Chemical Looping Combustion (CLC) is an emerging technology that has shown great promise for capture of almost pure CO2 in combustion of fossil fuels in power plants. In this paper, the CLC process is modeled in ASPEN Plus and then validated using experimental data from combustion of three types of biomass as fuel, and Hematite (Fe2O3) as an oxygen carrier (OC). Three types of biomass used in the simulation are pine sawdust, almond shells, and olive stones. The effect of the fuel reactor temperature on gas concentrations (namely CO2, CO, H2, and CH4) in the fuel reactor, and the carbon capture efficiency are examined. It is found that all three biomass types have very high carbon capture efficiencies, with pine sawdust and almond shell reaching nearly 100% capture efficiency when temperatures are greater than or equal to 950 °C, while olive stones reach a capture efficiency of nearly 100% at temperatures greater than 980 °C. It is also found that the CO2 concentrations in the fuel reactor vary across the three biomass types. The effect of using Mn2O3 as OC in place of Fe2O3 was also investigated. It was found that switching the oxygen carrier to Mn2O3 caused the concentrations of CO and H2 in the fuel reactor to decrease slightly, while the concentration of CO2 increased slightly. Additionally, a mixture of coal and biomass at 895 °C was used with each of the two oxygen carriers. The results show that the system using Fe2O3 had a greater power output than the one using Mn2O3, and that power output increased as the fraction of coal in the coal-biomass mixture increased.

中文翻译：

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使用 ASPEN Plus 对生物质和煤与各种氧气载体的混合物进行化学循环燃烧的过程模拟

化学循环燃烧 (CLC) 是一项新兴技术，在发电厂化石燃料燃烧中捕获几乎纯的二氧化碳方面显示出巨大的希望。在本文中，CLC 过程在 ASPEN Plus 中建模，然后使用来自三种类型的生物质作为燃料和赤铁矿 (Fe2O3) 作为氧载体 (OC) 燃烧的实验数据进行验证。模拟中使用的三种生物质是松木屑、杏仁壳和橄榄石。检查了燃料反应器温度对燃料反应器中气体浓度（即 CO2、CO、H2 和 CH4）的影响以及碳捕获效率。发现三种生物质类型都具有非常高的碳捕获效率，当温度大于或等于 950 °C 时，松木屑和杏仁壳的捕获效率接近 100%，而橄榄核在高于 980 °C 的温度下的捕获效率接近 100%。还发现燃料反应器中的 CO2 浓度在三种生物质类型中有所不同。还研究了使用 Mn2O3 作为 OC 代替 Fe2O3 的效果。发现将氧载体转换为Mn2O3导致燃料反应器中CO和H2的浓度略有下降，而CO2的浓度略有增加。此外，煤和生物质的混合物在 895 °C 下与两种氧载体中的每一种一起使用。结果表明，使用 Fe2O3 的系统比使用 Mn2O3 的系统具有更大的功率输出，并且功率输出随着煤生物质混合物中煤比例的增加而增加。还发现燃料反应器中的 CO2 浓度在三种生物质类型中有所不同。还研究了使用 Mn2O3 作为 OC 代替 Fe2O3 的效果。发现将氧载体转换为Mn2O3导致燃料反应器中CO和H2的浓度略有下降，而CO2的浓度略有增加。此外，煤和生物质的混合物在 895 °C 下与两种氧载体中的每一种一起使用。结果表明，使用 Fe2O3 的系统比使用 Mn2O3 的系统具有更大的功率输出，并且功率输出随着煤生物质混合物中煤比例的增加而增加。还发现燃料反应器中的 CO2 浓度在三种生物质类型中有所不同。还研究了使用 Mn2O3 作为 OC 代替 Fe2O3 的效果。发现将氧载体转换为Mn2O3导致燃料反应器中CO和H2的浓度略有下降，而CO2的浓度略有增加。此外，煤和生物质的混合物在 895 °C 下与两种氧载体中的每一种一起使用。结果表明，使用 Fe2O3 的系统比使用 Mn2O3 的系统具有更大的功率输出，并且功率输出随着煤生物质混合物中煤比例的增加而增加。发现将氧载体转换为Mn2O3导致燃料反应器中CO和H2的浓度略有下降，而CO2的浓度略有增加。此外，煤和生物质的混合物在 895 °C 下与两种氧载体中的每一种一起使用。结果表明，使用 Fe2O3 的系统比使用 Mn2O3 的系统具有更大的功率输出，并且功率输出随着煤生物质混合物中煤比例的增加而增加。发现将氧载体转换为Mn2O3导致燃料反应器中CO和H2的浓度略有下降，而CO2的浓度略有增加。此外，煤和生物质的混合物在 895 °C 下与两种氧载体中的每一种一起使用。结果表明，使用 Fe2O3 的系统比使用 Mn2O3 的系统具有更大的功率输出，并且功率输出随着煤生物质混合物中煤比例的增加而增加。