Chemical-looping combustion (CLC) is a promising combustion technology with reduction and separation of carbon dioxide emission. The CLC system consists of two reactors, an air reactor (AR) and a fuel reactor (FR), and oxygen carrier particles are circulating between the two reactors. In this study, the metal oxides reduction characteristics by methane in an annular type CLC reactor have been determined. The reactor consists of a fuel reactor ($80 mm-I.D. /times 2200 mm-high$) and an air reactor ($150 mm-I.D. /times 1700 mm-high$). Solid circulation rate between the two reactors was controlled by each two loop-seals. Oxygen carrier particles were OCN703 (106-212$\mum$) and NiO/bentonite ($60%$) + $Co_xO_y/CoAl_2O_4$ ($70%$) having size of 106-212$\mum$.
The hydrodynamic properties were determined in an annular type CLC reactor. Solid circulation rate increases linearly from $5 to 30 kg/m^{2}s$ with increasing the volumetric aeration rate in the two loop seals at the given gas velocities in the risers. Gas mixing between AR and FR can be prevented inherently by installing the two loop seals and a dipleg into the fuel reactor. For the steady state operation of the reactors, the system pressure was monitored for more than $24 h$.
The fuel conversion is above $99 %$ and $CO_2$ selectivity is above $98%$ at the fuel velocity was $0.015 - 0.030 m/s$ and temperature of $1173 K$. At temperature below $1073K$, about $40%$ of carbon from the fuel deposited on oxygen carrier particles $(OCN_70_3)$, but the carbon deposition decreases below $10%$ at $1173K$. In the continuous operation of CLC, with increasing solid circulation rate, the fuel conversion and $CO_2$ selectivity increase from $99%$ to $100%$ and from $96%$ to $98%$ respectively. Entrainment rate of oxygen carrier particles are $0.114%/h$ for OCN703 and $0.138%/h$ for NiO/bentonite ($60%$) + $Co_xO_y/CoAl_2O_4$ ($70%$) respectively. From the SEM image, there are no noticeable morphology changes on both oxygen carrier particles.
매체순환식 연소기술은 연소효율은 유지하면서 이산화탄소를 고농도로 농축할 수 있는 최신기술이다. 매체순환식 연소기술은 산화반응기와 환원반응기의 두 개의 반응기로 이루어져 있으며, 산소공여입자가 두 반응기 사이를 순환한다. 본 연구에서는 이중관형 매체순환식 반응기에서 메탄을 이용한 산소공여입자들의 반응 특성을 살펴보았다. 환원반응기는 내경 $0.8 m$ 높이 $2.2 m$ 이고,산화반응기는 내경 $1.5 m$ 높이 $1.7 m$ 의 이중관형으로 구성되었다. 고체순환속도는 두개의 룹실에 의해서 조절된다. 산소공여입자는 $106-212 \microm$ 입자 사이즈의 OCN703 ($106-212 \microm$) 와 NiO/bentonite ($60%$) + $Co_xO_y/CoAl_2O_4$ ($70%$) 를 사용하였다.
고온 반응실험에 앞서 상온에서 수력학적 특성을 고찰해 보았다. 상승관의 기체유속을 고정하고, 룹실의 기체유속을 증가시켰을 때, 고체순환속도는 $5 - 30 kg/m^{2}s$ 범위에서 선형적으로 증가했으며, 반응기 사이의 기체 누출은 두 개의 룹실과 dipleg 설치해서 차단하였다. 24시간 이상의 연속 조업을 해서 장기 연속 운전이 가능함을 확인했다. $99%$ 이상의 연료전환율과 98%$ 이상의 이산화탄소 선택도가 $0.015 - 0.030 m/s$ 와 $1173 K$ 에서 측정되었다. OCN703 입자의 탄소침적은 온도가 증가하면서 감소하는 경향을 보였다. 고체순환속도를 바꿔가면서 연속조업을 한 결과 $99-100%$의 연료전환율과 $96-98%$의 이산화탄소선택도를 보였다. 비산율은 OCN703 가 $0.114%/h$, NiO/bentonite ($60%$) + $Co_xO_y/CoAl_2O_4$ ($70%$) 가 $0.138%/h$ 를 보였다.
