Study of Hydrodynamics and Reaction Characteristics of K-based Solid Sorbents for CO2 Capture in a Continuous System Composed of Two Bubbling Fluidized-bed Reactors

In this study, hydrodynamics and reaction characteristic of K-based solid sorbents for $CO_2$ capture were investigated using a continuous system composed of two bubbling fluidized-bed reactors(1.2 m tall bed with 0.11 m i.d.). Potassium-based dry sorbents manufactured by the Korea Electric Power Research Institute were used, which were composed of $K_2CO_3$ of 35% for $CO_2$ absorption and supporters of 65% for mechanical strength. The continuous system consists of two bubbling fluidized-bed reactors, solid injection nozzle, riser, chiller, analyzer and heater for regeneration reaction. The minimum fluidizing velocity of the continuous system was 0.0088 m/s and the solid circulation rate measured was $10.3kg/m^2{\cdot}s$ at 1.05 m/s velocity of the solid injection nozzle. The $CO_2$ concentration of the simulated gas was about 10 vol% in dry basis. Reaction temperature in carbonator and regenerator were maintained about $70^{\circ}C$ and $200^{\circ}C$, respectively. Differential pressures, which were maintained in carbonator and regenerator, were about $415mmH_2O$ and $350mmH_2O$, respectively. In order to find out reaction characteristics of dry sorbents, several experiments were performed according to various experimental conditions such as $H_2O$ content(7.28~19.66%) in feed gas, velocity (0.053~0.103 m/s) of simulated gas, temperature($60{\sim}80^{\circ}C$) of a carbonator, temperature($150{\sim}200^{\circ}C$) of a regenerator and solid circulation rate($7.0{\sim}10.3kg/m^2{\cdot}s$). The respective data of operating variables were saved and analyzed after maintaining one hour in a stable manner. As a result of continuous operation, $CO_2$ removal tended to increase by increasing $H_2O$ content in feed gas, temperature of a regenerator and solid circulation rate and to decrease by increasing temperature of a carbonator and gas velocity in a carbonator.

두 개의 기포유동층으로 구성된 연속장치에서 CO2 회수를 위한 K-계열 고체흡수제의 수력학적 특성 및 반응특성

본 연구에서는 두 개의 기포유동층으로 구성된 연속장치(높이: 1.2 m, 내경: 0.11 m)를 이용하여 실험장치의 최소유동화속도와 고체순환량을 측정하여 수력학적 특성을 파악하고 흡수-재생 조업변수에 의한 반응특성을 알아보았다. 사용된 K-계열 건식흡수제는 한국전력연구원으로부터 공급되었고 $CO_2$ 흡수를 위한 35%의 탄산칼륨과 기계적 강도를 위한 65%의 지지체로 구성되어 있다. 연속 장치는 두 개의 기포유동층 반응기, 수송관, 상승관, 냉각장치, 분석기, 히터 등으로 구성되어 있다. 이 장치의 최소유동화속도는 0.0088 m/s이고 수송관의 유속이 1.05 m/s일 때 고체순환량은 $10.3kg/m^2{\cdot}s$로 측정되었다. 모사가스를 이용하여 실험을 수행하였고 흡수반응기 입구 $CO_2$ 농도(Dry basis)는 약 10 vol%였고, 온도는 흡수반응온도 $70^{\circ}C$, 재생반응온도 $200^{\circ}C$에서 각각 일정하게 유지하였다. 반응기의 차압은 흡수반응기 $415mmH_2O$, 재생반응기 $350mmH_2O$에서 안정적으로 유지하였다. 실험은 조업변수들인 $H_2O$ 주입농도(7.28~19.66%), 모사가스 유속(0.053~0.103 m/s), 흡수반응온도($60{\sim}80^{\circ}C$), 재생반응온도($150{\sim}200^{\circ}C$), 고체순환량($7.0{\sim}10.3kg/m^2{\cdot}s$)의 변화에 따라 반응실험이 실시되었다. 각 변수실험은 정상상태 도달 후 1시간 정도 유지한 후 결과를 저장, 분석하였다. 실험결과 수증기 주입량, 재생반응온도, 고체순환량이 증가할수록 제거율은 증가하였고 흡수반응온도, 유속이 증가함에 따라 제거율은 감소하였다.