Chemical Looping with Copper Oxide as Carrier and Coal as Fuel

Abstract

Résumé -Boucle chimique pour la combustion du charbon avec un transporteur d'oxygène à base d'oxyde de cuivre -Une analyse préliminaire a été conduite pour estimer les performances d'un procédé en boucle chimique découplé (CLOU, chemical looping uncoupling) pour la combustion du charbon avec un transporteur d'oxygène à base d'oxyde de cuivre. Les avantages de ce système sont démontrés en établissant le bilan énergétique, l'inventaire et le débit de circulation du matériau transportant l'oxygène, les taux de conversion du carbone et la pression partielle en oxygène dans le réacteur de combustion. Pour faire cette analyse, des données expérimentales de cyclage CuO/Cu 2 O ont été utilisées afin de déterminer les cinétiques de décomposition et d'oxydation du matériau. Elles ont été obtenues avec un oxyde non supporté. La cinétique de décomposition est très rapide à 950°C dans les conditions du réacteur de combustion. Il est montré que la cinétique d'oxydation est maximale au voisinage de 800°C, la vitesse décroissant ensuite pour des températures plus élevées, à cause de résistances diffusionnelles liées à la formation d'une couche de CuO entourant le Cu 2 O. L'analyse montre que le CLOU permet une combustion rapide du carbone, les temps de combustion du carbone étant plus lents que les temps de décomposition du transporteur d'oxygène. Pour confirmer le potentiel du procédé, des données cinétiques additionnelles sont nécessaires sur des oxydes supportés à haute température (>850°C), dans les conditions du réacteur de combustion permettant la libération d'oxygène par l'oxyde de cuivre. Abstract -Chemical Looping with Copper Oxide as Carrier and Coal as Fuel -A preliminary analysis has been conducted of the performance of a Chemical Looping system with Oxygen Uncoupling (CLOU) with copper oxide as the oxygen carrier and coal approximated by carbon as the fuel. The advantages of oxygen uncoupling are demonstrated by providing the energy balances

Kinetic analysis of a Cu-based oxygen carrier: Relevance of temperature and oxygen partial pressure on reduction and oxidation reactions rates in Chemical Looping with Oxygen Uncoupling (CLOU)

“…They studied the same reaction of decomposition of CuO in a range of temperatures from 1033 to 1183 K. In this work, a global activation energy of 313 kJ/mol for the decomposition reaction was found. Eyring et al [17] studied the reduction kinetic for a pure CuO oxygen carrier in a TGA. They obtained a value of the activation energy for the reduction of 327 kJ/mol using an empirical first order reaction, developed for their purposes of modelling.…”

Feasible utility of inorganic remains from potable water purification process in chemical looping combustion studied in TG

“…Stable reactivity was observed for 600°C, but a decrease in reactivity was observed at both 700 and 800°C. That behavior might be explained by iron silicate formation and was identified previously for Fe 2 O 3 /SiO 2 oxygen carriers [11,18]. The observed formation of iron silicate at high temperature during CLC reactions may lead to synthetic carrier deactivation.…”

“…For practical power generation in a real CLC system, the other solution for small reaction rates of solid fuel with Fe species might be applied, i.e., by replacing the coal/biomass with, for example, coal/biomass steam gasification syngas. Some examples of that option were also recommended elsewhere [11,23,27].…”

“…Most of the existing CLC literature has focused on the development of suitable synthetic oxygen carrier materials [2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12]. In these previous works, the authors extensively describe diverse preparation methods and different chemical compositions.…”

“…Many potential oxygen carriers are known, including various compositions of copper, manganese, iron, cobalt, or nickel oxides used as active materials, as well as aluminum oxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, sepiolite, or bentonite used as inert materials [6][7][8][9][10][11]. Inert materials are added to extend the oxygen carriers' lifetime by reducing their attrition or improving their thermal resistivity.…”