NO330204B1 - Kjemisk sirkulasjonsforbrenning - Google Patents
Kjemisk sirkulasjonsforbrenning Download PDFInfo
- Publication number
- NO330204B1 NO330204B1 NO20064636A NO20064636A NO330204B1 NO 330204 B1 NO330204 B1 NO 330204B1 NO 20064636 A NO20064636 A NO 20064636A NO 20064636 A NO20064636 A NO 20064636A NO 330204 B1 NO330204 B1 NO 330204B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- oxygen carrier
- gas
- fluid inlet
- reactor
- carrier layer
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 117
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 70
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 70
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 18
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 14
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 14
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 12
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 10
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 22
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- -1 NiO Chemical class 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015189 FeOx Inorganic materials 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical group O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004523 catalytic cracking Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical group [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Chemical group 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Chemical group 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES
- F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
- F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0242—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical
- B01J8/0257—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical in a cylindrical annular shaped bed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
- F23C99/006—Flameless combustion stabilised within a bed of porous heat-resistant material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
- B01J2208/00884—Means for supporting the bed of particles, e.g. grids, bars, perforated plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/02—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles
- B01J2208/023—Details
- B01J2208/027—Beds
- B01J2208/028—Beds rotating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/99008—Unmixed combustion, i.e. without direct mixing of oxygen gas and fuel, but using the oxygen from a metal oxide, e.g. FeO
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES
- F23J2215/00—Preventing emissions
- F23J2215/50—Carbon dioxide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
Abstract
Foreliggende oppfinnelse omfatter en fremgangsmåte og reaktor for kjemisk sirkulasjonsforbrenning som involverer minst to gasser i en reaktor hvori: - nevnte minst to gasser transporteres til et reaktorfluidinnløpssenter som er delt i minst to sektorer; - nevnte minst to gasser strømmer radialt utover til et oksygenbærersjikt som omgir nevnte fluidinnløpssenter, nevnte oksygenbærersjikt omfatter et aktivt materiale, hvori minst én reaksjon finner sted mellom nevnte aktive materiale og nevnte minst to gasser; - effluenter fra nevnte minst ene reaksjon transporteres til et ytre rom i reaktoren, nevnte rom er delt i minst to seksjoner ved hjelp av to radialt strakte skillevegger, - nevnte fluidinnløpssenter, nevnte oksygenbærersjikt og nevnte ytre rom roterer i forhold til hverandre.
Description
Foreliggende oppfinnelse omhandler en fremgangsmåte og reaktor for kjemisk sirkulasjonsforbrenning som involverer minst to gasser.
Fortsatt utslipp av CO2fra forbrenning av fossile brensler antas å føre til ty-delige klimaforandringer, som det igjen fryktes vil føre til forverrede generelle livs-vilkår på planeten vår. Når det gjelder drivhuseffekten, er det økning i atmosfærisk CO2som er mest ansvarlig for økning i jordens middeltemperatur. Det er derfor viktig å finne måter å produsere energi på, fra fossile brensler, mens en samtidig gjør det enkelt å separere ut CO2for senere deponering på en slik måte at CO2-innholdet i atmosfæren ikke økes. Kjemisk sirkulasjonsforbrenning (CLC) er en teknikk med iboende separasjon av CO2.
Prinsippet ved kjemisk sirkulasjonsforbrenning ifølge de følgende reaksjoner er én måte å gjøre dette på:
Dette betyr at det er en substans M som kan oksideres i luft, og som er i stand til å binde oksygenet (eller en del derav) i luften til et fast eller flytende sub-strat. Dette substratet blir så fjernet fra luftstrømmen og overført til en strøm av gassformige hydrokarboner. To separate gasstrømmer oppnås, én av oksygenutarmet luft (hovedstrøm), og én av CO2+ H2O. En luftstrøm som inneholder mindre enn 20 % av den produserte CO2kan være tillatt. H20/C02-strømmen skulle inne-holde mindre enn 5 % nitrogen.
Teknikkens stand
Formålet med å separere nitrogenet i luften fra C02og H20 laget ved oksidasjonen av hydrokarboner, kan i reaksjonene (1) og (2) over reduseres til å brin-ge oksygenbæreren fra oksidasjonssonen til en reduksjonssone. To fremgangs-måter som beskriver dette er kjent fra tidligere teknikk.
Den enkleste tilnærmelsen er å ha to eller flere beholdere fylt med oksygenbæreren, og å veksle luft- og hydrokarbongasstrømmene mellom disse beholder-ne (B.M. Corbella, L. F. De Diego, F. Garcia-Labiano, J. Adanez, J.M. Palacios, Environ. Sei. Technol. 2005, 39, 5796). Denne fremgangsmåten harde følgende ulemper: a. Fremgangsmåten må ha ventiler som fungerer pålitelig lenge ved temperaturer over 1000°C.
b. Strømproduserende utstyr, slik som gassturbiner trenger svært jevne gasstilførsler for å fungere skikkelig. Vekslingsoperasjonen resulterer vanligvis i pulserte gasstrømmer, som er uønsket.
Fra WO 96/06303 er det kjent en andre fremgangsmåte som omfatter an-vendelsen av et sirkulerende fluidisert sjikt. Denne fremgangsmåte sikrer jevn, pulsfri drift, men kan ha de følgende ulemper: c. Nedbrytning av oksygenbæreren som fluidisert sjikt partikler. De produserte finstoffene kan utgjøre en separasjonsutfordring, og et mulig miljø-problem. d. Finstoffene fra prosessen kan ødelegge strømproduserende utstyr slik som gassturbiner.
Videre er det i FR 2846710 beskrevet en roterende monolittype reaktor som omfatter et aktivt materiale båret i monolittens aksiale kanaler. Reaktoren roterer mellom aksiale strømmer av en oksiderende gass og en reduserende gass som produserer separate strømmer av varme gasser, én av dem inneholder i hovedsak karbondioksid og vann. Ulempen ved et slik reaktoroppsett er lekkasjer på grunn av mangelen på tilgjengelig volum når gassen ekspanderes på grunn av gassopp-varmingen forårsaket av den eksoterme naturen avforbrenningsprosessen. I til-legg, vil det i hydrokarbonoksidasjonssektoren være en økning i det molare antall gassmolekyler, mens det vil være en tilsvarende reduksjon på luftsiden.
Flere oksygenbærere har blitt utviklet som vanligvis består av metalloksider som NiO, CuO, CoO eller ethvert annet reduserbart metalloksid dispergert på en mer eller mindre porøs bærer som alumina, silika, zirkondioksid, titaniumoksid eller spinellstrukturer eller enhver annen bærer som ikke, eller bare i en liten grad, finner sted i de faktiske red-oks reaksjoner etc. Andre oksygenbærere er oksider som enkelt kan forandre deres oksidasjonstilstand, f.eks. enkle oksider som FeOx, eller materialer av perovskitt-type som LaFe03.
US 2.704.741 beskriver en fremgangsmåte og apparatur for katalytisk omsetning av fluidformige organiske reaktanter til andre fluidformige organiske pro-dukter i en reaktor som omfatter en roterbar beholder med en katalysator. Den katalytiske massen er delt i flere radialt strakte kamre som de fluidformige organiske reaktanter kan strømme radialt gjennom. Disse kamrene er fysisk atskilte fra hverandre.
US 2.739.928 og US 2.934.495 beskriver reaktorer som ligner US 2.704.741 og er inkorporert heri ved referanse.
Formålet med foreliggende oppfinnelse er å produsere energi fra fossile brensler mens en samtidig gjør det enkelt å separere ut CO2for senere deponering på en slik måte at C02-innholdet i atmosfæren ikke økes. Foreliggende oppfinnelse oppnår en effektiv, enkel og økonomisk gunstig prosess for kjemisk sirkulasjonsforbrenning, sammenlignet med tidligere teknikk.
Beskrivelse av oppfinnelsen
Foreliggende oppfinnelse omfatter en fremgangsmåte for kjemisk sirkulasjonsforbrenning som involverer minst to gasser i en reaktor, hvori: - nevnte minst to gasser transporteres til et reaktorfluidinnløpssenter som er delt i minst to sektorer,
nevnte minst to gasser strømmer radialt utover til et oksygenbærersjikt som omgir nevnte fluidinnløpssenter, nevnte oksygenbærersjikt omfatter et aktivt materiale, hvori minst én reaksjon finner sted mellom nevnte aktive materiale og nevnte minst to gasser;
hvori nevnte minst to gasser er adskilt av sektorer omfattende inert
gass;
effluenter fra nevnte minst ene reaksjon transporteres til et ytre rom av reaktoren, nevnte ytre rom er delt i minst to seksjoner ved hjelp av radialt strakte skillevegger,
nevnte fluidinnløpssenter, nevnte oksygenbærersjikt og nevnte ytre rom roterer i forhold til hverandre.
I foreliggende oppfinnelse er en første gass blant nevnte minst to gasser en reduserende gass, foretrukket en hydrokarbonholdig gass, mest foretrukket naturgass. Videre er en annen gass blant nevnte minst to gasser, som transporteres til en sektor motstående sektoren som mottar den reduserende gassen, en oksiderende gass, foretrukket luft eller oksygenutarmet luft. Sektorer tilstøtende sektorene som mottar nevnte reduserende og oksiderende gasser, transporterer inert gass, foretrukket vanndamp i foreliggende oppfinnelse.
Det aktive materiale ifølge oppfinnelsen omfatter en oksygenbærer, og videre er oksygenbæreren sintrede partikler eller pulver. Produktene av oksidasjonen av den reduktive gassen ifølge foreliggende oppfinnelse samles i minst ett av de ytre radialt strakte rom. Videre samles effluenten fra den oksiderende gassen i minst ett av de ytre radialt strakte rom.
I en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er nevnte fluidinnløpssenter og nevnte ytre rom stasjonære og nevnte oksygenbærersjikt roterer.
I en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse roterer nevnte fluidinnløpssenter og nevnte ytre rom og nevnte oksygenbærersjikt er stasjonært.
Videre omfatter foreliggende oppfinnelse en reaktor for kjemisk sirkulasjonsforbrenning, hvor reaktoren omfatter
- et fluidinnløpssenter som er delt i minst to sektorer,
- et oksygenbærersjikt som omgir nevnte fluidinnløpssenter og omfatter et aktivt materiale, og - et ytre rom som er delt i minst to seksjoner ved hjelp av radialt strakte skillevegger,
hvori nevnte fluidinnløpssenter, nevnte oksygenbærersjikt og nevnte ytre rom er anordnet for å rotere i forhold til hverandre.
Videre omfatter nevnte oksygenbærersjikt i foreliggende oppfinnelse et aktivt materiale, foretrukket en oksygenbærer. I foreliggende oppfinnelse omfatter nevnte oksygenbærersjikt en trådkurv.
I foreliggende oppfinnelse omfatter reaktoren nevnte fluidinnløpssenter og nevnte ytre rom som er stasjonære, og hvor nevnte oksygenbærersjikt roterer.
Videre omfatter oppfinnelsen nevnte fluidinnløpssenter og nevnte ytre rom som roterer, og nevnte oksygenbærersjikt som er stasjonært.
Formålet med foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte for kjemisk sirkulasjonsforbrenning hvori de forskjellige reaktive gasser strømmer radialt i separate sektorer fra reaktorens fluidinnløpssenter, gjennom det aktive materiale i oksygenbærersjiktet, til reaktorens ytre rom. Disse sektorene med reagerende gasser er atskilt av sektorer med damp. Reaktoren inneholder et fast oksidasjons-middel som er formulert for å minimere ikke-radial gassdiffusjon mens det tillater gassekspansjon og kontraksjon. Den dominerende radiale gasstrøm minimerer sideveis blandingen av gasser forårsaket av økningen i gassvolum i løpet av pro sessen. Dette fører til neglisjerbar gassblanding og derved øket separasjonspoten-siale for karbondioksid.
US 2.704.741 omfatter katalytisk krakking av hydrokarboner i en reaktor hvor hydrokarbonene strømmer radialt inn i radialt strakte kamre som er fysisk atskilt fra hverandre med vegger. Foreliggende oppfinnelse avviker vesentlig fra US 2.704.741 ved at foreliggende oppfinnelse omfatter kjemisk sirkulasjonsforbrenning i en reaktor som ikke er delt inn i radialt strakte seksjoner ved hjelp av radiale vegger. Foreliggende oppfinnelse omfatter en forbrenningsreaktor hvori forbrenningsproduktene (CO2og H2O) separeres fra N2i luft, dvs. ingen omsetning av organiske reaktanter til andre organiske reaktanter, ingen katalysator, ingen regenerering av katalysator. I foreliggende oppfinnelse er det ingen problemer på grunn av ekspansjon av de forskjellige gassene eller problemer med lekkasje eller sidediffusjon mellom de forskjellige seksjoner siden det ikke er noen stasjonære vegger i oksygenbærersjiktet.
Dette forutsetter at den radiale økningen i volum reduserer tilbake- og side-diffusjonen av gasser og fører til neglisjerbar gassblanding og derved øket sepa-rasjonspotensiale for karbondioksid.
Foreliggende oppfinnelse omfatter en fremgangsmåte for kjemisk sirkulasjonsforbrenning som involverer minst to gasser hvor en første gass blant nevnte minst to gasser er en reduserende gass, foretrukket en hydrokarbonholdig gass, mest foretrukket naturgass. En annen gass blant nevnte minst to gasser, som fraktes til sektoren motstående sektoren som mottar den reduserende gassen, er videre en oksiderende gass, foretrukket luft eller oksygenutarmet luft. Sektorene som grenser til sektorene som mottar nevnte reduserende og oksiderende gasser, transporterer inert gass, foretrukket vanndamp, for å unngå direkte kontakt mellom de reduserende og oksiderende gassene. Det aktive materialet omfattet i foreliggende oppfinnelse er en oksygenbærer, foretrukket sintrede partikler eller pulver formulert for å minimere ikke-radial gasstrøm gjennom den roterende delen av reaktoren. Videre samles produktene av oksidasjonen av den reduserende gassen ifølge foreliggende oppfinnelse i minst ett av de ytre rommene. Effluenten fra den oksiderende gassen samles videre i ett av de ytre rommene. I en første utførel-sesform av foreliggende oppfinnelse er nevnte reaktorfluidinnløpssenter og nevnte ytre rom stasjonære og nevnte oksygenbærersjikt roterer. I en andre utførelses- form, roterer nevnte reaktorfluidinnløpssenter og nevnte ytre rom, og nevnte oksygenbærersjikt er stasjonære.
Det formulerte materiale vil forekomme på en måte som ikke vil forhindre radial gassdiffusjon. Det formulerte materialet kan formes med forskjellige struktu-rer, f.eks. bikakestrukturer, porer som strekker seg radialt utover i den roterende reaktoren, fibre/filamenter som strekker seg radialt utover. Intensjonen ved foreliggende oppfinnelse er å fordele gassen kontinuerlig over reaktorens areal. Tykkel-sen av oksygenbæreren kan variere på grunn av rotasjonshastigheten, kinetikk, strømningshastighet, etc. Et tynt lag av oksygenbæreren er foretrukket for å minimere gassblandingen på grunn av ikke-radial gasstrøm.
Foreliggende oppfinnelse omfatter også en reaktor for kjemisk sirkulasjonsforbrenning som omfatter et fluidinnløpssenter som er delt i minst to sektorer, et oksygenbærersjikt som omfatter et aktivt materiale og et ytre kammer delt i to seksjoner ved hjelp av radialt strakte skillevegger, hvori nevnte fluidinnløpssenter, nevnte oksygenbærersjikt og nevnte ytre rom roterer i forhold til hverandre.
Reaktoren omfatter et aktivt materiale, foretrukket en oksygenbærer. Det aktive materiale/partiklene kan anvendes som et pulver eller det kan være sintret til én del. Reaktoren omfatter en trådkurv hvis et pulver er foretrukket. I en tredje utførelsesform omfatter oppfinnelsen en reaktor hvor nevnte fluidinnløpssenter og nevnte ytre rom er stasjonære, og nevnte oksygenbærersjikt roterer. I en fjerde utførelsesform roterer nevnte fluidinnløpssenter og nevnte ytre rom, og nevnte oksygenbærersjikt er stasjonært.
Ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå beskrives med referanse til de følgende figurer.
Figur 1 viser den mest foretrukne utførelsesform av foreliggende oppfinnelse hvor et fluidreaktorsenter og et ytre kammer er stasjonære. Fluidreaktorsenteret er delt i fire sektorer. Én av sektorene mottar en reduserende gass, foretrukket en hydrokarbonholdig gass, mest foretrukket naturgass. Sektoren motstående sektoren som mottar den reduserende gassen, haren oksiderende gass, foretrukket luft eller oksygenutarmet luft. Sektorene som grenser til sektorene som mottar de reduserende og oksiderende gassene, transporterer inert gass, foretrukket vanndamp. Oksygenbærersjiktet i figur 1, hvor minst én reaksjon finner sted, roterer mens minst to gasser strømmer radialt utover fra det stasjonære reaktorsenter.
Produktene fra oksidasjonen av den reduktive gassen samles i minst ett av de ytre rommene. Effluent fra den oksiderende gassen samles i minst ett av de ytre rommene. Figur 2 viser en andre utførelsesform av foreliggende oppfinnelse som ligner utførelsesformen i figur 1 unntatt at nevnte reaktorfluidinnløpssenter og nevnte ytre rom roterer og oksygenbærersjiktet er stasjonært. Figur 3 viser en tredje utførelsesform av foreliggende oppfinnelse som involverer minst to gasser i en reaktor hvori reaktorfluidinnløpssenteret er delt i minst to sektorer. Én av sektorene mottar en reduserende gass, foretrukket en hydrokarbonholdig gass, mest foretrukket naturgass. Sektoren motstående sektoren som mottar den reduserende gassen er en oksiderende gass, foretrukket luft eller oksygenutarmet luft. Reaktorfluidinnløpssenteret og ytre rom roterer mens oksygenbærersjiktet er stasjonært. Figur 4 viser en fjerde utførelsesform av foreliggende oppfinnelse som involverer minst to gasser i en reaktor hvor reaktorfluidinnløpssenteret er delt i minst to sektorer. Én av sektorene mottar en reduserende gass, foretrukket en hydrokarbonholdig gass, mest foretrukket naturgass. Sektoren motstående sektoren som mottar den reduserende gassen, er en oksiderende gass, foretrukket luft eller oksygenutarmet luft. Reaktorfluidinnløpssenteret og ytre kammer er stasjonære mens oksygenbærersjiktet roterer.
Ved å ha et sjikt av oksygenbærer i en passende fysisk form, kan en la dette sjiktet rotere (figur 1) på en slik måte at materialet gjennomgår den følgende tilførselssyklus:
A. En luftstrøm
B. En dampstrøm
C. En hydrokarbonstrøm
D. En dampstrøm
På effluentsiden er det to effluentkanaler.
E. Effluent oksygenutarmet luft + damp
F. Effluent oksidasjonsprodukter + damp
Minst én av effluentene (E og F) føres til et strømproduserende utstyr som en gassturbin. Alternativ kan det lages en konstruksjon av reaktoren hvor det reaktive sjiktet er stasjonært mens tilførsels- og avgasseksjonene roterer.
Oksidasjonsproduktene som inneholder effluent vil, etter å ha passert det strømproduserende utstyret avkjøles, vannet kondenseres ut og rent CO2oppnås som nå kan bearbeides ytterligere.
Dampsonene vil derfor virke som en separasjonsbarriere mellom den oksygenutarmede luftstrømmen, og den C02-holdige oksidasjonsproduktstrømmen. Det vil følgelig oppnås både at det bare er spor av CO2i den oksygenutarmede luftavgassen (dette er CO2som vil frigis til atmosfæren), og bare spor av N2i CO2+ H2O strømmen.
Gassammensetningen og følgelig separasjonsgraden som oppnås kan måles ved anvendelse av standard gassanalyseteknikker så som gasskromato-grafi, massespektrometri eller infrarød analyse, eller enhver annen teknikk som kan måle de individuelle gassbestanddeler på en kvantitativ måte. Foreliggende oppfinnelse forenkler derfor den senere komprimering, transport og isolering eller utnyttelse av CO2.
Eksempel
Det aktive materiale (1) i figur 1 er en oksygenbærer som mest foretrukket er formulert for å gi neglisjerbar tilbakeblanding av gass og lavt trykkfall over sjiktet. De formulerte aktive partiklene kan enten anvendes som et pulver eller de kan være sintret til én del. Hvis det benyttes et pulver, skulle det benyttes en kurv for å holde pulveret i posisjon når reaktoren er i drift.
Gasser tilføres til den aktive fasen fra fluidinnløpssenteret. Fluidinnløpssen-teret er delt i minst to sektorer: Én sektor hvor den reduserende gassen tilføres, foretrukket en hydrokarbonholdig gass eller gassblanding, så som for eksempel naturgass. I de to tilstøtende sektorene tilføres en inert gass, foretrukket vanndamp, mens i den motstående sektoren tilføres en oksiderende gass, foretrukket luft eller oksygenutarmet luft.
De reaktive gassene diffunderer radialt inn i den aktive fasen, reagerer med denne og produktene fortsetter den radiale strømmen til et rom på utsiden av den aktive fasen hvor de samles opp. Det ytre rommet er delt i to kamre: Ett kammer hvor primært produktene fra oksidasjonen av den reduktive gassen samles og ett hvor effluentgassen fra den oksiderende gassen samles. Hvert av de to kamrene har ytterligere røropplegg for transport av effluentgassene for ytterligere prosesse-ring.
Totalforholdet av (luft (+ eventuelt resirkulert avgass) + damp)/mengde CH4vil bestemme utløpstemperaturen for gassene: For en støkiometrisk blanding av metan + luft (omtrent 10 m3 luft/m<3>metan) er den adiabatiske temperaturstignin-gen > 2000°C. Hvis en total temperaturstigning på omkring 1000°C er krevet, må det tilsettes en ekstra luftmengde = 15 m<3>luft/m<3>metan, dvs. det totale luft/metan forhold er nå omtrent 25, eller en tilleggsmengde av damp som representerer den samme totale varmekapasitet.
På effluentsiden er det en forandring i strømmene av både de karbonholdige og de luftutarmede strømmene. Dette er delvis på grunn av fjerningen av noe av de 21 vol-% O2i den oksygenutarmede luftstrømmen, og den store økningen i den karbonholdige strømmen fra CH4til CO2+ 2 H2O. Det totale molantallet påvir-kes imidlertid ikke. Økningen av volumstrømmen i den karbonholdige gasstrøm-men må tas med i beregningen ved konstruksjonen av strukturen av oksygenbærersjiktet.
Rotasjonsfrekvensen av fluidinnløpssenteret, oksygenbærersjiktet eller ytre rom skulle reguleres til mengden av oksygenbærer, hastighetene av reaksjonene og gasstrømmene anvendt, for å sikre nær fullstendig omsetning av naturgass.
Når vi nå har beskrevet foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen, vil det være åpenbart for fagfolk at det kan anvendes andre utførelsesformer som inkor-porerer konseptene. Disse og andre eksempler ifølge oppfinnelsen illustrert over er tenkt bare som eksempel og det faktiske omfang av oppfinnelsen skal bestem-mes fra de følgende krav.
Claims (15)
1. Fremgangsmåte for kjemisk sirkulasjonsforbrenning som involverer minst to gasser i en reaktor hvor: - nevnte minst to gasser transporteres til et reaktorfluidinnløpssenter som er delt i minst to sektorer;
karakterisert vedat
nevnte minst to gasser strømmer radialt utover til et oksygenbærer
sjikt som omgir nevnte fluidinnløpssenter, idet nevnte oksygenbærersjikt omfatter et aktivt materiale, hvori minst én reaksjon finner sted mellom nevnte aktive materiale og nevnte minst to gasser;
hvori nevnte minst to gasser er adskilt av sektorer omfattende inert
gass;
effluenter fra nevnte minst ene reaksjon transporteres til et ytre rom
av reaktoren, hvor nevnte ytre rom er delt i minst to seksjoner ved hjelp av radialt strakte skillevegger, og at
nevnte fluidinnløpssenter, nevnte oksygenbærersjikt og nevnte ytre
rom roterer i forhold til hverandre.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
hvori en første gass blant nevnte minst to gasser er en reduserende gass, foretrukket en hydrokarbonholdig gass, mest foretrukket naturgass.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,
hvori en annen gass blant nevnte minst to gasser, som transporteres til en sektor motstående sektoren som mottar den reduserende gassen, er en oksiderende gass, foretrukket luft eller oksygenutarmet luft.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,
hvori sektorer tilstøtende sektorene som mottar nevnte reduserende og oksiderende gasser, transporterer inert gass, foretrukket vanndamp.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
hvori det aktive materiale omfatter en oksygenbærer.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 5,
hvori oksygenbæreren er sintrede partikler eller pulver.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
hvori produktene av oksidasjonen av den reduktive gassen samles i minst ett av de ytre radialt strakte rom.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
hvori effluenten fra den oksiderende gassen samles i minst ett av de ytre radialt strakte rom.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
hvori nevnte fluidinnløpssenter og nevnte ytre rom er stasjonære og nevnte oksygenbærersjikt roterer.
10. Fremgangsmåte ifølge krav 1,
hvori nevnte fluidinnløpssenter og nevnte ytre rom roterer og nevnte oksygenbærersjikt er stasjonært.
11. Reaktor for kjemisk sirkulasjonsforbrenning,
karakterisert vedat den omfatter - et fluidinnløpssenter som er delt i minst to sektorer, - et oksygenbærersjikt som omgir nevnte fluidinnløpssenter og omfatter et aktivt materiale, og - et ytre rom som er delt i minst to seksjoner ved hjelp av radialt strakte skillevegger,
hvori nevnte fluidinnløpssenter, nevnte oksygenbærersjikt og nevnte ytre rom er anordnet for å rotere i forhold til hverandre.
12. Reaktor ifølge krav 11,
hvori nevnte oksygenbærersjikt omfatter et aktivt materiale, foretrukket en oksygenbærer.
13. Reaktor ifølge krav 11,
hvori nevnte oksygenbærersjikt omfatter en trådkurv.
14. Reaktor ifølge krav 11,
hvori nevnte fluidinnløpssenter og nevnte ytre rom er stasjonære, og nevnte oksygenbærersjikt roterer.
15. Reaktor ifølge krav 11,
hvori nevnte fluidinnløpssenter og nevnte ytre rom roterer, og nevnte oksygenbærersjikt er stasjonært.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20064636A NO330204B1 (no) | 2006-10-11 | 2006-10-11 | Kjemisk sirkulasjonsforbrenning |
| US12/444,726 US8672671B2 (en) | 2006-10-11 | 2007-10-11 | Chemical looping combustion |
| PCT/NO2007/000357 WO2008044942A1 (en) | 2006-10-11 | 2007-10-11 | Chemical looping combustion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NO20064636A NO330204B1 (no) | 2006-10-11 | 2006-10-11 | Kjemisk sirkulasjonsforbrenning |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO20064636L NO20064636L (no) | 2008-04-14 |
| NO330204B1 true NO330204B1 (no) | 2011-03-07 |
Family
ID=39283076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO20064636A NO330204B1 (no) | 2006-10-11 | 2006-10-11 | Kjemisk sirkulasjonsforbrenning |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8672671B2 (no) |
| NO (1) | NO330204B1 (no) |
| WO (1) | WO2008044942A1 (no) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8671658B2 (en) | 2007-10-23 | 2014-03-18 | Ener-Core Power, Inc. | Oxidizing fuel |
| US8701413B2 (en) | 2008-12-08 | 2014-04-22 | Ener-Core Power, Inc. | Oxidizing fuel in multiple operating modes |
| DE102009038052B4 (de) * | 2009-08-19 | 2012-09-27 | Wolfgang Krumm | Verhüttungsverfahren durch Einsatz eines vorreduzierten Ilmeniterzstromes und/oder Hämatiterzstromes |
| JP5820669B2 (ja) * | 2011-09-02 | 2015-11-24 | 東京瓦斯株式会社 | 切替式ケミカルループ燃焼器 |
| JP5849669B2 (ja) * | 2011-12-08 | 2016-02-03 | 株式会社Ihi | ケミカルループ燃焼システム |
| US9726374B2 (en) * | 2012-03-09 | 2017-08-08 | Ener-Core Power, Inc. | Gradual oxidation with flue gas |
| ITPD20120123A1 (it) * | 2012-04-20 | 2013-10-21 | Serichim S R L | Reattore chimico multifunzionale |
| CN102767906B (zh) * | 2012-07-30 | 2013-09-11 | 北京科技大学 | 一种回转式固定床化学链燃烧反应装置 |
| CN102764627A (zh) * | 2012-08-11 | 2012-11-07 | 侯晓峰 | 旋转填料床反应设备 |
| CN102818259B (zh) * | 2012-08-30 | 2015-02-18 | 上海锅炉厂有限公司 | 一种旋转型化学链燃烧反应器装置及其使用方法 |
| US9909756B2 (en) | 2012-11-30 | 2018-03-06 | Saudi Arabian Oil Company | Staged chemical looping process with integrated oxygen generation |
| WO2016139608A1 (en) | 2015-03-03 | 2016-09-09 | Eramet & Comilog Chemicals Sprl | High temperature reversible oxygen carrier and method for its production |
| CN105757641B (zh) * | 2016-04-11 | 2018-08-10 | 北京科技大学 | 燃气锅炉系统及其运行方法 |
| CN109250687B (zh) * | 2017-07-14 | 2021-07-09 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种径向反应器和一种化学链反应的工艺方法 |
| US11628426B2 (en) * | 2020-04-29 | 2023-04-18 | Uti Limited Partnership | Catalyst for chemical looping combustion |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1949205A (en) * | 1931-12-09 | 1934-02-27 | Associated Silver Company | Means for protecting silver, etc., from tarnishing |
| US2739928A (en) * | 1953-06-08 | 1956-03-27 | Sun Oil Co | Rotary converter purging system |
| US2704741A (en) * | 1953-09-14 | 1955-03-22 | Sun Oil Co | Method and apparatus for conversion of organic reactants to other organic products |
| US2934495A (en) * | 1958-08-22 | 1960-04-26 | Sun Oil Co | Method and apparatus for conversion of organic reactants |
| US3780498A (en) * | 1972-03-31 | 1973-12-25 | Universal Oil Prod Co | Sulfur oxides removal system |
| US4126419A (en) * | 1974-04-02 | 1978-11-21 | Keichi Katabuchi | Combustion device for burning waste gases containing combustible and noxious matters |
| US4032429A (en) * | 1975-11-28 | 1977-06-28 | Gulf Research & Development Company | Coal liquefaction process using an aluminum phosphate supported catalyst |
| US4124508A (en) * | 1977-10-18 | 1978-11-07 | Ecolotrol, Inc. | Gas transfer system |
| DE3508553A1 (de) * | 1985-03-11 | 1986-09-11 | Hüls AG, 4370 Marl | Verfahren und vorrichtung zum katalytischen umsetzen von gasen |
| EP0398111A1 (de) * | 1989-05-18 | 1990-11-22 | Asea Brown Boveri Ag | Vorrichtung zur Umwandlung chemischer Energie von Kohlenwasserstoffen in elektrische Energie mittels eines elektrochemischen Hochtemperaturprozesses |
| US5016547A (en) * | 1990-05-04 | 1991-05-21 | Salem Industries, Inc. | Regenerative incinerator |
| US5372725A (en) * | 1991-11-04 | 1994-12-13 | Halff; Albert H. | Method for separation and removal of impurities from liquids |
| US5460789A (en) * | 1991-12-20 | 1995-10-24 | Eisenmann Maschinenbau Kg | Apparatus for purifying pollutant-containing outgoing air from industrial installations by regenerative afterburning |
| DE4344700C2 (de) * | 1993-12-27 | 1999-01-28 | Eisenmann Kg Maschbau | Vorrichtung zum Reinigen schadstoffhaltiger Abluft aus Industrieanlagen durch regenerative Nachverbrennung |
| SE502292C2 (sv) * | 1994-08-19 | 1995-10-02 | Kvaerner Enviropower Ab | Förfarande för tvåstegsförbränning av fasta bränslen i en cirkulerande fluidiserad bädd |
| US5871349A (en) * | 1997-10-16 | 1999-02-16 | Smith Engineering Company | Rotary valve thermal oxidizer |
| US7387849B2 (en) * | 2002-03-14 | 2008-06-17 | Questair Technologies Inc. | Hydrogen recycle for solid oxide fuel cell |
| FR2846710B1 (fr) * | 2002-11-06 | 2006-08-04 | Inst Francais Du Petrole | Dispositif et procede pour la production d'un gaz chaud par oxydation d'un materiau actif |
-
2006
- 2006-10-11 NO NO20064636A patent/NO330204B1/no unknown
-
2007
- 2007-10-11 WO PCT/NO2007/000357 patent/WO2008044942A1/en active Application Filing
- 2007-10-11 US US12/444,726 patent/US8672671B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2008044942A1 (en) | 2008-04-17 |
| US20100092898A1 (en) | 2010-04-15 |
| US8672671B2 (en) | 2014-03-18 |
| NO20064636L (no) | 2008-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO330204B1 (no) | Kjemisk sirkulasjonsforbrenning | |
| Wang et al. | Oxidative coupling of methane in Ba0. 5Sr0. 5Co0. 8Fe0. 2O3− δ tubular membrane reactors | |
| Basile et al. | The partial oxidation of methane to syngas in a palladium membrane reactor: simulation and experimental studies | |
| KR102586648B1 (ko) | 통합된 산소 분리 모듈을 가진 odh 단위를 포함하는 복합장치 | |
| Akin et al. | Selective oxidation of ethane to ethylene in a dense tubular membrane reactor | |
| Mattisson et al. | The use of iron oxide as an oxygen carrier in chemical-looping combustion of methane with inherent separation of CO2 | |
| TW590798B (en) | Catalytic reactor and process | |
| Rahimpour et al. | Synthesis gas production in a novel hydrogen and oxygen perm-selective membranes tri-reformer for methanol production | |
| Rahimpour et al. | Methane steam reforming thermally coupled with fuel combustion: application of chemical looping concept as a novel technology | |
| US10670262B2 (en) | Reactor for chemical-looping combustion | |
| Khademi et al. | A novel configuration for hydrogen production from coupling of methanol and benzene synthesis in a hydrogen-permselective membrane reactor | |
| Zhao et al. | Rotary bed reactor for chemical-looping combustion with carbon capture. Part 1: reactor design and model development | |
| Frey et al. | Aluminum open cell foams as efficient supports for carbon dioxide Methanation catalysts: pilot‐scale reaction results | |
| Chen et al. | Progress in low temperature hydrogen production with simultaneous CO2 abatement | |
| Zeng et al. | A novel cyclic process for synthesis gas production | |
| Tan et al. | Design of mixed conducting ceramic membranes/reactors for the partial oxidation of methane to syngas | |
| Karagöz et al. | Multi-scale membrane reactor (MR) modeling and simulation for the water gas shift reaction | |
| US20210031161A1 (en) | Small channel short fixed bed adiabatic reactor for oxidative coupling of methane | |
| Wu et al. | CO2 reduction and methane partial oxidation on surface catalyzed La0. 9Ca0. 1FeO3-δ oxygen transport membranes | |
| Sato et al. | Steam reforming of biogas mixtures with a palladium membrane reactor system | |
| Czuprat et al. | Olefin production by a multistep oxidative dehydrogenation in a perovskite hollow‐fiber membrane reactor | |
| Farsi et al. | Dynamic modeling and operability analysis of a dual-membrane fixed bed reactor to produce methanol considering catalyst deactivation | |
| NO176750B (no) | Reaktor for partiell katalytisk oksydasjon av hydrokarboner | |
| US8609052B2 (en) | Hybrid reactor with two reaction zones | |
| Farsi et al. | Application of water vapor and hydrogen-permselective membranes in an industrial fixed-bed reactor for large scale methanol production |