Chemical Looping Combustion of Solid Fuels in a Laboratory Fluidized-bed Reactor Combustion de charges solides avec la boucle chimique dans un lit fluidisé de laboratoire

Abstract

When using solid fuel in a chemical looping system, the char fraction of the fuel needs to be gasified before syngas react with the oxygen carrier. This can be done inside the fuel reactor with fuel and oxygen carriers well mixed, and, since this gasification is comparably slow, this will be the time limiting step of such a system. An option is to use an oxygen carrier that is able to release gas-phase oxygen which can react with the fuel by normal combustion giving a significantly faster overall fuel conversion. This last option is generally referred to as Chemical Looping combustion with Oxygen Un-coupling (CLOU). In this work, an overview is given of parameters that affect the fuel conversion in laboratory CLC and CLOU experiments. The main factor determining the fuel conversion, in both CLC and CLOU, is the fuel itself. High-volatile fuels are generally more rapidly converted than low volatile fuels. This difference in fuel conversion rate is more pronounced in CLC than in CLOU. However, the fuel conversion is also, both for CLC and CLOU, increased by increasing temperature. Increased steam and SO2 fraction in the surrounding gas will also enhance the fuel conversion in CLC. CO2 gasification in CLC appears to be very slow in comparison to steam gasification. H2 can inhibit fuel gasification in CLC whereas CO did not seem to have any effect. Possible deactivation of oxygen carriers due to SO2 or ash also has to be considered. Lorsque l’on utilise des combustibles solides dans la boucle chimique (CLC pour Chemical Looping Combustion), il est nécessaire de gazéifier le char avant de faire la combustion du gaz de synthèse au contact du transporteur d’oxygène. Ces réactions peuvent s’effectuer dans le réacteur fuel, dans lequel le combustible et le transporteur d’oxygène sont bien mélangés. Cependant, la gazéification du charbon est lente et reste l’étape limitante du processus de combustion dans ces conditions. Une alternative consiste à utiliser un matériau transporteur d’oxygène capable de relarguer l’oxygène directement dans la phase gazeuse, cet oxygène pouvant ensuite réagir directement avec le combustible. Cela permet alors d’avoir des vitesses de combustion plus rapides. Cette alternative est couramment appelée CLOU (pour Chemical Looping combustion with Oxygen Un-coupling). Dans cet article, on présente une synthèse sur les paramètres qui influencent la conversion du combustible dans les modes CLC et CLOU à partir de résultats obtenus en laboratoire. Le paramètre le plus important est la nature du combustible. Les combustibles contenant plus de matières volatiles se convertissent plus rapidement. Les différences dues à la nature du combustible sont plus marquées avec le CLC qu’avec le CLOU. La conversion du combustible augmente dans les deux cas avec la température. Dans le CLC, la concentration en vapeur ou en SO2 favorise également la conversion. Avec le CLC, la gazéification par le CO2 est très lente comparativement à la gazéification à la vapeur. La présence d’H2 peut limiter la gazéification du combustible en CLC alors que la présence de CO ou de vapeur n’a pas d’effet a priori. Il faut faire attention à la désactivation du matériau transporteur d’oxygène en présence de cendres ou de SO2.