Oxygen Carriers for Chemical Looping Combustion - 4 000 h of Operational Experience
Transporteurs d’oxygène pour la combustion en boucle chimique : expérience accumulée pendant 4 000 h d’opération
Chalmers University of Technology, 412 96
Göteborg -
Sweden
e-mail: anders.lyngfelt@chalmers.se
Chemical Looping Combustion (CLC) is a new combustion technology with inherent separation of the greenhouse gas CO2. The technology involves the use of a metal oxide as an oxygen carrier which transfers oxygen from combustion air to the fuel, and hence a direct contact between air and fuel is avoided. Two interconnected fluidized beds, a fuel reactor and an air reactor, are used in the process. The outlet gas from the fuel reactor consists of CO2 and H2O, and the latter is easily removed by condensation. Considerable research has been conducted on CLC in the last years with respect to oxygen carrier development, reactor design, system efficiencies and prototype testing. Today, more than 700 materials have been tested and the technology has been successfully demonstrated in chemical looping combustors in the size range 0.3-140 kW, using different types of oxygen carriers based on oxides of the metals Ni, Co, Fe, Cu and Mn. The total time of operational experience is more than 4 000 hours. From these tests, it can be established that almost complete conversion of the fuel can be obtained and 100% CO2 capture is possible. Most work so far has been focused on gaseous fuels, but the direct application to solid fuels is also being studied. This paper presents an overview of operational experience with oxygen carriers in chemical looping combustors.
Résumé
La combustion en boucle chimique (CLC) est une nouvelle technique de combustion permettant la séparation intrinsèque du CO2. Dans ce procédé, un oxyde métallique est utilisé comme transporteur d’oxygène pour véhiculer l’oxygène de l’air vers le combustible, ce qui permet d’éviter un contact direct entre le combustible et l’air. Deux lits fluidisés interconnectés sont utilisés, le réacteur air et le réacteur de combustion. Les fumées du réacteur de combustion contiennent le CO2 et la vapeur d’eau qui peut être facilement éliminée par condensation. Des recherches considérables ont été menées dans ce domaine au cours des dernières années en matière de matériaux transporteurs d’oxygène, du dimensionnement des réacteurs, de l’étude de l’efficacité énergétique du procédé et pour tester le concept dans différents prototypes. À ce jour, plus de 700 matériaux ont été évalués et la technologie a été testée avec succès dans des unités de puissances comprises entre 0.3 et 140 kW avec plusieurs matériaux à base d’oxydes métalliques de Ni, Co, Fe, Cu et Mn. Le temps cumulé d’opération dans ces diverses installations avoisine les 4 000 heures. Basé sur cette expérience, on peut conclure qu’il est possible d’atteindre des conversions quasi complètes du combustible et que le captage de la totalité (100 %) du CO2 est possible. L’essentiel du travail réalisé jusqu’à présent s’est concentré sur les charges gazeuses, mais l’application aux combustibles solides est également étudiée. Une revue de l’expérience en opération acquise par combustion en boucle chimique avec différents matériaux transporteurs d’oxygène au cours de ces différentes études est présentée.
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