First operation of a novel fluidized bed reactor system for continuous solid-sorbent CO2 capture

Abstract

Aufgrund des wachsenden Weltenergiebedarfs und der damit verbundenen zunehmenden Verbrennung bzw. Nutzung fossiler Brennstoffe steigen die Kohlendioxidemissionen in der Atmosphäre immer weiter an. Kohlendioxid trägt aufgrund seines Treibhauspotenzials zum Klimawandel und dessen Folgen bei. Deshalb wurden von Regierungs- und Nichtregierungsorganisationen Strategien und Maßnahmen entwickelt um die CO2 Emissionen zu reduzieren. Eine sehr vielversprechende Methode ist die Abscheidung und Speicherung von CO2 (engl.: Carbon Capture and Storage, CCS) aus Kraftwerks- und Industrieprozessen. Entsprechende Technologien zur Abscheidung des Kohlendioxids sind bereits vorhanden, jedoch ist deren Energiebedarf noch immer sehr hoch. Technologien basierend auf dem Prinzip der Adsorption wird großes Potenzial hinsichtlich der Reduzierung dieses Energiebedarfs zugesprochen. Ein dementsprechender Prozess zur kontinuierlichen Abscheidung von CO2 wurde von der Zero Emission Technology Gruppe (ZET) an der Technischen Universität Wien im Rahmen einer Auftragsforschung entwickelt. Das Konzept besteht aus zwei verbundenen, mehrstufigen Wirbelschichten, in denen CO2 kontinuierlich adsorbiert bzw. desorbiert wird. Anhand von Vorstudien, durchgeführt an einem Kaltmodell, wurde eine Laboranlage geplant und gebaut. In dieser Arbeit werden die ersten Experimente und deren Ergebnisse mit der Laboranlage vorgestellt. Das Ziel des ersten Experiments war, die allgemeine Funktion der Anlage zu überprüfen und einen stationären Betrieb zu erreichen. Im zweiten Experiment wurde eine Parametervariation durchgeführt, um den Einfluss der verschiedenen Prozessparameter zu untersuchen. Die ersten Experimente wurden erfolgreich durchgeführt und lieferten damit wichtige Erkenntnisse für weitere Untersuchungen und die Entwicklung dieser Technologie.

The worldwide carbon dioxide emissions continually rise year by year, due to an increasing energy demand. These increasing emissions have great influence on the climate change because of the global warming effect of carbon dioxide. Several strategies have been proposed by governmental and nongovernmental organizations to mitigate climate change. One of these mitigation measures is carbon capture and storage (CCS). Carbon capture technologies are already developed and available, but the required operation energy is still very high. Adsorption based capture technologies are expected to reduce this energy demand and are therefore a promising capture technology. Such a capture technology has been developed by the Zero Emission Technology group (ZET) at Vienna University of Technology in the framework of contract research. The process consists roughly of two interconnected multistage fluidized beds, which work as adsorber and desorber, respectively. Based on previously conducted cold flow model tests, a bench scale unit (BSU) was constructed. This work presents the first experiments and their results within this bench scale unit. Experiment one was conducted to investigate the overall function of the BSU and the adsorption behavior. In the second experiment, three operation parameters were varied. Thus, the influence of gas flow rate, CO2 concentration in the adsorber feed gas and the circulation rate of solids between adsorber and desorber was examined. The first experiments within the BSU were performed successfully, which reinforces a proper operation of this system. However, the bench scale unit implies large potential for further investigations and improvement of this technology.