Using Low-Cost Iron-Based Materials as Oxygen Carriers for Chemical Looping Combustion Utilisation de matériaux bon marché à base de fer comme transporteur d’oxygène dans la combustion en boucle chimique

Abstract

In chemical looping combustion with solid fuels, the oxygen-carrier lifetime is expected to be shorter than with gaseous fuels. Therefore, it is particularly important to use low-cost oxygen carriers in solid fuel applications. Apart from being cheap, these oxygen carriers should be able to convert the CO and H2 produced from the solid fuel gasification and be sufficiently hard to withstand fragmentation. Several low-cost iron-based materials displayed high conversion of syngas and high mechanical strength and can be used for further development of the technology. These materials include oxide scales from Sandvik and Scana and an iron ore from LKAB. All tested oxygen carriers showed higher gas conversion than a reference sample, the mineral ilmenite. Generally, softer oxygen carriers were more porous and appeared to have a higher reactivity towards syngas. When compared with ilmenite, the conversion of CO was higher for all oxygen carriers and the conversion of H2 was higher when tested for longer reduction times. The oxygen carrier Sandvik 2 displayed the highest conversion of syngas and was therefore selected for solid fuel experiments. The conversion rate of solid fuels was higher with Sandvik 2 than with the reference sample, ilmenite. Pour appliquer la combustion en boucle chimique à des charges solides, il est important d’utiliser des matériaux transporteurs d’oxygène bon marché. En effet, la durée de vie du transporteur d’oxygène risque d’être plus courte sur charge solide que sur charge gazeuse. Ces matériaux doivent également bien convertir le monoxyde de carbone et l’hydrogène résultant de la gasification, tout en étant suffisamment durs pour résister à la fragmentation. Plusieurs matériaux ont montré un potentiel de conversion élevé sur le gaz de synthèse ainsi qu’une résistance mécanique élevée, ce qui permet d’envisager leur utilisation lors des développements futurs de la technologie. Parmi ces matériaux, on trouve des oxydes en copeaux provenant de Sandvik et Scana, et un minerai de fer de LKAB. Tous les matériaux testés ont permis d’atteindre des conversions plus élevées sur gaz de synthèse que le matériau de référence (ilménite) utilisé au cours de l’étude. D’une manière générale, les transporteurs d’oxygène les moins résistants, sans doute les plus poreux, sont les plus réactifs avec le gaz de synthèse. Le taux de conversion du CO obtenu avec ces matériaux est toujours plus élevé qu’avec l’ilménite. Le taux de conversion de l’hydrogène est plus élevé lorsque la durée de réduction augmente. Le matériau Sandvik 2 a permis d’atteindre les taux de conversion les plus importants sur gaz de synthèse et a donc été sélectionné pour des tests sur charge solide. Le taux de conversion sur charge solide avec ce matériau est plus élevé qu’avec l’ilménite.