57 / 76
55
Doğalgaz •
Mayıs / Haziran 2017
nitratlar ve nitritler, bunun ardından, anod içindeki H
2
ve CO
2
ile
reaksiyona girerler ve atıl N
2
’ye çevirirler. NOx imha etme yetene-
ği katod giriş akıntısına NO ve NO
2
konsantrasyonlarının miktarını
arttırmak suretiyle 250 cm² aktif alanlı hücre testi ile ortaya konul-
muş, diğer yandan da anod ve katod çıkış akıntıları bir termo ke-
miluminesen (kimyasal bileşim oksidasyonu ile ışık oluşturan) NOx
analiz cihazı kullanılarak değerlendirilmiştir. Bu demonstrasyon
NOx’in %70’den fazlasının 200 ppm’nin üzerindeki yüksek NOX gi-
riş konsantrasyonlarında imha edildiğini belirlemiştir. Bu sonuçlar
Şekil 6’da gösterilmiştir.
4. KONTAMİNANT ETKİ DEĞERLENDİRMESİ
ECM’ye sahip barındırıcı santralin baca gazında bulunan konta-
minantların etkileşimini belirlemek amacıyla, düğme-hücreleri bi-
linen kontaminant örnekleri konsantrasyonlarına açan bir dizi test
gerçekleştirilmiştir. PNNL tarafından gerçekleştirilen bu test tipik
olarak tozlaşmış kömür tesisi baca gazında bulunan SO
2
, HCl, Hg
ve SeO2 üzerine odaklıdır. Bu test düzeneği; referans elektrodları,
içerme ocağı, ve gaz ve hücre mevcut kontrollerine sahip bir MCFC
(ECM hücre) düzeneğinden oluşmaktadır. Hücreler, sabit mevcut
modda, 650°C derecede ve 50 ila 160 mA/cm² arasında değişen
mevcut yoğunluklarda işletilmiştir. Hücre performans azalması,
test süresi boyunca ortaya çıkan hücre voltajındaki değişimler ile
takip edilmiştir. İlave ‘yerinde’ hücre değerlendirmesi ise, spesifik
elektrodlar üzerindeki kontaminant etkiyi belirlemek amacıyla
elektrokimyasal impedans spektroskopisi ile gerçekleştirilmiştir.
Safsızlıkların düğme-hücre performansını belirlemek amacıyla ya-
pılan deneysel çalışma, konsantrasyon ve maruz bırakma süresinin
bir fonksiyonu olarak yapılan tetkiki içermektedir. 0.4 – 1 ppmv SO
2
(katod besleme olarak kullanılan TK santrali baca gazı simülas-
yonunda) ile yapılan testler 176 scc/m2/s hızındaki bir sabit CO
2
akışında çalıştırılan bir hücreyi içermektedir. Yaklaşık 400 saatlik
işletim sonrasında bir sabit durum elde edilmiş ve her ne kadar
SO
2
konsantrasyonu 0.4 ppmv seviyesinden 1.0 ppmv seviyesine
çıkartılsa da bundan sonra kalan 300 saatlik test süresince hiç
bir fark edilebilir performans değişikliği görülmemiştir. Bir başka
testte, 1000 dakikaya kadar olan düzenli aralıklarla ECM 10 ppmv
SO
2
konsantrasyonuna maruz bırakılmıştır (baca gazı temizleme
sisteminde bir arızayı simülasyonlayacak şekilde). Bir yandan yük-
sek SO
2
seviyelerinde hücre performansı azalmakla birlikte, SO
2
konsantrasyonunun 1 ppmv başlangıç seviyesine döndürülmesi
sonrasında, hücre performansının tamamen geri kazanılabilir ol-
duğu görülmüştür. Test sonuçları Şekil 7’de gösterilmiştir. Testler
boyunca CO
2
akışı sabit kalmıştır.
Baca gazında 0.2 ppmHCl olan bir düğme-hücre testinde (ECM
katod besleme gazı), (80 ve 160 mA/cm2’de) hiç bir ölçülebilir
hücre kötüleşmesi 915 saatlik deney sırasında gözlemlenmemiştir.
1100 saatlik testlerde (110 mC/cm2 ve 650 santigrat derece), baca
gazında 250 ppb Hg(g) ve 750 saat boyunca 250 ppb Hg(g)+0.2
ppm HCI varlığına rağmen, hiç bir performans kaybı gözlemlen-
memiştir. Baca gazında 10 ppb SeO2 ile 600 saatlik test (160 mA/
cm2’de) boyunca hiç bir performans kötüleşmesi görülmemiştir.
Bu sonuçlar temelinde, ECM için kontaminant tolerans seviyeleri
belirlenmiştir. Baca gazı temizleme alt-sisteminden beklenen kon-
taminant seviyeleri AECOM tarafından tahmin edilmiştir. CEPACS
santrali baca gazı temizleme sistemi çıktısı ile yapılan kontaminant
değerlendirme ve karşılaştırma işlemi ECM tolerans seviyelerinin
ECM katod besleme gazında (işlenmiş baca gazı) beklenen konta-
minant seviyelerinin bayağı üzerinde olduğunu göstermiştir.
5. LABORATUVAR ÖLÇEKLİ CEPACS SİSTEMİ
DEMONSTRASYONU
Demonstrasyon testi amacı ile, bir laboratuvar ölçekli ECM-te-
melli CO
2
yakalama sistemi tasarlanmış ve üretilmiştir. Demonst-
rasyonun amacı tam-boyutlu ECM hücrelerinin, uzatılmış süreler
boyunca bir tozlaşmış kömür santrali simülasyonundan %90’dan
fazla CO
2
ayrıştırma yeterliliğini göstermektir. Kullanılan sistem
toplam 11.7 m²’lik elektrokimyasal membran alanına sahip hücreler
içeren bir ECM bloğu kullanmıştır. Bu bloğun nominal brüt DC çıktı-
sı yaklaşık 8 kW’dir. Test bloğu 14 tam-alanlı hücre içermektedir ve
bunlar FCE’nin Torrington, CT’deki ticari yakıt hücre üretim tesisin-
den temin edilmiştir. ECM bloğu dokuz aylık sabit durum testi ve
15.000 saatten fazla süre tamamlamıştır ve bu süreye takip amaçlı
parametrik testler de dahildir. Yapılan testler sabit bir CO
2
akışında
baca gazından %90’dan fazla CO
2
ayrıştırırken aynı zamanda sabit
performans sergilemiştir. İşletim sıcaklığından 80 santigrat dere-
ceden az seviyeye kadar ve tekrar işletim sıcaklığına kadar CO
2
akışında hiç bir kötüleşme olmaksızın üç derin ısıl döngü yapılmış-
tır. Tepe noktası güç ve akış testi de ECM teknolojisinin 180 cc/s/
Şekil 7.
10 ppmv SO
2
’lik tepe noktaları ile1 ppmv SO
2
’ya sürekli maruz bırakma,
ECM performansının tamamen geri kazanılabilir olduğunu göstermiştir.
Exposure to 10ppm (minutes)
Zaman (Saat)
Hücre Voltajı (V)
Şekil 8.
Laboratuvar Ölçekli CEPACS Sistem Demonstrasyon Test Sonuçları.
Sistem, senede 100 ton CO
2
ayrıştırma kapasitesine sahip bir 14 hücrelik tam-
alanlı ECM bloğu kullanmıştır.
kW cinsinden elektrik üretimi
CO
2
akışı
9 aylık sabit-durum testleri
Parametrik Testler Ve
Optimizasyon Testleri
Proje Teknik Kilometre Taşı
3 ısıl döngü
İşletme Süresi, h
Brüt DC Blok Elektrik Seviyesi, kW
CO
2
Akışı