Name: operation of a 25 kwth calcium looping pilot-plant with high oxygen concentrations in the calciner
Uploaded: 2017-10-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 34 s
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Die Forschung führt zu diesen Ergebnissen wird finanziell von der Europäischen Gemeinschaft Forschungsfonds für Kohle und Stahl (RFCS) unter Vereinbarung n ° RFCR-CT-2014-00007 gewähren. Diese Arbeit wurde von der UK Carbon Capture and Storage Research Centre (UKCCSRC) im Rahmen des Call 2 Projekte finanziert. UKCCSRC wird unterstützt von der Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) als Bestandteil des Research Council UK Energieprogramm, mit zusätzlichen Mitteln aus der Fachbereich Wirtschaft, Energie- und industriepolitische Strategie (BEIS - ehemals DECC). Die Autoren möchten auch Herr Martin Roskilly für seine enorme Hilfe im Laufe dieser Arbeit danken.

1. Material Vorbereitung <ol><li>Sieb der Kalkstein (~ 50 kg Rohstoff) die gewünschte Korngrößenverteilung (300-400 µm oder eine andere Distribution abhängig von dem Experiment) mit einem mechanischen Schüttler. Setzen Sie das gesiebte Material in Töpfen neben den Calcinator für die Fütterung während dem Test</li>
	<li>Bereiten das Material in Chargen in den Reaktor eingebracht werden. Die Stapel sind in der Regel 0,5 L oder 1 L (1 L aus Kalkstein ist etwa 1,5 kg), aber dies hängt von den Betriebsparametern.</li>
</ol> 2. Start-up-Verfahren Vorsicht: extrem hohe Temperaturen werden hier erreicht. Geeignete PSA wie Handschuhe, Brillen, Labor Mantel und Sicherheitsschuhe erforderlich sind.
<ol><li>Erwärmung der Reaktoren <ol><li>beginnen die low-Flow von N 2 im Karbonator (60 L/min) und Calcinator (20 L/min) sowie die Schleife-Dichtungen (10 L/min) in der Rotametern.</li>
		<li>Die Karbonator Transformatoren manuell schalten. Stellen Sie die Temperatur alle elektrischen Vorwärmer von der Karbonator bei 600 ° c</li>
		<li>Datenerfassung starten (für Gastemperaturen und drücke, verwenden Sie die Schaltfläche "Aufnahme" in der Software). Die Daten enthalten, Temperaturen, Drücke und Gaszusammensetzung der beiden Reaktoren. In Abbildung 1 und Abbildung 2 sind Screenshots von das Datenerfassungssystem gezeigt.</li>
		<li>Schalten Sie den Calcinator Gas Vorwärmer. Schalten Sie die Heizung um den Calcinator auf 600 ° C gemessen innerhalb der BFB über ein Thermoelement. 
		Hinweis: Daten wie Temperatur, Druck und Gas Zusammensetzung sind bereits erworben wird, wie in Schritt 2.1.3.</li>
		<li>3 L aus dem gesiebten Kalkstein in der BFB in den Calcinator genommen. Zuerst das obere Ventil öffnen, stellen das Material im Down-Rohr und das obere Ventil zu schließen, dann unten Ventil öffnen, so dass das Material in den Reaktor fließt.</li>
		<li>Erhitzen des Materials in die BFB auf über 650 ° C (durch die elektrische Heizung um den Calcinator). 
		Hinweis: Dies dauert in der Regel ~ 1 h, während dieser Zeit Überprüfung der Datenerfassung und der Druck in den verwirbelten Betten.</li>
	</ol></li></ol> <img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56112/56112fig1.jpg" /> Abbildung 1: Screenshot von Temperatur und Druck Datenerfassung für beide Reaktoren. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig1large.jpg" target="_blank"> Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
 <img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56112/56112fig2.jpg" /> Abbildung 2: Screenshot des Temperatur-Datenerfassung für das Vorwärmen System. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig2large.jpg" target="_blank"> Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
 <img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56112/56112fig3.jpg" /> Abbildung 3: Schematische von den 25 kW th CaL (CFB Karbonator und BFB Calcinator). 1: Karbonator; 2: Calcinator; 3: senken Sie Schleife-Siegel; 4: obere Schleife-Siegel; 5: Karbonator Zyklon; 6: Calcinator Zyklon. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56112/56112fig3large.jpg" target="_blank"> Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<ol start="2"> <li>Verbrennung im Calcinator starten <ol><li>die Sauerstoffkonzentration in den Calcinator von 0, 40 % Vol, um sicherzustellen, dass die Konzentration stabil ist, bevor die Verbrennung erhöhen.</li>
		<li>Beginnen die stöchiometrische Strömung von Erdgas, die manuell über ein Rotameter dafür sorgen, dass die Verbrennung stabil ist. 
		Hinweis: Die Erdgas-Strömung sollte vorsichtig erhöht werden. Überprüfen Sie, ob die Daten ein angemessenes Maß an Verbrennungsreaktion zeigen.</li>
		<li>Erhöhen die Sauerstoffkonzentration in den Calcinator in Schritten von 20 % Vol durch Anpassen der Erdgas Strom Rotameter zur stöchiometrischen Verbrennung gewährleisten. 
		Hinweis: Dieser Vorgang sollte mit äußerster Vorsicht durchgeführt werden. Wenn Verdacht entsteht, dass die Verbrennung nicht erwartungsgemäß aus dem vorläufigen Berechnungen auftritt dann stoppen Sie die Strömung von Erdgas und wechseln Sie die Sauerstoffzufuhr zu Stickstoff für den sicheren Betrieb zu. Die Quelle dieser Diskrepanz zu identifizieren. Die Gesamtdauer dieses Prozesses ist etwa 1 h.</li>
		<li>Erreichen 100 % Sauerstoff Konzentration Erdgas Verbrennung. 
		Hinweis: Die Temperatur- und Gas Zusammensetzung Daten sorgfältig befolgt werden während der Tests, aber vor allem bei die Verbrennung findet in 100 % Sauerstoff.</li>
		<li>Add Kalkstein in Schritten von 0,5 L bis 7 L gibt es in der Wirbelschicht. Das Material in der Wirbelschicht den Calcinator (geschätzte Kalzinierung Temperatur ist 800-850 ° C für den Batch in den Calcinator und Calcinator Temperatur für die folgenden Chargen vorhanden) Calcine.</li>
		<li>Erhöhen den Fluss der N 2 in der Karbonator um die Durchblutung zu starten. Überprüfen der Zirkulation Viewport regelmäßig, um richtige Zirkulation sicherzustellen.</li>
		<li>Alle verfügbaren Kalkstein zirkuliert im Rigg vor Beginn der CO 2-Abscheidung calcine.</li>
	</ol></li></ol> 3. Stabilen Betrieb <ol><li>manuell umschalten das Kohlensäure-Gas aus N 2 bis 15 % Vol CO 2 unter Verwendung der Rotameter, wodurch den kalzinierte Kalkstein mit der Erfassung der CO 2 beginnen.</li>
	<li>Stellen Sie die Ströme in den Calcinator manuell mithilfe der Rotametern, um eine stabile 930-950 ° C Temperatur in den Calcinator durch Regulierung der Erdgas (NG) und Sauerstoff (innerhalb des Regimes optimale Fluidisierung) zu erreichen. O 2 läuft in der Regel 100 % mit genügend Bettmaterial vorhanden,, aber es wird während des Experiments angepasst.</li>
	<li>Wenn das Material beginnt zu Rückgang der Aktivität (über 5 % CO 2-Konzentration am Ausgang der Karbonator, die kontinuierlich von der Software erworben wird, wie in Schritt 2.1.3 beschrieben), fügen Sie mehr Kalkstein.</li>
</ol> 4. Abschaltung Verfahren <ol><li>manuell schalten Sie den Erdgas-Fluss mit der Rotameter die Sauerstoffzufuhr zu verringern und die Gase in beiden Reaktoren, N 2 zu wechseln. Schalten Sie alle Heizungen (Calcinator und Karbonator).</li>
	<li>Ermöglichen die Temperatur des Inventars des Rigs (normalerweise über Nacht) zu verringern, und die Reaktoren zu leeren, wenn sie bei Raumtemperatur sind.</li>
	<li>Wiegen die extrahierten Feststoffe und führen Sie eine standard Siebanalyse. Das Material zu charakterisieren: Porosimetrie, Zusammensetzung (Röntgen-Fluoreszenz-Spektrometrie, RFA) 21 , 22 und mikroskopische Struktur (Rasterelektronenmikroskopie, SEM).</li>
</ol>

<ol>
	<li>Bernstein, L., Lee, A., Crookshank, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+dioxide+capture+and+storage:+a+status+report.">Carbon dioxide capture and storage: a status report.</a> Climate Policy. 6 (2), 241-246 (2011).</li><li>Boot-Handford, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+capture+and+storage+update.">Carbon capture and storage update.</a> Energy Environmental Science. 7 (1), 130-189 (2014).</li><li>Herzog, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+up+carbon+dioxide+capture+and+storage:+from+megatons+to+gigatons.">Scaling up carbon dioxide capture and storage: from megatons to gigatons.</a> Energy Economics. 33 (4), 597-604 (2011).</li><li>Shimizu, T., Hirama, T., Hosoda, H., Kitano, K., Inagaki, M., Tejima, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+twin+fluid-bed+reactor+for+removal+of+CO2+from+combustion+processes.">A twin fluid-bed reactor for removal of CO2 from combustion processes.</a> Chemical Engineering Research and Design. 77 (1), 62-68 (1999).</li><li>Blamey, J., Anthony, E. J., Wang, J., Fennell, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+calcium+looping+cycle+for+large-scale+CO2+capture.">The calcium looping cycle for large-scale CO2 capture.</a> Progress in Energy and Combustion Science. 36 (2), 260-279 (2010).</li><li>Masnadi, M. S., Grace, J. R., Bi, X. T., Ellis, N., Lim, C. J., Butler, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomass/coal+steam+co-gasification+integrated+with+in-situ+CO2+capture.">Biomass/coal steam co-gasification integrated with in-situ CO2 capture.</a> Energy. 83, 326-336 (2015).</li><li>Abanades, J. C., Anthony, E. J., Lu, D. Y., Salvador, C., Alvarez, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capture+of+CO2+from+combustion+gases+in+a+fluidized+bed+of+CaO.">Capture of CO2 from combustion gases in a fluidized bed of CaO.</a> AIChE Journal. 50 (7), 1614-1622 (2004).</li><li>Hughes, R. W., Lu, D. Y., Anthony, E. J., Macchi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+process+simulation+and+construction+of+an+atmospheric+dual+fluidized+bed+combustion+system+for+in+situ+CO2+capture+using+high-temperature+sorbents.">Design, process simulation and construction of an atmospheric dual fluidized bed combustion system for in situ CO2 capture using high-temperature sorbents.</a> Fuel Processing Technology. 86 (14), 1523-1531 (2005).</li><li>Lu, D. Y., Hughes, R. W., Anthony, E. 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Status of the technology and next steps towards large scale demonstration.</a> Energy Procedia. 4, 852-859 (2011).</li><li>Dieter, H., Hawthorne, C., Zieba, M., Scheffknecht, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+in+calcium+looping+post+combustion+CO2+capture:+successful+pilot+scale+demonstration.">Progress in calcium looping post combustion CO2 capture: successful pilot scale demonstration.</a> Energy Procedia. 37, 48-56 (2013).</li><li>Arias, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demonstration+of+steady+state+CO2+capture+in+a+1.7+MWth+calcium+looping+pilot.">Demonstration of steady state CO2 capture in a 1.7 MWth calcium looping pilot.</a> International Journal of Greenhouse Gas Control. 18, 237-245 (2013).</li><li>Str&#246;hle, J., Junk, M., Kremer, J., Galloy, A., Epple, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbonate+looping+experiments+in+a+1MWth+pilot+plant+and+model+validation.">Carbonate looping experiments in a 1MWth pilot plant and model validation.</a> Fuel. 127, 13-22 (2014).</li><li>Bidwe, A. 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H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+experimental+testing+of+a+1.9+MWth+calcium+looping+pilot+plant.">Design and experimental testing of a 1.9 MWth calcium looping pilot plant.</a> Energy Procedia. 63, 2100-2108 (2014).</li><li>Reitz, M., Junk, M., Str&#246;hle, J., Epple, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+operation+of+a+300kWth+indirectly+heated+carbonate+looping+pilot+plant.">Design and operation of a 300kWth indirectly heated carbonate looping pilot plant.</a> International Journal of Greenhouse Gas Control. 54, 272-281 (2016).</li><li>Mart&#237;nez, A., Lara, Y., Lisbona, P., Romeo, L. 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J., Macchi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+Calcium+Looping+and+Chemical+Looping+Combustion+for+Post-Combustion+Carbon+Dioxide+Capture:+Process+Simulation+and+Sensitivity+Analysis.">Combined Calcium Looping and Chemical Looping Combustion for Post-Combustion Carbon Dioxide Capture: Process Simulation and Sensitivity Analysis.</a> Energy Technol. 4 (10), 1158-1170 (2016).</li><li>Erans, M., Manovic, V., Anthony, E. 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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Der Betrieb von den Calcinator mit einer Bucht des 100 % Vol Sauerstoff ist erreichbar, basierend auf der Nutzung der endothermen Natur der Kalzinierung Reaktion, sowie die Tatsache, die die Feststoffe zwischen den beiden Reaktoren bei unterschiedlichen Temperaturen zu zirkulieren. Diese Betriebsart zielt darauf ab, die CaL-Prozess wirtschaftlich aussichtsreiche durch Reduktion von Kapital und Betriebskosten. Als das Recycling des Rauchabzugs Gas (vor allem CO2, Wasserdampf und nicht umgesetztes O2)...

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 Atmosphäre1,2anerkannt. 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 Sequestrierung5,6. 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 anderen4,5,6 , 7 , 8.
CaO (s) + CO2 (g) ⇔ CaCO3 (s) ΔH25 ° 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 MWth -Pilot in Stuttgart, der 1 MW-th -Pilot in Darmstadt, der 1,7 MW-th -Pilot in La Pereda nachgewiesen und dem 1,9 MWth Gerät in Taiwan9,10,11,12,13,14,15,16. 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.

<table><tbody><tr><td>Longcal limestone</td><td>Loncliffe</td><td>Longcal SP52</td><td>n/a</td></tr><tr><td>Mechanical Shaker</td><td>SWECO</td><td>LS24S544+C</td><td>Mechanical siever to separate particles</td></tr><tr><td>Oxygen</td><td>BOC</td><td>n/a</td><td>BOC cylinders</td></tr><tr><td>Nitrogen</td><td>BOC</td><td>n/a</td><td>BOC tank</td></tr><tr><td>Carbon dioxide</td><td>BOC</td><td>n/a</td><td>BOC tank</td></tr><tr><td>Natural gas</td><td>n/a</td><td>n/a</td><td>Taken from the line</td></tr></tbody></table>

operation of a 25 kwth calcium looping pilot-plant with high oxygen concentrations in the calciner

Calcium looping (CaL) ist eine Nachverbrennung CO2 -Capture-Technologie, die für die Nachrüstung bestehenden Anlagen geeignet ist. Der CaL-Prozess nutzt Kalkstein als billig und überall verfügbar CO2 Sorbens. Während die Technologie umfassend untersucht worden, gibt es ein paar Möglichkeiten, die angewendet werden könnte, um wirtschaftlich rentabel zu machen. Dazu gehört, erhöhen die Sauerstoffkonzentration in den Calcinator zur Verminderung oder Beseitigung der recycelten Gasmenge (CO-2, H2O und Verunreinigungen); Daher verringern oder entfernen die notwendige Energie, um die recycelten Gasstrom zu erhitzen. Darüber hinaus gibt es eine daraus resultierende Zunahme der Energieeintrag durch die Änderung in der Intensität der Verbrennung; Diese Energie wird verwendet, um die endothermen Kalzinierung Reaktion in der Abwesenheit von recycelten Rauchgase auftreten zu ermöglichen. Dieser Beitrag stellt den Betrieb und die ersten Ergebnisse einer CaL-Pilotanlage mit 100 % Sauerstoff Verbrennung von Erdgas in den Calcinator. Das Gas kommt in der Karbonator war ein simulierter Rauchgas aus einem Kohle-Kraftwerk oder Zementindustrie. Mehreren Kalkstein Partikelgrößenverteilungen sind auch getestet, um die Wirkung dieses Parameters auf die Gesamtleistung dieser Betriebsart weiter zu erforschen. Die Konfiguration das Reaktorsystem, die Betriebsabläufe und die Ergebnisse sind in diesem Dokument ausführlich beschrieben. Der Reaktor zeigte gute hydrodynamische Stabilität und stabile CO2 -Abscheidung mit Capture Wirkungsgrade von bis zu 70 % mit einem Gasgemisch, das Rauchgas von einem Kohlekraftwerk zu simulieren.

Die Versuchsanordnung ist in Abbildung 3dargestellt. Die Anlage besteht aus zwei miteinander verbundenen fluidisiert Betten. Es ist nämlich der Karbonator CFB mit 4,3 m Höhe und 0,1 m Innendurchmesser (ID); während die Calcinator BFB mit 1,2 m Höhe und 0,165 m-ID. Der solide Transport aus einem Reaktor zum anderen wird durch zwei Loop-Dichtungen mit Stickstoff fluidisiert gesteuert. Beide Reaktoren sind eine Mischung von Gas durch eine Vorwärmzeit Linie ...

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Operation of a 25 KWth Calcium Looping Pilot-plant with High Oxygen Concentrations in the Calciner

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

Dieses Manuskript beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eine Pilotanlage für post-Combustion-CO2-Abscheidung mit hohen Sauerstoffkonzentrationen in der Calcinator zur Verringerung oder Beseitigung der Rauchfang Gas Recycling Schleife Kalzium.

Calcium looping (CaL) is a post-combustion CO2 capture technology that is suitable for retrofitting existing power plants. The CaL process uses limestone ...

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Environment

Operation of a 25 KWth Calcium Looping Pilot-plant with High Oxygen Concentrations in the Calciner

7.8K Aufrufe.  Cranfield University. Dieses Manuskript beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eine Pilotanlage für post-Combustion-CO2-Abscheidung mit hohen Sauerstoffkonzentrationen in der Calcinator zur Verringerung oder Beseitigung der Rauchfang Gas Recycling Schleife Kalzium.

Serie: Operation of a 25 KWth Calcium Looping Pilot-plant with High Oxygen Concentrations in the Calciner

Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal carbonization (HTC) are promising technologies for bioenergy production from biomass in terms of biogas and HTC biochar, respectively. In this study, the combination of AD and HTC is proposed to increase overall bioenergy production. Wheat straw was anaerobically digested in a novel upflow anaerobic solid state reactor (UASS) in both mesophilic (37 &#176;C) and thermophilic (55 &#176;C) conditions. Wet digested from thermophilic AD was hydrothermally carbonized at 230 &#176;C for 6 hr for HTC biochar production. At thermophilic temperature, the UASS system yields an average of 165 LCH4/kgVS&#160;(VS: volatile solids) and 121 L CH4/kgVS&#160;at mesophilic AD over the continuous operation of 200 days. Meanwhile, 43.4 g of HTC biochar with 29.6 MJ/kgdry_biochar was obtained from HTC of 1 kg digestate (dry basis) from mesophilic AD. The combination of AD and HTC, in this particular set of experiment yield 13.2 MJ of energy per 1 kg of dry wheat straw, which is at least 20% higher than HTC alone and 60.2% higher than AD only.

A novel Upflow Anaerobic Solid State (UASS) reactor was used for biogas production from fibrous feedstock. Digestate from UASS reactor was hydrothermally carbonized into HTC biochar in a pressurized batch reactor. The integration of the two bioenergy concepts was applied in this study to increase overall bioenergy production.

Bewertung des integrierten Biogas-und Hydrothermale Karbonisierung für die Bioenergieproduktion

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal ...

Forschung

Umwelt

Dynamic Pore-scale Reservoir-condition Imaging of Reaction in Carbonates Using Synchrotron Fast Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve geologic seals and allow CO2 to escape. However, the dissolution processes at reservoir conditions are poorly understood. Thus, time-resolved experiments are needed to observe and predict the nature and rate of dissolution at the pore scale. Synchrotron fast tomography is a method of taking high-resolution time-resolved images of complex pore structures much more quickly than traditional &#181;-CT. The Diamond Lightsource Pink Beam was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 hours. The images were segmented and the porosity and permeability were measured using image analysis and network extraction. Porosity increased uniformly along the length of the sample; however, the rate of increase of both porosity and permeability slowed at later times.

Synchrotron fast tomography was used to dynamically image dissolution of limestone in the presence of CO2-saturated brine at reservoir conditions. 100 scans were taken at a 6.1 &#181;m resolution over a period of 2 h.

Dynamische Pore-Skala Reservoir-Zustand Abbildung von Reaktions in Karbonate mit Synchrotronstrahlung Schnelle Tomography

Underground storage permanence is a major concern for carbon capture and storage. Pumping CO2 into carbonate reservoirs has the potential to dissolve ...

Ingenieurwesen

Laboratory Production of Biofuels and Biochemicals from a Rapeseed Oil through Catalytic Cracking Conversion

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil (HGO) for production of transportation fuels through a fluid catalytic cracking (FCC) route. Cracking experiments are performed with a fully automated reaction unit at a fixed weight hourly space velocity (WHSV) of 8 hr-1, 490-530 &#176;C, and catalyst/oil ratios of 4-12 g/g. When a feed is in contact with catalyst in the fluid-bed reactor, cracking takes place generating gaseous, liquid, and solid products. The vapor produced is condensed and collected in a liquid receiver at -15 &#176;C. The non-condensable effluent is first directed to a vessel and is sent, after homogenization, to an on-line gas chromatograph (GC) for refinery gas analysis. The coke deposited on the catalyst is determined in situ by burning the spent catalyst in air at high temperatures. Levels of CO2 are measured quantitatively via an infrared (IR) cell, and are converted to coke yield. Liquid samples in the receivers are analyzed by GC for simulated distillation to determine the amounts in different boiling ranges, i.e., IBP-221 &#176;C (gasoline), 221-343 &#176;C (light cycle oil), and 343 &#176;C+ (heavy cycle oil). Cracking of a feed containing canola oil generates water, which appears at the bottom of a liquid receiver and on its inner wall. Recovery of water on the wall is achieved through washing with methanol followed by Karl Fischer titration for water content. Basic results reported include conversion (the portion of the feed converted to gas and liquid product with a boiling point below 221 &#176;C, coke, and water, if present) and yields of dry gas (H2-C2's, CO, and CO2), liquefied petroleum gas (C3-C4), gasoline, light cycle oil, heavy cycle oil, coke, and water, if present.

This paper presents an experimental method to produce biofuels and biochemicals from canola oil mixed with a fossil-based feed in the presence of a catalyst at mild temperatures. Gaseous, liquid, and solid products from a reaction unit are quantified and characterized. Conversion and individual product yields are calculated and reported.

Labor Produktion von Biokraftstoffen und Biochemikalien aus Rapsöl durch Catalytic Cracking-Umwandlung

The work is based on a reported study which investigates the processability of canola oil (bio-feed) in the presence of bitumen-derived heavy gas oil ...

Chemie

Temperature-programmed Deoxygenation of Acetic Acid on Molybdenum Carbide Catalysts

Temperature programmed reaction (TPRxn) is a simple yet powerful tool for screening solid catalyst performance at a variety of conditions. A TPRxn system includes a reactor, furnace, gas and vapor sources, flow control, instrumentation to quantify reaction products (e.g., gas chromatograph), and instrumentation to monitor the reaction in real time (e.g., mass spectrometer). Here, we apply the TPRxn methodology to study molybdenum carbide catalysts for the deoxygenation of acetic acid, an important reaction among many in the upgrading/stabilization of biomass pyrolysis vapors. TPRxn is used to evaluate catalyst activity and selectivity and to test hypothetical reaction pathways (e.g., decarbonylation, ketonization, and hydrogenation). The results of the TPRxn study of acetic acid deoxygenation show that molybdenum carbide is an active catalyst for this reaction at temperatures above ca. 300 &#176;C and that the reaction favors deoxygenation (i.e., C-O bond-breaking) products at temperatures below ca. 400 &#176;C and decarbonylation (i.e., C-C bond-breaking) products at temperatures above ca. 400 &#176;C.

Presented here is a protocol for the operation of a micro-scale temperature-programmed reactor for evaluating the catalytic performance of molybdenum carbide during acetic acid deoxygenation.

Temperaturprogrammierte Desoxygenierung von Essigsäure auf Molybdäncarbid Katalysatoren

Temperature programmed reaction (TPRxn) is a simple yet powerful tool for screening solid catalyst performance at a variety of conditions. A TPRxn system ...

Two-way Valorization of Blast Furnace Slag: Synthesis of Precipitated Calcium Carbonate and Zeolitic Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with sufficient heavy metal adsorption capacity. To this end, blast furnace slag, a residue from iron-making, is utilized as the starting material. Calcium is selectively extracted from the slag by leaching with acetic acid (2 M CH3COOH) as the extraction agent. The filtered leachate is subsequently physico-chemically purified and then carbonated to form precipitated calcium carbonate (PCC) of high purity (&lt;2 wt% non-calcium impurities, according to ICP-MS analysis). Sodium hydroxide is added to neutralize the regenerated acetate. The morphological properties of the resulting calcitic PCC are tuned for its potential application as a filler in papermaking. In parallel, the residual solids from the extraction stage are subjected to hydrothermal conversion in a caustic solution (2 M NaOH) that leads to the predominant formation of a particular zeolitic mineral phase (detected by XRD), namely analcime (NaAlSi2O6&#8729;H2O). Based on its ability to adsorb Ni2+, as reported from batch adsorption experiments and ICP-OES analysis, this product can potentially be used in wastewater treatment or for environmental remediation applications.

A protocol for the parallel production of precipitated calcium carbonate and zeolitic material from blast furnace slag via mineral carbonation and alkaline hydrothermal conversion, respectively, is presented. The performance of the zeolitic material towards nickel adsorption is tested.

Zwei-Wege-Valorisierung von Hochofenschlacke: Synthese von gefälltes Calciumcarbonat und Zeolithmaterialien Heavy Metal Adsorbent

The aim of this work is to present a zero-waste process for storing CO2 in a stable and benign mineral form while producing zeolitic minerals with ...

Microalgae Cultivation and Biomass Quantification in a Bench-Scale Photobioreactor with Corrosive Flue Gases

Photobioreactors are illuminated cultivation systems for experiments on phototrophic microorganisms. These systems provide a sterile environment for microalgal cultivation with temperature, pH, and gas composition and flow rate control. At bench-scale, photobioreactors are advantageous to researchers studying microalgal properties, productivity, and growth optimization. At industrial scales, photobioreactors can maintain product purity and improve production efficiency. The video describes the preparation and use of a bench-scale photobioreactor for microalgal cultivation, including the safe use of corrosive gas inputs, and details relevant biomass measurements and biomass productivity calculations. Specifically, the video illustrates microalgal culture storage and preparation for inoculation, photobioreactor assembly and sterilization, biomass concentration measurements, and a logistic model for microalgal biomass productivity with rate calculations including maximum and overall biomass productivities. Additionally, since there is growing interest in experiments to cultivate microalgae using simulated or real waste gas emissions, the video will cover the photobioreactor equipment adaptations necessary to work with corrosive gases and discuss safe sampling in such scenarios.

Bench-scale, axenic cultivation facilitates microalgal characterization and productivity optimization before subsequent process scale-up. Photobioreactors provide the necessary control for reliable and reproducible microalgal experiments and can be adapted to safely cultivate microalgae with the corrosive gases (CO2, SO2, NO2) from municipal or industrial combustion emissions.

Mikroalgen-Anbau und Biomasse-Quantifizierung in einem Bench-Scale Photobioreaktor mit ätzenden Rauchgasen

Photobioreactors are illuminated cultivation systems for experiments on phototrophic microorganisms. These systems provide a sterile environment for ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three preparation methods are described: (a) the incorporation of metal salts into silica or alumina wet gels using an impregnation method; (b) the incorporation of metal salts into alumina wet gels using a co-precursor method; and (c) the addition of metal nanoparticles directly into a silica aerogel precursor mixture. The methods utilize a hydraulic hot press, which allows for rapid (&#60;6 h) supercritical extraction and results in aerogels of low density (0.10 g/mL) and high surface area (200-800 m2/g). While the work presented here focuses on the use of copper salts and copper nanoparticles, the approach can be implemented using other metal salts and nanoparticles. A protocol for testing the three-way catalytic ability of these aerogels for automotive pollution mitigation is also presented. This technique uses custom-built equipment, the Union Catalytic Testbed (UCAT), in which a simulated exhaust mixture is passed over an aerogel sample at a controlled temperature and flow rate. The system is capable of measuring the ability of the catalytic aerogels, under both oxidizing and reducing conditions, to convert CO, NO and unburned hydrocarbons (HCs) to less harmful species (CO2, H2O and N2). Example catalytic results are presented for the aerogels described.

Here we present protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms. Methods for preparing materials using copper salts and copper-containing nanoparticles are featured. Catalytic testing protocols demonstrate the effectiveness of these aerogels for three-way catalysis applications.

Herstellung und Prüfung von katalytischen Aerogelen über schnelle überkritische Extraktion vorbereitet

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Coupling Carbon Capture from a Power Plant with Semi-automated Open Raceway Ponds for Microalgae Cultivation

In the United States, 35% of the total carbon dioxide (CO2) emissions come from the electrical power industry, of which 30% represent natural gas electricity generation. Microalgae can biofix CO2 10 to 15 times faster than plants and convert algal biomass to products of interest, such as biofuels. Thus, this study presents a protocol that demonstrates the potential synergies of microalgae cultivation with a natural gas power plant situated in the southwestern United States in a hot semi-arid climate. State-of-the-art technologies are used to enhance carbon capture and utilization via the green algal species Chlorella sorokiniana, which can be further processed into biofuel. We describe a protocol involving a semi-automated open raceway pond and discuss the results of its performance when it was tested at the Tucson Electric Power plant, in Tucson, Arizona. Flue gas was used as the main carbon source to control pH, and Chlorella sorokiniana was cultivated. An optimized medium was used to grow the algae. The amount of CO2 added to the system as a function of time was closely monitored. Additionally, other physicochemical factors affecting algal growth rate, biomass productivity, and carbon fixation were monitored, including optical density, dissolved oxygen (DO), electroconductivity (EC), and air and pond temperatures. The results indicate that a microalgae yield of up to 0.385 g/L ash-free dry weight is attainable, with a lipid content of 24%. Leveraging synergistic opportunities between CO2 emitters and algal farmers can provide the resources required to increase carbon capture while supporting the sustainable production of algal biofuels and bioproducts.

A protocol is described to utilize the carbon dioxide in natural gas power plant flue gas to cultivate microalgae in open raceway ponds. Flue gas injection is controlled with a pH sensor, and microalgae growth is monitored with real time measurements of optical density.

Kopplung der Kohlenstoffabscheidung aus einem Kraftwerk mit halbautomatischen offenen Laufsteichen für die Mikroalgenzucht

In the United States, 35% of the total carbon dioxide (CO2) emissions come from the electrical power industry, of which 30% represent natural gas ...

Reducing Willow Wood Fuel Emission by Low Temperature Microwave Assisted Hydrothermal Carbonization

Biomass is a sustainable fuel, as its CO2 emissions are reintegrated in biomass growth. However, the inorganic precursors in the biomass cause a negative environmental impact and slag formation. The selected short rotation coppice (SRC) willow wood has a high ash content (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58970/58970eq1.jpg" /> = 1.96%) and, therefore, a high content of emission and slag precursors. Therefore, the reduction of minerals from SRC willow wood by low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization (MAHC) at 150 &#176;C, 170 &#176;C, and 185 &#176;C is investigated. An advantage of MAHC over conventional reactors is an even temperature conductance in the reaction medium, as microwaves penetrate the whole reactor volume. This allows a better temperature control and a faster cooldown. Therefore, a succession of depolymerization, transformation and repolymerization reactions can be analyzed effectively. In this study, the analysis of the mass loss, ash content and composition, heating values and molar O/C and H/C ratios of the treated and untreated SCR willow wood showed that the mineral content of the MAHC coal was reduced and the heating value increased. The process water showed a decreasing pH and contained furfural and 5-methylfurfural. A process temperature of 170 &#176;C showed the best combination of energy input and ash component reduction. The MAHC allows a better understanding of the hydrothermal carbonization process, while a large-scale industrial application is unlikely because of the high investment costs.

A protocol for the emission precursor depletion from low quality biomass by low temperature microwave assisted hydrothermal carbonization treatment is presented. This protocol includes the microwave parameters and the analysis of the biocoal product and process water.

Reduzierung der Abgas-Holzbrennstoff-Emission durch eine kohlrigelgestützte mikrowellenassistierte hydrothermale Karbonisierung

Biomass is a sustainable fuel, as its CO2 emissions are reintegrated in biomass growth. However, the inorganic precursors in the biomass cause a negative ...

CO2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

We demonstrate a method for the enhancement of CO2 photoreduction. As the driving force of a photocatalytic reaction is from solar light, the basic idea is to use concentration technology to raise the incident solar light intensity. Concentrating a large-area light onto a small area cannot only increase light intensity, but also reduce the catalyst amount, as well as the reactor volume, and increase the surface temperature. The concentration of light can be realized by different devices. In this manuscript, it is realized by a Fresnel lens. The light penetrates the lens and is concentrated on a disc-shaped catalyst. The results show that both the reaction rate and the total yield are efficiently increased. The method can be applied to most CO2 photoreduction catalysts, as well as to similar reactions with a low reaction rate at natural light.

CO2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

We present a protocol for improving the performance of CO2 photoreduction to CH4 by heightening the incident light intensity via concentrating solar energy technology.

CO2 Photoreduction zu CH4 Performance Under Concentrating Solar Light

We demonstrate a method for the enhancement of CO2 photoreduction. As the driving force of a photocatalytic reaction is from solar light, the basic idea ...

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

Zusammenfassung

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