Modelling of calciner in post-combustion carbon capture process

Climate change has given an impetus to research and developed new technologies to reduce significantly carbon dioxide emissions in energy production in the developed countries. The major pollution source, fossil fuels, will be used as an energy source for many decades, which provides the demand for carbon capture and storage technologies. Over recent years many new technologies has been developed and one of the most promising is calcium-looping in post-combustion carbon capture process, which use carbonation-calcination cycle to capture carbon dioxide from the flue gas of a combustion process. First pilot plant for calcium-looping process has been built in Oviedo, Spain. In this study, a three-dimensional model has been created for the calciner, which is one of the two fluidized bed reactors needed for the process. The calciner is a regenerator where the captured carbon dioxide is removed from the calcium material and then collected after the reactor. Thesis concentrates in creating the calciner 3D-model frame with CFB3D-program and testing the model with two different example cases. Used input parameters and calciner geometry are Oviedo pilot plant design parameters. The calculation results give information about the process and show that pilot plant calciner should perform as planned. This Master’s Thesis is done in participation to EU FP7 project CaOling.

Ilmastonmuutos on edesauttanut teollisuusmaiden energiantuotantoa etsimään uusia ja kehittämään jo olemassa olevia teknologioita, joilla hiilidioksidipäästöjä voidaan vähentää merkittävästi. Kysynnän hiilidioksidin talteenotolle tuo fossiilisten polttoaineiden käyttö, joka tulee jatkumaan vielä useita vuosikymmeniä. Hiilidioksidin talteenottotekniikoita on viimeisten vuosien aikana kehitetty jo useita ja eräs lupaavimmista on palamisen jälkeinen kalsium-kiertoprosessi, jossa hiilidioksidi sidotaan kalsiumoksidin avulla savukaasuista. Ensimmäinen pilottikokoluokan kalsium-kiertoprosessilaitos on rakennettu Oviedoon, Espanjaan. Tässä työssä on luotu kolmiulotteinen prosessimalli kyseisen laitoksen toiselle kiertoleijutekniikkaa käyttävälle kemialliselle reaktorille, kalsinaattorille, jossa happipolton avulla kalsiumoksidilla sidottu hiilidioksidi erotetaan kalsiummateriaalista ja kerätään talteen reaktorin jälkeen. Työssä luotiin 3D-malli kalsinaattorista CFB3D-ohjelmalla sekä testattiin mallin toimivuutta kahdella esimerkki laskennalla. Käytetyt lähtöarvot ja geometria vastaavat Oviedon pilottilaitoksen design-arvoja. Laskentatulokset antavat tietoa itse prosessista ja osoittavat, että kalsinaattori toimii suunnitellusti. Työ on tehty osana EU-rahoitteista Caoling-projektia.