Dimensionamento e gestione di reattori a letto fisso per sistemi di chemical looping combustion in impianti di grande taglia

Chemical looping combustion (CLC) is considered as an innovative combustion technology also used to capture CO2 with reduced energetic consumptions. It plans to employ a specific metal oxide, acting as oxygen carrier, in order not to put in contact air and fuel. In this way it’s possible to obtain a CO2 and H2O flow (easily separable by condensation) and a high temperature N2 flow for the power cycle. This work is a part of the european projet FP7 DemoCLOCK which aims to demonstrate the technical, economical and ambiental feasibility to use packed bed reactors in chemical looping combustion system for a big scale power plant. In particolar, the purpose of this treatise, is to design and manage a packed bed CLC system for a big scale coal fired power plant. In the first part of the work a 0-D analysis has been done to evaluate numer of reactors, mass flow and time necessary for each phase which characterized the CLC system. In the second part, throgh the use of Delphi 7 software, which simulates the operation of a packed bed reactor, a 1-D analysis has been made to study in detail the behavior of the present reactors.

La chemical looping combustion (CLC) è considerata una particolare tecnologia innovativa di combustione utilizzata anche per catturare la CO2 a ridotti consumi energetici. Essa prevede di impiegare un particolare ossido metallico che funge da trasportatore dell’ossigeno, al fine di non mettere in diretto contatto aria e combustibile. In questo modo è possibile ottenere un flusso di CO2 e H2O (quest’ultima facilmente separabile per condensazione) e uno di N2 ad alta temperatura da inviare ad un ciclo di potenza. Questa tesi fa parte del progetto europeo FP7 DemoCLOCK finalizzato a dimostrare la fattibilità tecnica, economica e ambientale di utilizzare reattori a letto fisso su sistemi di chemical looping combustion su impianti di grande taglia. In particolare, lo scopo di questo elaborato è quello di dimensionare e gestire un sistema di CLC a letto fisso per un impianto di produzione di energia di grande taglia alimentato a carbone. Nella prima parte del lavoro si è svolto un dimensionamento facendo un’analisi 0-D del sistema calcolando il numero di reattori, portata e tempi necessari per le singole fasi che caratterizzano il sistema di CLC. Nella seconda parte, tramite l’utilizzo del programma Delphi 7, che simula il funzionamento di un reattore a letto fisso, si è svolta un’analisi 1-D al fine di analizzare nel dettaglio il comportamento dei reattori considerati.