Betrieb einer 25 KW_th Calcium Looping Pilot-Anlage mit hohen Sauerstoffkonzentrationen in der Calcinator

CO₂ -Emissionen und die daraus resultierende globale Erwärmung sind kritische Umweltprobleme, die eine große Menge an Forschung in den letzten Jahren angezogen haben. Kohlenstoffabscheidung und-Speicherung (CCS) als eine mögliche Technologie zur Verringerung der CO₂ -Emissionen in die Atmosphäre^1,2anerkannt. Der schwierigste Teil der CCS-Kette ist die Erfassung von CO₂, das ist auch der teuerste Stufe³. In der Folge gab es ein Schwerpunkt auf die Entwicklung neuer Technologien für CO₂ -Abscheidung aus Kraftwerken und anderen Industrieanlagen.

CaL als eine Nachverbrennung CO₂ Capture-Technologie wurde zuerst von Shimizu Et Al. vorgeschlagen ⁴ CO₂ wird durch eine CaO-basierte erfasst Sorbens auf 600-700 ° C in einem Reaktor eine Karbonator genannt, und veröffentlicht durch nachfolgende Kalzinierung bei 850-950 ° C (in einem Calcinator) gemäß GL. (1), einen hochreinen CO₂ Strom produzieren geeignet für Sequestrierung^5,6. Die CaL-Zyklus nutzt fluidisierte Betten, die eine optimale Konfiguration für diesen Prozess darstellen, da sie große Mengen an Feststoffen ermöglichen leicht aus einem Reaktor verbreitet werden, die anderen^{4,5,6 , 7 , 8}.

CaO (s) + CO₂ (g) ⇔ CaCO₃ (s) ΔH_{25 ° C} =-178.2 kJ/Mol (1)

Dieses Konzept wurde im Pilotmaßstab von verschiedenen Gruppen und mit unterschiedlichen Konfigurationen und Skalen, wie z. B. 0,2 MW_th -Pilot in Stuttgart, der 1 MW-_th -Pilot in Darmstadt_, der 1,7 MW-_th -Pilot in La Pereda nachgewiesen und dem 1,9 MW_th Gerät in Taiwan^{9,10,11,12,13,14,15,16}. Obwohl dieser Prozess erwiesen hat, gibt es noch Möglichkeiten zur Steigerung ihrer thermischen Wirkungsgrad, wie z. B. durch Ändern der standard Betriebsbedingungen und Änderungen in der Gestaltung der Reaktor-Konfiguration.

Die Verwendung von Heatpipes zwischen Brennkammer und Calcinator wurde anstelle von Sauerstoff verbrennen Kraftstoff in den Calcinator untersucht. Die Ergebnisse für die CO₂ Capture Performance sind vergleichbar mit denen einer herkömmlichen CaL Pilot-Anlage, jedoch dabei hat höhere Pflanze Wirkungsgrade und niedrigere CO₂ Vermeidung kostet¹⁷. Martínez Et al. ¹⁸ untersucht die Integrationsmöglichkeiten von Wärme, um das feste Material in den Calcinator vorheizen und reduzieren Sie die Hitze in den Calcinator benötigt. Die Ergebnisse zeigten 9 % Reduktion der Kohleverbrauch verglichen mit derjenigen der Standardfall. Weitere untersuchten Möglichkeiten Wärmeintegration haben auch interne und externe Integration Optionen¹⁹berücksichtigt.

Eines der Hauptprobleme des Kreislaufs CaL aus wirtschaftlicher Sicht ist die Energieversorgung in den Calcinator mittels Kraftstoff Verbrennung²⁰benötigt. Erhöhung der Sauerstoffkonzentration in den Calcinator Bucht wird vorgeschlagen, um zu verringern oder sogar zu vermeiden die Notwendigkeit der CO₂ -Recycling zu den Calcinator. Diese Alternative reduziert die Investitionskosten (reduzierte Größe der Calcinator und Trennung Lufteinheiten (ASU)), die die Wettbewerbsfähigkeit dieses Prozesses deutlich verbessern können. Die drastische Veränderungen in die Verbrennungsbedingungen durch Nutzung der endothermen Kalzinierung Reaktion und den großen CaO/CaCO₃ Fluss im Umlauf aus dem Karbonator Betrieb bei niedrigeren Temperaturen erreicht werden kann (weder Vorteil gibt es mit der Oxy-Verbrennungstechnik).

Diese Arbeit soll eine Betriebsanweisung für den Betrieb einer Pilotanlage CaL mit einer zirkulierenden fluidisiert Bett (CFB) Karbonator und einem sprudelnden fluidisiert Bett (BFB) Calcinator mit 100 % O₂ -Konzentration in den Calcinator Einlass zu entwickeln. Verschiedene experimentelle Aktionen ausgeführt wurden während der Inbetriebnahme der Pilotanlage zur ordnungsgemäßen Betrieb als der Sauerstoff Konzentration erhöht. Auch wurden drei Kalkstein Partikelgrößenverteilungen (100-200 µm, 200-300 µm, 300-400 µm) untersucht, um zu untersuchen, wie dieser Parameter wirkt sich auf die Sammelnetzwerk von Partikeln und Effizienz in dieser Betriebsart zu erfassen.