The chemical-looping combustion(CLC) has advantages of no energy loss for separation of $CO_2$ without $NO_x$ formation. This CLC system consists of oxidation and reduction reactors where metal oxides particles are circulating through these two reactors. In the present study, the reaction kinetic equations of iron oxide oxygen carriers supported on bentonite have been determined by the shrinking core model. Based on the reactivity data, design values of solid circulation rate and solids inventory were determined for the rector. Two types of interconnected fluidized bed systems were designed for CLC application, one system consists of a riser and a bubbling fluidized bed, and the other one has a riser and two bubbling fluidized beds. Solid circulation rates were varied to about $30kg/m^2s$ by aeration into a loop-seal. Solid circulation rate increases with increasing aeration velocity and it increases further with an auxiliary gas flow into the loop-seal. As solid circulation rate is increased, solid hold up in the riser increases. A typical gas leakage from the riser to the fluidized bed is found to be less than 1%.
Effects of operating variables on solid circulation rate were measured and discussed using two-interconnected circulating fluidized bed system at ambient temperature and pressure. OCN 706-1100 particles were used as oxygen carrier. The measured solid circulation rates increased as the lower loop seal gas flow rates and the solid height in the fuel reactor increased. Suitable operating conditions to avoid choking of the air reactor were confirmed. Continuous long-term operations of steady-state solid circulation were also demonstrated at two different conditions based on the operating window.
KIM, HANA;PARK, JAEHYEON;BAEK, JEOM-IN;RYU, HO-JUNG
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.27
no.4
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pp.404-411
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2016
To select appropriate oxygen carrier candidates for chemical looping combustion, reduction characteristics of seven oxygen carriers were measured and discussed using three different reduction gases, such as $H_2$, CO, and $CH_4$. Moreover, attrition losses of those oxygen carriers also measured and compared. Among seven oxygen carrier particles, OCN703-1100 and NiO/bentonite particles showed higher oxygen transfer capacity than other particles, but these particles showed more attrition loss than other particles. C14 and C28 particles which used as cheap oxygen carriers in European country showed lower oxygen transfer capacity and less attrition loss. Based on the experimental results, we could select OCN717-R1SU, NC001, and N002 particles as candidates for future works because these oxygen carriers showed enough oxygen transfer capacity and good attrition resistance.
Reduction reactivity and carbon deposition characteristics of three oxygen carrier particles(OCN01, OCN02, OCN03) have been investigated by using hydrogen, methane, syngas, and natural gas as fuels. For all particles, the maximum conversion, the oxygen transfer capacity, and the degree of carbon deposition increased as the reactive carbon contents increased. The reduction rate and the oxygen transfer rate increased as the moles of required oxygen per input gas increased. The change of maximum conversion, reduction rate, oxygen transfer capacity, oxygen transfer rate and degree of carbon deposition for different fuels can be explained consistently by using parameters such as the reactive carbon contents and the moles of require oxygen per input gas.
Reduction reactivity and carbon deposition characteristics of mass produced oxygen carrier particle(OCN-650) have been investigated by using hydrogen, methane, syngas, and natural gas as fuels. For all fuels, the maximum conversion and oxygen transfer capacity increased as the temperature increase. The reduction rate and the oxygen transfer rate increased as the temperature increase for methane. However, those values showed maximum at 900$^{\circ}C$ for hydrogen, syngas, and natural gas. To explain consistently the change of maximum conversion, reduction rate, oxygen transfer capacity, oxygen transfer rate and degree of carbon deposition for different fuels, new parameters such as reactive carbon contents and require oxygen per input gas were adopted.
When we use NiO based particle as an oxygen carrier in a chemical looping combustion system, the fuel conversion and the $CO_2$ selectivity decreased with increasing reaction temperature within high temperature range (> $900^{\circ}C$) due to the increment of exhaust CO concentration from reduction reactor. To improve reduction reactivity at high temperature, the applicable metal oxide component was selected by calculation of the equilibrium CO concentration of metal oxide components. After that, feasibility of reduction reactivity improvement at high temperature was checked by using solid mixture of the selected metal oxide particle and NiO based oxygen carrier. The reactivity was measured and investigated using batch type fluidized bed. The solid mixture of $Co_3O_4/CoAl_2O_4$(10%) and OCN706-1100(90%) showed higher fuel conversion, higher $CO_2$ selectivity and lower CO concentration than OCN706-1100(100%) cases. Consequently, we could conclude that improvement of reduction reactivity at high temperature range by adding some $Co_3O_4$ based oxygen carrier was feasible.
Kim, Jae-Ho;Kang, Kyoung-Soo;Bae, Ki-Kwang;Kim, Young-Ho;Kim, Chang-Hee;Cho, Won-Chul;Park, Chu-Sik
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.22
no.4
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pp.443-450
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2011
The three-reactor chemical-looping process (TRCL) for the production of hydrogen from natural gas is attractive for both $CO_2$ capture and hydrogen production. In this study, redox property of $Fe_2O_3$ and $WO_3$ supported with $ZrO_2$ and $MgAl_2O_4$ were studied with temperature programmed oxidation/reduction (TPO/R) experiment. All metal oxides were prepared by ball mill method. Metal oxides supported with $ZrO_2$ showed the good redox property in TPO and TPR tests. Reduction behavior was matched well the theoretical reduction mechanism. Metal oxides supported with $MgAl_2O_4$ formed a solid solution ($MgFe_{0.6}Al_{1.4}O_4$, $MgWO_4$). $Fe_2O_3$ showed more narrow reaction range and lower reaction temperature than $WO_3$.
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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2002.05a
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pp.173-177
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2002
두 개의 유동층 사이를 순환하는 금속매체(Metal or Metal oxide)를 이용하여 공기에 의한 금속매체의 산화와 기체연료(H$_2$, CO, CH$_4$등)에 의한 금속산화물의 환원반응이 별개의 반응기에서 일어나게 하는 새로운 개념의 연소기술인 매체순환식 가스연소기술은 공기와 기체연료를 직접 접촉시켜 반응하는 기존의 가스연소기에 비해 많은 장점을 가지고 있다.(중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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