A development and application of a one-dimensional model for a sorbent-enhanced CFB gasifier
Sepponen, Simo (2017)
Diplomityö
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017103050372
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2017103050372
Tiivistelmä
Alterations to the climate caused by increasing concentrations of greenhouse gases in the atmosphere are a growing concern. The use of fossil fuels is one of the main contributors in global carbon dioxide emissions. To deal with the problems associated with the utilization of fossil fuels and the increasing energy demand, research has been directed towards environmentally friendly and sustainable energy sources. Sorption-enhanced gasification (SEG) offers a promising and renewable path for creating hydrogen-rich product gas with in-situ carbon dioxide removal. The process combines indirect gasification with calcium looping.
Modelling tools can be used in order to understand and optimize the SEG process. The main objective of this work is to develop a one-dimensional model for the SEG process. Another main objective is to build a 100 MWth reference case and use it to simulate the process.
One dimensional reactor profiles were achieved in the reference case. The product gas contained 59,2 vol-%,db of H2 and 20,55 vol-%,db of CO2 in the reference case. The limited overlap of carbonation and water gas shift and the slow kinetics of carbonation were found out to be limiting factors of the process. The product gas composition could be affected by varying the circulation rate.
This work was done in Lappeenranta University of Technology as a part of FLEDGED project. Kohoavien kasvihuonekaasujen pitoisuuksien aiheuttamat muutokset ilmastoon ovat kasvava huolenaihe. Fossiilisen polttoaineiden käyttäminen on yksi hiilidioksidipäästöjen pääsyistä. Fossiilisten polttoaineiden käytön ja lisääntyvän energiankulutuksen takia ympäristöystävällisiä ja kestäviä energiamuotoja tutkitaan yhä enemmän. Sorbentti-tehostettu kaasutus mahdollistaa samanaikaisen vedyn tuotannon ja hiilidioksidin poiston. Tässä prosessissa yhdistyvät epäsuora kaasutus ja kalkkikierto.
Mallinnustyökaluja voidaan käyttää sorbenttitehostetun kaasutuksen tutkimisessa. Tämän työn päätavoite on kehittää yksiulotteinen malli sorbenttitehostetulle kaasutukselle. Toinen päätavoite on rakentaa 100 MWth referenssitapaus ja käyttää sitä prosessin simuloimiseen.
Yksiulotteiset reaktoriprofiilit saavutettiin referenssitapauksessa. Tuotekaasun vetypitoisuus oli 59,2 vol-%,db ja hiilidioksidipitoisuus 20,55 vol-%,db. Karbonaation ja vesi kaasu reaktion vajaavainen päällekkäisyys sekä karbonaation hidas kinetiikka olivat prosessin rajoittavia tekijöitä. Tuotekaasun koostumukseen pystyttiin vaikuttamaan säätämällä kiertovirtausta.
Tämä työ tehtiin Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa osana FLEDGED projektia.
Modelling tools can be used in order to understand and optimize the SEG process. The main objective of this work is to develop a one-dimensional model for the SEG process. Another main objective is to build a 100 MWth reference case and use it to simulate the process.
One dimensional reactor profiles were achieved in the reference case. The product gas contained 59,2 vol-%,db of H2 and 20,55 vol-%,db of CO2 in the reference case. The limited overlap of carbonation and water gas shift and the slow kinetics of carbonation were found out to be limiting factors of the process. The product gas composition could be affected by varying the circulation rate.
This work was done in Lappeenranta University of Technology as a part of FLEDGED project.
Mallinnustyökaluja voidaan käyttää sorbenttitehostetun kaasutuksen tutkimisessa. Tämän työn päätavoite on kehittää yksiulotteinen malli sorbenttitehostetulle kaasutukselle. Toinen päätavoite on rakentaa 100 MWth referenssitapaus ja käyttää sitä prosessin simuloimiseen.
Yksiulotteiset reaktoriprofiilit saavutettiin referenssitapauksessa. Tuotekaasun vetypitoisuus oli 59,2 vol-%,db ja hiilidioksidipitoisuus 20,55 vol-%,db. Karbonaation ja vesi kaasu reaktion vajaavainen päällekkäisyys sekä karbonaation hidas kinetiikka olivat prosessin rajoittavia tekijöitä. Tuotekaasun koostumukseen pystyttiin vaikuttamaan säätämällä kiertovirtausta.
Tämä työ tehtiin Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa osana FLEDGED projektia.