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 פחמיות^5,6. 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 השני^{4,5,6 , 7 , 8}.

סאו (s) + CO₂ (g) ⇔ קאקו₃ (s) ΔH_{25 ° C} =-178.2 kJ/mol (1)

המושג הזה הוכח טייס סולם על ידי קבוצות שונות, עם תצורות שונות, סולמות, כגון הטייס MW_th 0.2 ב שטוטגרט, הטייס MW_th 1 בדרמשטדט_, הטייס MW_th 1.7 ב La Pereda ויחידת 1.9 מגוואט_th טייוואן^{9,10,11,12,13,14,15,16}. 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

1. הכנת חומר

1. מסננת סלע הגיר (~ 50 ק ג של חומר גלם) להתפלגות גודל החלקיקים הרצוי (מיקרומטר 300-400 או הפצה אחרת בהתאם הניסוי) בעזרת מטרף מכני. להכניס את החומר sieved סירים ליד calciner האכלה במהלך בדיקה
2. להכין את החומר בקבוצות להיות מוחדרים הכור. אצוות בדרך כלל 0.5 L או 1 L (1 ליטר של אבן גיר הוא בערך 1.5 ק ג), אבל זה יכול להשתנות בהתאם פרמטרי העבודה.

2. הליך סטארט-אפ

זהירות: טמפרטורות גבוהות ביותר מושגות כאן. עיקרון השוויון הפוליטי מתאימים כגון כפפות, משקפיים, נעליים המעיל ובטיחות מעבדה נדרשים.

1. חום-up של כורים
   1. להתחיל את הזרימה נמוכה של N ₂ carbonator (60 L/דקה), calciner (20 L/דקה) כמו גם לולאת-כלבי ים (10 L/דקה) ב- rotameters.
   2. הפעל את הרובוטריקים carbonator באופן ידני. השוכן הטמפרטורה של כל preheaters חשמלי של carbonator 600 מעלות צלזיוס
   3. להתחיל רכישת נתונים (עבור גז טמפרטורה ולחץ, להשתמש לחצן ההקלטה בתוכנה). הנתונים כוללים טמפרטורות, לחצים, גז בהרכב של שני כורים. איור 1, איור 2, מוצגים צילומי מסך של מערכת רכישת נתונים.
   4. הפעל calciner גז preheaters. את החימום סביב calciner עד 600 מעלות צלזיוס נמדד פנימה BFB דרך צמד תרמי.
      הערה: נתונים כגון טמפרטורה, לחץ, וגז הרכב כבר להיות נרכשים כאמור בשלב 2.1.3.
   5. מכניסים 3 L של הגיר sieved BFB, calciner. קודם לפתוח את השסתום העליון, להציג את החומר בצינור למטה, סגור את השסתום העליון ולאחר מכן לפתוח את השסתום התחתון כך החומר זורם לתוך הכור.
   6. לחמם את החומר BFB אל מעל 650 ° C (על-ידי החימום החשמלי מסביב calciner).
      הערה: זה בדרך כלל לוקח ~ 1 h, במהלך בדיקת זמן זה רכישת נתונים והלחץ על המיטות fluidized.

איור 1: צילום מסך של טמפרטורה ולחץ קירור והקפאה עבור שני כורים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 2: צילום מסך של טמפרטורת קירור והקפאה עבור מערכת אחרים-מכשור לכוורות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 3: סכימטי של 25 kW _th קאל (CFB carbonator ו- BFB calciner). 1: carbonator; 2: calciner; 3: להוריד את הלולאה-חותם; 4: לולאה-חותם העליון; 5: ציקלון carbonator; 6: calciner ציקלון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

2. להתחיל בעירה ב- calciner
   1. להעלות את ריכוז החמצן ב calciner מ- 0 עד 40% vol, מוודא כי הריכוז הוא יציב לפני שמתחילים הבעירה.
   2. להתחיל את זרימת הגז הטבעי באופן ידני באמצעות של רוטמטר מוודא כי הבעירה הוא יציב stoichiometric.
      הערה: זרימת הגז צריך להיות מוגברת בקפידה. בדוק כי הנתונים מראים רמה מתאימה של תגובת הבעירה.
   3. להעלות את ריכוז החמצן ב calciner בדרגות vol 20% על-ידי התאמת את רוטמטר זרימת גז טבעי על מנת להבטיח בעירה stoichiometric.
      הערה: תהליך זה צריך להתבצע בזהירות מרבית. אם כל חשד מתעוררת כי הבעירה אינה מתרחשת כצפוי מן החישובים ראשוני ואז להפסיק את זרימת הגז הטבעי, לעבור את זרימת החמצן חנקן לפעולה בטוחה. לזהות את מקור הפער הזה. משך הזמן הכולל של תהליך זה הוא בערך 1 ח'
   4. להשיג 100% חמצן ריכוז גז טבעי בעירה.
      הערה: הנתונים קומפוזיציה טמפרטורה וגז בקפידה במשך ולאחר כל בדיקה, אך במיוחד כאשר הבעירה מתקיים ב- 100% חמצן.
   5. הוסף גיר במרווחים של חצי ליטר עד 7 L במיטה fluidized. Calcine את כל החומר במיטה fluidized של calciner (הטמפרטורה המשוערת calcination הוא 800-850 מעלות צלזיוס עבור אצוות נוכח את calciner ואת הטמפרטורה calciner אצוות הבאים).
   6. להגביר את הזרימה של N ₂ carbonator כדי להפעיל את זרימת הדם. לבדוק את היציאה תצוגה מחזור באופן סדיר כדי להבטיח זרימת הדם תקין.
   7. Calcine כל הגיר זמינים במחזור המתקן לפני שמתחילים את הלכידה ₂ CO.

3. יציבה מבצע

1. להחליף באופן ידני את הגז carbonation N ₂ vol 15% CO ₂ באמצעות רוטמטר, אשר מאפשר את calcined גיר להתחיל בלכידת CO ₂.
2. להתאים את הזורם ב calciner באופן ידני באמצעות rotameters את להשגת טמפרטורה יציבה של 930-950 מעלות צלזיוס ב calciner על ידי ויסות זרימת גז טבעי (NG) וחמצן (בתוך המשטר fluidization אופטימלי). הזרם ₂ O בדרך כלל 100% עם מספיק חומר למיטה, אבל התאמתו לאורך כל הניסוי.
3. כאשר החומר מתחילה ירידה בפעילות (מעל 5% CO ₂ ריכוז ביציאה carbonator, אשר נרכש באופן רציף על ידי תוכנת כפי שמתואר בשלב 2.1.3), להוסיף עוד אבן גיר.

4. הליך הכיבוי

1. באופן ידני לבטל את זרימת הגז הטבעי באמצעות רוטמטר את להקטין את זרימת החמצן ואת מעבר הגזים בתוך שני כורים N ₂. לבטל את כל גופי חימום (calciner ו- carbonator).
2. לאפשר לטמפרטורה של המלאי של המתקן כדי להקטין (בדרך כלל בלילה), ולרוקן את הכורים כאשר הם בטמפרטורת החדר.
3. שוקל מוצקים שחולצו ולבצע ניתוח סטנדרטי מסננת. לאפיין את החומר: porosimetry, קומפוזיציה (רנטגן פלורסצנטיות מסות, XRF) ^{21 , 22} ומבנה מיקרוסקופיים (סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים, SEM).

תוצאות

הסידור ניסיוני מוצג באיור3. הצמח כוללת שתי מחוברים fluidized-מיטות. כלומר, carbonator זה CFB עם 4.3 מ' גובה, קוטר פנימי 0.1 m (ID); אמנם calciner של BFB עם 1.2 מ' גובה ומזהה 0.165 m התעבורה מוצק של כור אחד למשנהו נשלטת על ידי שני לולאה-חותמות fluidized עם חנקן. שני כורים ניזונים תערובת של גזים...

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?...

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