CN104061568A - 一种Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO2的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法，包括：将碳基固体燃料、钙基吸收剂、铜基载氧体加入燃料反应器，在900～950℃、CO₂为流化介质下进行反应；反应混合物分离，反应气体混合物一部分经循环风机进入燃料反应器作为流化介质，剩余部分经压缩净化装置实现CO₂捕集；反应固体混合物进入空气反应器，在650～700℃、空气作为流化介质下进行反应；反应混合物分离，反应气体混合物排入大气，反应固体混合物进入燃料反应器继续循环反应。本发明还公开利用本发明方法的装置。本发明方法实现碳基固体燃料化学链燃烧方式中CO₂的完全捕获，有利于减少温室气体的排放；并实现燃料反应器炉内脱硫。

Description

一种Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO2的方法及装置

技术领域

本发明涉及能源与环境保护交叉技术领域，具体涉及一种Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法及装置。

背景技术

化学链燃烧是一种基于CO₂零排放理念的新型燃烧技术。从燃烧方式的角度分析，化学链燃烧不同于传统燃烧方式，表现为燃料与空气中的氧不直接接触，而是通过载氧体在两个反应器之间实现氧传递和燃料燃烧反应，这种燃烧方式可分离出高纯度的CO₂，而且不消耗多余的能量。化学链燃烧系统主要包括空气反应器、燃料反应器和载氧体。其中载氧体是氧传递的载体，是连接两个反应器的关键纽带。在燃料反应器中，载氧体与燃料进行还原反应；在空气反应器中，被还原的载氧体与空气中的氧气进行氧化反应。化学链燃烧基于两步化学反应，实现了化学能的梯级利用，与传统燃烧方式相比实现了更高的能源利用率。

传统的碳基固体燃料化学链燃烧方式存在一定的问题，在燃料反应器中载氧体和固体燃料难以分离，未燃碳会随着载氧体进入到空气反应器中，与氧气反应生成CO₂，造成CO₂的不完全捕获。同时，在燃料反应器中，固体燃料中的硫元素也会与载氧体反应，生成SO₂等杂质气体。

发明内容

本发明目的是提供一种Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法，以解决传统碳基固体燃料化学链燃烧的不足，实现CO₂的完全捕获，并在燃料反应器中实现炉内脱硫，降低SO₂的排放。

本发明采用以下技术方案：

一种Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法，包括如下步骤：

步骤一、将碳基固体燃料、钙基吸收剂、铜基载氧体的混合物加入流化床式燃料反应器，在900～950℃、CO₂为流化介质的条件下进行反应；

步骤二、反应生成的混合物经旋风分离器分离，反应气体混合物一部分经循环风机进入流化床式燃料反应器中作为流化介质，剩余部分经压缩净化装置实现CO₂捕集；反应固体混合物经密封返料阀进入流化床式空气反应器，在650～700℃、空气作为流化介质的条件下进行反应；

步骤三、反应生成的混合物经旋风分离器分离，反应气体混合物排入大气，反应固体混合物经密封返料阀进入流化床式燃料反应器继续循环反应。

步骤二和步骤三所述密封返料阀为单向控制返料或双向控制返料的密封返料阀。

步骤一所述碳基固体燃料为煤、石油焦或生物质；所述钙基吸收剂为CaCO₃或以CaCO₃为主要成分的天然矿物或废弃物；所述铜基载氧体为CuO、以CuO为主要成分的天然矿石或以CuO为主要成分的天然矿石与惰性载体的混合物；所述流化床式燃料反应器为循环流化床式燃料反应器或鼓泡流化床式燃料反应器。

步骤二和步骤三所述密封返料阀以CO₂为流化介质。

实现上述Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的装置，包括流化床式燃料反应器、流化床式空气反应器、第一旋风分离器、第二旋风分离器、第一密封返料阀、第二密封返料阀、循环风机、压缩净化装置；

第一密封返料阀和第二密封返料阀为单向控制返料的密封返料阀，所述装置的连接关系为：流化床式燃料反应器的上端出口和第一旋风分离器相连，第一旋风分离器的上端出口分别和循环风机、压缩净化装置相连，第一旋风分离器的下料管和第一密封返料阀相连；第一密封返料阀的返料段与流化床式空气反应器的密相区相连；流化床式空气反应器的上端出口和第二旋风分离器相连，第二旋风分离器的下料管和第二密封返料阀相连；第二密封返料阀的返料段和流化床式燃料反应器的密相区相连；

第一密封返料阀和第二密封返料阀为双向控制返料的密封返料阀，所述装置的连接关系为：流化床式燃料反应器的上端出口和第一旋风分离器相连，第一旋风分离器的上端出口分别和循环风机、压缩净化装置相连，第一旋风分离器的下料管和第一密封返料阀相连；第一密封返料阀两侧的返料段分别与流化床式空气反应器的密相区、流化床式燃料反应器的密相区相连；流化床式空气反应器的上端出口和第二旋风分离器相连，第二旋风分离器的下料管和第二密封返料阀相连；第二密封返料阀两侧的返料段分别与流化床式燃料反应器的密相区、流化床式空气反应器的密相区相连。

本发明的有益效果：

1、采用本发明方法实现了碳基固体燃料化学链燃烧方式中CO₂的完全捕获，有利于减少温室气体的排放；在燃料反应器内实现炉内脱硫，简化后续烟气净化处理工艺。

2、采用本发明装置，实现了能源的梯级利用。

3、与传统单向返料阀相比，双向返料阀可实现双向可控返料，通过气力控制改变两侧的返料量，以满足系统变工况运行的要求。

附图说明

图1为实施例1发生反应的示意图。

图2为实施例3所述装置示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均处于本发明的保护范围之中。

以下实施例涉及的双向控制返料的密封返料阀为专利CN203517782U所述的任一种可双向控制返料的密封返料阀。

实施例1

一种Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、将碳基固体燃料、钙基吸收剂、铜基载氧体的混合物加入流化床式燃料反应器，在900～950℃、CO₂为流化介质的条件下进行反应。

碳基固体燃料可为煤、石油焦、生物质等碳基燃料，设化学式为C_nH_mO_x；钙基吸收剂为CaCO₃或以CaCO₃为主要成分的天然矿物或废弃物；铜基载氧体为CuO、以CuO为主要成分的天然矿石或以CuO为主要成分的天然矿石与惰性载体的混合物；流化床式燃料反应器为循环流化床式燃料反应器或鼓泡流化床式燃料反应器。

流化床式燃料反应器主要发生以下反应：CaCO₃→CaO+CO₂、固体燃料中S元素所生成的SO₂会和CaO、CaCO₃发生反应： $\mathrm{CaO}+{\mathrm{SO}}_2+\frac{1}{2}{O}_2\→{\mathrm{CaSO}}_4,\mathrm{CaC}{O}_3+{\mathrm{SO}}_2+\frac{1}{2}{O}_2\→\mathrm{CaS}{O}_4+{\mathrm{CO}}_2,$ 实现炉内脱硫；

步骤二、反应生成的混合物经旋风分离器分离，反应气体混合物主要成分为CO₂和H₂O，一部分经循环风机进入流化床式燃料反应器中作为流化介质，剩余部分经压缩净化装置实现CO₂捕集，以达到CO₂减排的目的；反应固体混合物主要为未燃碳、CuO、Cu₂O、CaO、CaCO₃和灰渣，经密封返料阀进入流化床式空气反应器，在650～700℃、空气作为流化介质的条件下进行反应；密封返料阀为单向控制返料或双向控制返料的密封返料阀，以CO₂为流化介质；

反应固体混合物与空气中的氧气发生如下反应：C+O₂→CO₂、CaO+CO₂→CaCO₃；

步骤三、反应生成的混合物经旋风分离器分离，空气反应器中CaO过量，反应气体混合物主要为N₂和O₂，可直接排入大气；反应固体混合物主要为未燃碳、CuO、Cu₂O、CaO和CaCO₃和灰渣，经密封返料阀进入流化床式燃料反应器继续循环反应；密封返料阀为单向控制返料或双向控制返料的密封返料阀，以CO₂为流化介质。

底渣(灰渣及失效的钙基吸收剂等)可通过排渣管排出流化床式燃料反应器或者流化床式空气反应器。

实施例2

利用上述Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的装置，包括流化床式燃料反应器、流化床式空气反应器、第一旋风分离器、第二旋风分离器、第一密封返料阀、第二密封返料阀、循环风机、压缩净化装置；第一密封返料阀和第二密封返料阀为单向控制返料的密封返料阀，所述装置的连接关系为：流化床式燃料反应器的上端出口和第一旋风分离器相连，第一旋风分离器的上端出口分别和循环风机、压缩净化装置相连，第一旋风分离器的下料管和第一密封返料阀相连；第一密封返料阀的返料段与流化床式空气反应器的密相区相连；流化床式空气反应器的上端出口和第二旋风分离器相连，第二旋风分离器的下料管和第二密封返料阀相连；第二密封返料阀的返料段和流化床式燃料反应器的密相区相连；

实施例3

利用上述Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的装置，如图2所示，包括流化床式燃料反应器5、流化床式空气反应器1、第一旋风分离器4、第二旋风分离器2、第一密封返料阀6、第二密封返料阀3、循环风机、压缩净化装置；第一密封返料阀6和第二密封返料阀3为双向控制返料的密封返料阀，所述装置的连接关系为：流化床式燃料反应器5的上端出口和第一旋风分离器4相连，第一旋风分离器4的上端出口分别和循环风机、压缩净化装置相连，第一旋风分离器4的下料管和第一密封返料阀6相连；第一密封返料阀6两侧的返料段分别与流化床式空气反应器1的密相区、流化床式燃料反应器5的密相区相连；流化床式空气反应器1的上端出口和第二旋风分离器2相连，第二旋风分离器2的下料管和第二密封返料阀3相连；第二密封返料阀3两侧的返料段分别与流化床式燃料反应器5的密相区、流化床式空气反应器1的密相区相连。

Claims (8)

1.一种Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将碳基固体燃料、钙基吸收剂、铜基载氧体的混合物加入流化床式燃料反应器，在900～950℃、CO₂为流化介质的条件下进行反应；

步骤二、反应生成的混合物经旋风分离器分离，反应气体混合物一部分经循环风机进入流化床式燃料反应器中作为流化介质，剩余部分经压缩净化装置实现CO₂捕集；反应固体混合物经密封返料阀进入流化床式空气反应器，在650～700℃、空气作为流化介质的条件下进行反应；

步骤三、反应生成的混合物经旋风分离器分离，反应气体混合物排入大气，反应固体混合物经密封返料阀进入流化床式燃料反应器继续循环反应。

2.根据权利要求1所述的Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法，其特征在于，步骤二和步骤三所述密封返料阀为单向控制返料或双向控制返料的密封返料阀。

3.根据权利要求1或2所述的Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法，其特征在于，步骤一所述碳基固体燃料为煤、石油焦或生物质。

4.根据权利要求1或2所述的Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法，其特征在于，步骤一所述钙基吸收剂为CaCO₃或以CaCO₃为主要成分的天然矿物或废弃物。

5.根据权利要求1或2所述的Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法，其特征在于，步骤一所述铜基载氧体为CuO、以CuO为主要成分的天然矿石或以CuO为主要成分的天然矿石与惰性载体的混合物。

6.根据权利要求1或2所述的Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法，其特征在于，步骤一所述流化床式燃料反应器为循环流化床式燃料反应器或鼓泡流化床式燃料反应器。

7.根据权利要求1或2所述的Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的方法，其特征在于，步骤二和步骤三所述密封返料阀以CO₂为流化介质。

8.实现权利要求1所述Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO₂的装置，其特征在于，包括流化床式燃料反应器、流化床式空气反应器、第一旋风分离器、第二旋风分离器、第一密封返料阀、第二密封返料阀、循环风机、压缩净化装置；

第一密封返料阀和第二密封返料阀为单向控制返料的密封返料阀，所述装置的连接关系为：流化床式燃料反应器的上端出口和第一旋风分离器相连，第一旋风分离器的上端出口分别和循环风机、压缩净化装置相连，第一旋风分离器的下料管和第一密封返料阀相连；第一密封返料阀的返料段与流化床式空气反应器的密相区相连；流化床式空气反应器的上端出口和第二旋风分离器相连，第二旋风分离器的下料管和第二密封返料阀相连；第二密封返料阀的返料段和流化床式燃料反应器的密相区相连；

第一密封返料阀和第二密封返料阀为双向控制返料的密封返料阀，所述装置的连接关系为：流化床式燃料反应器的上端出口和第一旋风分离器相连，第一旋风分离器的上端出口分别和循环风机、压缩净化装置相连，第一旋风分离器的下料管和第一密封返料阀相连；第一密封返料阀两侧的返料段分别与流化床式空气反应器的密相区、流化床式燃料反应器的密相区相连；流化床式空气反应器的上端出口和第二旋风分离器相连，第二旋风分离器的下料管和第二密封返料阀相连；第二密封返料阀两侧的返料段分别与流化床式燃料反应器的密相区、流化床式空气反应器的密相区相连。