Chemical Looping Combustion with Different Types of Liquid Fuels Combustion en boucle chimique avec différentes charges liquides

Abstract

CLC is a new promising combustion process for CO2 capture with less or even no energy penalty compared to other processes. Up to now, most of the work performed on CLC was conducted with gaseous or solid fuels, using methane and coal and/or pet coke. Liquid fuels such as heavy fuels resulting from oil distillation or conversion may also be interesting feedstocks to consider. However, liquid fuels are challenging feedstock to deal with in fluidized beds. The objective of the present work is therefore to investigate the feasibility of liquid feed injection and contact with oxygen carrier in CLC conditions in order to conduct partial or complete combustion of hydrocarbons. A batch experimental fluidized bed set-up was developed to contact alternatively oxygen carrier with liquid fuels or air. The 20 mm i.d. fluidized bed reactor was filled up with 45 g of NiAl0.44O1.67 and pulses of 1-2 g of liquid were injected in the bed at high temperatures up to 950˚C. Different feedstocks have been injected, from dodecane to heavy fuel oils No.2. Results show that, during the reduction period, it is possible to convert all the fuel injected and there is no coke remaining on particles at the end of the reduction step. Depending upon oxygen available in the bed, either full combustion or partial combustion can be achieved. Similar results were found with different liquid feeds, despite their different composition and properties. Le CLC est un nouveau concept prometteur appliqué à la combustion qui permet le captage de CO en minimisant la pénalité énergétique liée au captage. Jusqu’à présent, l’essentiel des travaux de recherche dans le domaine du CLC concerne les charges gazeuses (méthane) et solides (charbon et coke). Les charges liquides, et particulièrement les résidus pétroliers, sont des charges également intéressantes à considérer a priori. La mise en oeuvre de ces charges en lit fluidisé est cependant délicate. L’objet de ce travail est d’étudier la faisabilité de la combustion partielle ou totale des charges liquides dans les conditions du CLC au contact d’un matériau porteur d’oxygène. Un petit réacteur en lit fluidisé opérant en batch a été développé pour permettre alternativement le contact du matériau porteur d’oxygène avec une charge liquide ou de l’air. Le réacteur de 20 mm de diamètre est rempli de 45 g de particules de NiAl0.44O1.67. Environ 1-2 g de charge liquide est injecté par pulse dans le lit à des températures allant jusqu’à 950˚C. Différentes charges liquides ont été étudiées, du dodécane au fioul lourd n˚2. Les résultats montrent que pendant la période de réduction du matériau porteur d’oxygène, il est possible de convertir tous les hydrocarbures injectés. À l’issue de cette phase, il ne subsiste pas de dépôt de coke à la surface des particules. En fonction de la quantité d’oxygène disponible dans le lit, on effectue une combustion totale ou partielle des hydrocarbures injectés. Des résultats similaires sont obtenus pour les différents hydrocarbures testés, malgré leurs propriétés a priori très différentes.