25 KW회 칼슘 반복 파일럿-식물은 Calciner에서 높은 산소 농도와 운영

요약

이 원고는 굴뚝 가스 재활용을 줄이거나 위해 calciner에서 높은 산소 농도 함께 포스트 연소 탄소 캡처에 대 한 파일럿 플랜트를 반복 하는 칼슘을 운영 하기를 위한 절차를 설명 합니다.

초록

칼슘 (칼)를 반복 후 연소 CO₂ 캡처 기술 기존 발전소를 개조 적합 이다. 칼 프로세스는 저렴 하 고 쉽게 사용할 수 있는 CO₂ 매 석회암을 사용합니다. 이 기술은 널리 공부 하고있다, 경제적으로 실행 가능한 수 있도록 적용할 수 있는 몇 가지 사용할 수 있는 옵션 있습니다. 이들 중 하나 (CO₂, H₂O 및 불순물); 재활용된 가스의 양을 줄이거나 하 calciner에서 산소 농도 증가 하는 따라서, 감소 또는 제거 재활용된 가스 시내가 열 하는 데 필요한 에너지. 또한, 연소 강도; 변경 에너지 입력에 결과 증가 있다 이 에너지는 재활용된 굴뚝 가스의 부재에서 발생 하는 발열 calcination 반응을 활성화 하는 데 사용 됩니다. 이 문서는 calciner에서 천연 가스의 100% 산소 연소 작업 및 CaL 파일럿 플랜트의 첫 번째 결과 제공합니다. carbonator로 들어오는 가스 화력 발전소 또는 시멘트 산업에서 시뮬레이션 된 굴뚝 가스가 이었다. 여러 석회암 입자 크기 분포 또한 추가이 모드의 전반적인 성능에이 매개 변수의 효과 탐험 테스트 됩니다. 원자로 시스템, 운영 절차 및 결과의 구성이이 문서에 자세히 설명 되어 있습니다. 반응 기 좋은 유체 안정성 및 안정적인 CO₂ 캡처, 캡처 시뮬레이션 석탄-해 고 발전소의 굴뚝 가스 가스 혼합물으로 최대 70%의 효율을 보였다.

서문

CO₂ 배출량과 결과 지구 온난화는 중요 한 환경 문제는 지난 몇 년 동안에서 많은 양의 연구를 받고 있다. 탄소 캡처 및 스토리지 (CCS) 분위기^1,2CO₂ 배출량을 줄이기 위한 잠재적인 기술로 인정 되었습니다 했다. CCS 체인의 가장 어려운 부분이 이다 CO₂의 캡처 또한 가장 비용이 많이 드는 단계³. 결과, 발전소 및 다른 산업 시설에서 콜로라도₂ 캡처에 대 한 새로운 기술 개발에 초점을 맞추고가 되었습니다.

후 연소 CO₂ 캡처 기술, 칼 시미즈 외. 에 의해 처음 제안 되었다 ⁴ CO₂ 는 잡혀 카오 기반에서 매 반응 기에서 600-700 ° C는 carbonator 라고 하며 850-950 ° c (calciner)에서 식 (1), 고 순도 CO₂ 스트림을 생성 하에 따라 후속 calcination 발표 격리^5,6에 적합 합니다. 칼 주기 활용 유동층된 침대, 그들은 다른^4,,56 에 1 개의 반응 기에서 쉽게 순환 수 많은 양의 고체에 대 한 허용 이후이 프로세스에 대 한 최적의 구성을 대표 하는 ^{, 7 , 8}.

카오 (s) + CO₂ (g) ↔ CaCO₃ (s) ΔH_{25 ° C} =-178.2 kJ/mol (1)

이 개념은 다양 한 그룹에 의해 및 다른 구성 파일럿 규모와 스케일, 슈투트가르트, 다름슈타트_, 라 Pereda 1.7 MW_일 조종사에에서 1 MW_일 파일럿 0.2 MW_일 조종사 등에서 입증 되었습니다. 그리고 대만^{9,10,11,12,13,14,,1516}1.9 MW_일 단위. 이 과정은 입증 되었습니다, 하지만 지금도 표준 동작 조건 및 원자로 구성의 디자인 변경 내용을 수정 하 여와 같은 그것의 열 효율을 높이기 위한 가능성 있다.

연소와 calciner 사이 열 파이프의 사용은 calciner에서 옥 시 combusting 연료 대신 연구 되었습니다. 그러나 콜로라도₂ 캡처 성능에 대 한 결과 기존의 칼 파일럿 플랜트의 그들과 유사한,,이 프로세스는 더 높은 식물 효율성 및 더 낮은 CO₂ 회피 비용¹⁷. 마르티네스 외. ¹⁸ 는 calciner에서 필요한 열을 줄이기 위해 하 고 단단한 소재는 calciner 입력 예 열 열 통합 가능성을 조사. 결과 표준 케이스와 비교 했을 때 석탄 소비에 9% 감소를 보여주었다. 열 통합에 대 한 다른 공부 가능성 또한 내부 및 외부 통합 옵션¹⁹를 간주 됩니다.

경제 관점에서 CaL 사이클의 주요 문제 중 하나는 calciner 연료 연소²⁰를 통해 필요한 에너지를 공급 하는 것입니다. Calciner의 입구에서 산소 농도 증가 감소 하거나 심지어는 calciner에 CO₂ 재활용의 필요성을 피하기 위해 제안 합니다. 이 대안은 크게이 과정의 경쟁력을 향상 시킬 수 있는 자본 비용 (calciner 및 공기 분리 장치 (ASU)의 감소 된 크기), 감소 시킨다. 발열 calcination 반응 및 낮은 온도에서 운영 하는 carbonator에서 순환 큰 카오/CaCO₃ 흐름을 이용 하 여 연소 조건에서 과감 한 변화를 달성 될 수 있다 (어느 장점은 함께 사용할 수는 순 산소 연소 기술)입니다.

이 작품 순환 유동층 침대 (CFB) carbonator와에 어 침대 버블링 (BFB) calciner calciner의 입구에서 100% O₂ 농도와 칼 파일럿 플랜트를 실행 하기 위한 표준 운영 절차를 개발 하는 것을 목표로. 여러 실험 캠페인 산소로 올바르게 작동 되도록 파일럿 플랜트의 시운전 동안 실행 되었습니다 농도 증가. 또한, 3 개의 석회암 입자 크기 분포 (100-200 µ m, 200-300 µ m, 300-400 µ m)이이 매개 입자의 elutriation에 미치는 영향을 조사 하 고이 모드에서 효율을 캡처를 공부 했다.

프로토콜

1. 재료 준비

1. 체 원하는 입자 크기 분포 (300-400 µ m 또는 실험에 따라 다른 배포) 석회암 (원료의 ~ 50 kg) 기계 통을 사용 하 여. 테스트 하는 동안 먹이 기를 위한 체질 된 물자는 calciner 옆 냄비에 넣어
2. 배치 반응 기에 도입 될 자료를 준비 합니다. 일괄 처리는 일반적으로 0.5 L 또는 1 L (석회암의 1 리터는 약 1.5 k g),이 운영 매개 변수에 따라 달라질 수 있지만.

2. 시작 프로시저

주의: 매우 높은 온도 얻을 수 있습니다. 장갑, 안경, 등 적합 한 보호구 실험실 코트와 안전 신발은 필수.

1. 원자로의 열 업
   1. 루프-물개 (10 L/min)는 rotameters에 뿐만 아니라 carbonator (60 L/min) 및 calciner (20 L/min)에서 N ₂의 낮은 흐름 시작.
   2. 는 Carbonator 변압기 수동으로 설정. 600에는 carbonator의 모든 전기 열기의 온도 설정 ° c.
   3. 시작 데이터 획득 (가스 온도 및 압력, 단추 사용 하 여 녹음 소프트웨어에서). 데이터에는 온도, 압력 및 두 원자로의 가스 조성을 포함 됩니다. 그림 1과 그림 2에서 데이터 수집 시스템의 스크린샷을 표시 됩니다.
   4. 는 calciner에 가스 열기. 600 ° c 열전대를 통해 BFB 내부 측정 calciner 주위 히터 설정.
      참고: 데이터와 같은 온도, 압력, 가스 조성은 이미 명시 된 인수 되 고 단계에서 2.1.3.
   5. BFB는 calciner에서 체질 된 석회암의 3 L를 넣어. 먼저 상위 밸브를 열고, 다운 파이프에 자료를 소개 상위 밸브 그리고 자료 흐름 반응 기에 하단 밸브를 엽니다.
   6. (전기 히터는 calciner 주위)에 의해 650 ° C 이상에 BFB에서 자료 열.
      참고:이 일반적으로 걸립니다 ~ 1 h이 시간 검사 하는 동안 데이터 수집 및 유동층된 침대에서 압력.

그림 1: 온도 압력 데이터 수집의 스크린샷 두 원자로 대 한. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 2: 스크린샷 preheating 시스템에 대 한 온도 데이터 수집의. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 3: 25의 도식 kW _회 칼 (CFB carbonator와 BFB calciner). 1: carbonator; 2: calciner; 3: 낮은 루프-물개; 4: 위 루프-물개; 5: carbonator 사이 클론; 6: calciner 사이 클론. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

2. calciner에서 연소를 시작
   1. 는 calciner 0에서 40 %vol에 농도 안정 된 연소를 시작 하기 전에 확인 하 고 있는 산소 농도 증가.
   2. Rotameter는 연소가 안정 되어를 사용 하 여 수동으로 하는 천연 가스의 화학 량 론 흐름 시작.
      참고: 천연 가스 흐름 주의깊게 증가 되어야 합니다. 데이터 연소 반응에의 한 적절 한 수준을 표시 하는 확인 하십시오.
   3. 천연 가스 흐름 rotameter 화학 량 론 연소 되도록 조정 하 여 20% 권 단위로 calciner에서 산소 농도 증가.
      참고:이 과정은 주의 수행 되어야 한다. 모든 의혹 연소 예비 계산에서 예상 대로 발생 하지가 발생 하는 경우 천연 가스의 흐름을 중지 하 고 안전 작업에 대 한 질소 산소 흐름 전환. 이 불일치의 소스를 식별 합니다. 이 과정의 전체 기간은 약 1 h.
   4. 달성 100% 산소 농도 천연 가스 연소.
      참고: 온도 가스 구성 데이터 신중 하 게 따라야 한다 모든 테스트, 내내 하지만 특히 때 연소에서에서 일어나 100% 산소.
   5. 유동층된 침대 7 L까지 0.5 L 단위로 추가 석회석. Calcine calciner (예상된 calcination 온도 800-850 ° C에 존재 하는 calciner 고 calciner 온도 다음 일괄 처리에 대 한 일괄 처리에 대 한)의 유동층에서 모든 자료.
   6. 는 순환을 시작 하 carbonator에서 N ₂의 흐름을 증가. 적절 한 순환을 보장 하기 위해 정기적으로 순환 뷰 포트 확인.
   7. 장비에서 순환 하는 CO ₂ 캡처를 시작 하기 전에 모든 사용 가능한 석회석 calcine.

3. 안정적인 작업

1. rotameter 수 있습니다 콜로라도 ₂ 캡처 시작 도자기 석회석을 사용 하 여 15% vol CO ₂를 N ₂에서 탄 가스를 수동으로 전환.
2. 천연 가스 (NG)와 (내 최적의 fluidization 정권) 산소의 흐름을 조절 하 여는 calciner에서 안정적인 930-950 ° C 온도 달성 하는 rotameters를 사용 하 여 수동으로 calciner에서 흐름을 조정 합니다. O ₂ 흐름은 일반적으로 충분 한 침대 소재 100%만 실험에 걸쳐 조정.
3. 자료 (위 5% CO ₂ 농도에 출구 2.1.3 단계에 설명 된 대로 소프트웨어에 의해 지속적으로 인수는 carbonator의) 활동에 감소, 더 많은 석회암을 추가 하기 시작할 때.

4. 폐쇄 절차

1. 수동으로 해제는 rotameter를 사용 하 여 천연 가스 흐름 산소 흐름 감소 고 가스 N ₂를 두 원자로에 스위치. 모든 히터 (calciner 및 carbonator)를 해제.
2. 장비 (일반적으로 하룻밤 사이), 감소의 재고의 온도 허용 하 고 때 그들은 실 온에서 원자로 빈.
3. 추출 된 고체의 무게 하 고 표준 체 분석을 수행 합니다. 재료의 특성: porosimetry, 구성 (x 선 형광 분석, XRF) ^{21 , 22}와 미세 구조 (스캐닝 전자 현미경, SEM).

결과

실험 설정 그림 3에 표시 됩니다. 공장 2 개의 상호 연결 된에 어 침대를 구성 되어 있습니다. 즉,는 carbonator는 CFB 4.3 m 높이와 0.1 m m 내부 직경 (ID); calciner는 1.2 m 높이 BFB 0.165 m id입니다. 다른 하나의 반응 기에서 고체 전송 질소로 어 두 루프-물개에 의해 제어 됩니다. 두 원자로 preheating 라인을 통해 가스의 혼합물을 먹이 하 고 둘 다 전기가 열; 또한, ?...

토론

100% 집 산소의 입력부와는 calciner의 작업은 다른 온도에 두 개의 원자로 사이의 고체 순환 사실은 calcination 반응의 발열 특성을 이용에 따라 달성. 이 운영 모드는 자본 감소 및 운영 비용에 의해 칼 과정을 경제적으로 유망 하 게를 목표로 합니다. 독감의 재활용으로 (주로 CO₂, 수증기 및 unreacted O₂) 가스 줄어들거나 심지어,이 스트림 예 열을 소비 하는 열은 낮은. 따라서, 더 적은 산...

자료

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