב- calciner. התוצאות הראו ירידה של 9% בצריכת הפחם בהשוואה לזה של המקרה הרגיל. אפשרויות אחרות למד לשילוב חום גם לשקול אפשרויות שילוב פנימיים וחיצוניים19.
אחת הבעיות העיקריות של מחזור קאל מנקודת מבט כלכלית היא לספק את האנרגיה הדרושה ב calciner באמצעות בעירה דלק20. הגדלת ריכוז חמצן כניסת של calciner מוצע על מנת להקטין או אפילו למנוע את הצורך של CO2 המיחזור כדי calciner. חלופה זו מפחיתה את עלויות ההון (גודל מופחתת של יחידות ההפרדה calciner ואוויר (אריזונה)), אשר יכול לשפר באופן משמעותי את התחרותיות של תהליך זה. השינוי הקיצוני בתנאי בעירה בר השגה על ידי ניצול התגובה calcination תגובה אנדותרמית והזרימה גדול סאו/קאקו3 מחזורי מ carbonator הפועלות בטמפרטורות נמוכות (גם יתרון זמין עם אוקסי-בעירה טכנולוגיה).
עבודה זו שואפת לפתח להפעלת מפעל פיילוט קאל עם carbonator במחזור Fluidized מיטה (CFB) ו- calciner מבעבעים Fluidized מיטה (BFB) עם 100% O2 ריכוז כניסת של calciner סטנדרטי. ניסיוני מספר קמפיינים שנוהלו במהלך הוראת רכישה של הצמח פיילוט כדי להבטיח פעולה תקינה כמו החמצן בריכוז מוגבר. בנוסף, שלושה גיר חלקיקים בגודל הפצות (100-200 מיקרומטר; 200-300 מיקרומטר 300-400 מיקרומטר) נחקרו לחקור איך פרמטר זה משפיע על elutriation של חלקיקים וללכוד יעילות במצב הפעלה זה.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפעולה של calciner עם מעין שקע בחופו של 100% חמצן vol הוא בר השגה, מבוסס על ניצול הטבע תגובה אנדותרמית של התגובה calcination, כמו גם העובדה כי המוצקים הפיצו בין שני כורים בטמפרטורות שונות. מצב הפעולה הזה שואף להפוך את תהליך קאל מבטיח יותר מבחינה כלכלית על ידי הפחתת הון ואת עלויות התפעול. כמו מיחזור הארוב?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחקר שהוביל את התוצאות הללו קיבלה מימון מקרן המחקר של הקהילה האירופית פחם ולהעניק פלדה (RFC) תחת הסכם n ° RFCR-CT-2014-00007. עבודה זו מומן על ידי בריטניה פחמן לכידת ו מרכז מחקר אחסון (UKCCSRC) כחלק לקרוא 2 פרויקטים. UKCCSRC נתמכת ההנדסה של המועצה למחקר מדעי (EPSRC) במסגרת תוכנית האנרגיה של המועצה למחקר בבריטניה, עם מימון נוסף מן החוג למנהל עסקים, אנרגיה אסטרטגיה תעשייתי (לשעבר בית – DECC). המחברים גם רוצה להודות מר מרטין Roskilly לעזרתו עצום לאורך כל הקורס של עבודה זו.
Materials
| Longcal limestone | Loncliffe | Longcal SP52 | n/a |
| Mechanical Shacker | 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 |
References
- Bernstein, L., Lee, A., Crookshank, S. Carbon dioxide capture and storage: a status report. Climate Policy. 6 (2), 241-246 (2011).
- Boot-Handford, M. E., et al. Carbon capture and storage update. Energy Environmental Science. 7 (1), 130-189 (2014).
- Herzog, H. J. Scaling up carbon dioxide capture and storage: from megatons to gigatons. Energy Economics. 33 (4), 597-604 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Hawthorne, C., et al. CO2 capture with CaO in a 200 kWth dual fluidized bed pilot plant. Energy Procedia. 4, 441-448 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Chang, M. H., et al. Design and experimental testing of a 1.9 MWth calcium looping pilot plant. Energy Procedia. 63, 2100-2108 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- Mantripragada, H. C., Rubin, E. S. Calcium looping cycle for CO2 capture: Performance, cost and feasibility analysis. Energy Procedia. 63, 2199-2206 (2014).
- . . ASTM C1271-99(2012), Standard Test Method for X-ray Spectrometric Analysis of Lime and Limestone. (2012), C1271-C1299 (2012).
- . . ASTM C25-11e2, Standard Test Methods for Chemical Analysis of Limestone, Quicklime, and Hydrated Lime. , C25-C11 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- Erans, M., Manovic, V., Anthony, E. J. Calcium looping sorbents for CO2 capture. Appl Energy. 180, 722-742 (2016).
- Basu, P. A study of agglomeration of coal-ash in fluidized beds. The Canadian Journal of Chemical Engineering. 60 (6), 791-795 (1982).
