Эксплуатация 25 кВтй кальция зацикливания пилот завода с кислородом высокой концентрации в кальцинатором
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.
Protocol
Representative Results
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 эк?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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
| 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).
