Chemical Looping Combustion of Solid Fuels in a 10 kWth Unit Combustion de charge solide en boucle chimique dans une unité de 10 kWth

Abstract

The present study is based on previous results from batch experiments which were conducted in a 10 kWth chemical looping combustor for solid fuels using ilmenite, an iron titanium oxide, as the oxygen carrier with two solid fuels: a Mexican petroleum coke and a South African bituminous coal. These experiments involved testing at different fuel reactor temperatures, up to 1030°C, and different particle circulation rates between the air and fuel reactors. Previous results enabled modeling of the reactor system. In particular, it was possible to derive a correlation between measured operational data and actual circulation mass flow, as well as a model that describes the carbon capture efficiency as a function of the residence time and the char reactivity. Moreover, the kinetics of char conversion could be modeled and results showed good agreement with experimental values. The purpose of the present study was to complete these results by developing a model to predict the conversion of syngas with ilmenite in the fuel reactor. Here, kinetic data from investigations of ilmenite in TGA and batch fluidized bed reactors were used. Results were compared with the actual conversions during operation in this 10 kWth unit. Cette étude est basée sur des résultats antérieurs obtenus dans une unité de combustion de charges solides en boucle chimique d’une puissance de 10 kWth. Le transporteur d’oxygène utilisé est de l’ilménite, un minerai de fer et de titane, et les charges solides étudiées sont, d’une part, un coke de pétrole mexicain et, d’autre part, un charbon bitumineux sud africain. Les résultats expérimentaux ont été obtenus à des températures allant jusqu’à 1030°C avec différents débits de transporteur d’oxygène entre les réacteurs d’oxydation et de réduction. La modélisation de la combustion en boucle chimique de charges solides a déjà permis d’établir une corrélation entre le débit de circulation de transporteur d’oxygène et les données expérimentales mesurées puis de modéliser le taux de captage en fonction du temps de séjour du charbon et de sa réactivité. La cinétique de conversion du charbon a de plus été établie et permet de représenter les résultats expérimentaux de manière satisfaisante. Cette étude vise à compléter la modélisation entreprise pour prédire la conversion du gaz de synthèse résultant de la gazéification du charbon au contact de l’ilménite, en s’appuyant sur des données obtenues par ATG et dans un lit fluidisé en batch. Les résultats obtenus par modélisation sont comparés aux conversions mesurées expérimentalement dans l’unité de 10 kWth.