CN104174280B - 带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉co2的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO2的方法及装置,该装置包括水合反应器(1)、碳酸化反应器(3)、旋风分离器(5)、细灰输送装置(7)、煅烧反应器(9)、浆液泵(2)、返料阀(4)、换热器(6)、冷凝器(8)、空气分离装置(10);循环捕捉CO2的方法为:将空气送入空气分离装置;煅烧反应器内生成的固体混合物一部分经煅烧反应器的密相区溢流口进入返料阀,另一部分进入水合反应器,废弃物料通过排渣管排出煅烧反应器;来自于煅烧反应器的CaO在水合反应器中发生反应,生成的Ca(OH)2浆体通过浆液泵打入碳酸化反应器内;冷凝器输出的CO2送到外部的CO2压缩净化装置,实现CO2的捕捉,并有效缓解钙基吸收剂失活现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO2的装置及方法,属于能源技术与环境保护技术交叉领域。
背景技术
钙基吸收剂循环捕集CO2技术指利用石灰石等钙基吸收剂煅烧产物CaO捕集煤燃烧或气化产生的CO2,生成CaCO3,浓缩和回收CaCO3煅烧释放出CO2的技术。该技术基于石灰石等钙基吸收剂储量丰富、分布广泛、价格低廉而受到研究者们的广泛关注。其工艺流程主要分为两步:钙基吸收剂首先进入煅烧反应器分解为CaO与CO2,所需热量由煤的纯氧燃烧提供,烟气中CO2浓度达95%以上,可以直接回收;生成的CaO进入碳酸化反应器捕集烟气中的CO2,烟气中CO2浓度将降至5%以下,生成的CaCO3返回煅烧反应器,再煅烧成CaO。如此反应循环进行,适时补充新鲜的钙基吸收剂和排出部分失活的吸收剂以实现整个系统的连续运行。该系统的碳酸化温度一般为650℃~700℃,煅烧温度一般为850℃~950℃。
传统的钙基吸收剂循环捕集CO2技术存在一定的问题,在多次循环后吸收剂会产生烧结现象,使得煅烧产物CaO的孔隙发生了严重的坍塌和阻塞,从而抑制了CO2通过这些孔隙扩散继续与CaO进行碳酸化反应,也就是产生所谓的吸收剂失活现象。
发明内容
技术问题:为了解决上述问题,本发明的目的是提供一种带水合反应器的钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化捕捉CO2的装置及方法,可克服传统的钙基吸收剂循环捕集CO2技术的不足,有效减缓钙基吸收剂失活现象。
技术方案:本发明的一种带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO2的装置包括水合反应器、碳酸化反应器、旋风分离器、细灰输送装置、煅烧反应器、浆液泵、返料阀、换热器、冷凝器、空气分离装置,以及各部分之间的连接管道;其中,水合反应器入口与煅烧反应器排渣管相连,水合反应器底部出口经浆液泵后与碳酸化反应器相连;碳酸化反应器的上端与旋风分离器相连接,旋风分离器、换热器、细灰回送装置与煅烧反应器顺序连接;煅烧反应器下端的风室与空气分离装置相连,煅烧反应器上部的烟气出口与冷凝器相连;冷凝器出口分别与外部的CO2压缩净化装置及水合反应器相连;返料阀的一端接碳酸化反应器,另一端接煅烧反应器。
所述细灰输送装置是螺旋输送机或气动密封返料阀。
所述浆液泵出口能通过煤浆喷嘴在碳酸化反应器的任何位置喷入。
本发明的一种带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO2的方法包括如下步骤:
步骤一、将空气送入空气分离装置,空气经过空气分离装置,分离出的O2进入煅烧反应器的风室,作为煅烧反应器的流化风;
步骤二、煅烧反应器反应温度为850℃~950℃,碳基固体燃料与新鲜石灰石的混合物自流化床密相区下部加入煅烧反应器,燃料的燃烧反应为石灰石的热解提供热量;煅烧反应器内生成的固体混合物一部分经密相区溢流口进入返料阀,另一部分进入水合反应器,废弃物料通过排渣管排出煅烧反应器;
步骤三、来自于煅烧反应器的CaO在水合反应器中发生反应,生成的Ca(OH)2浆体通过浆液泵打入碳酸化反应器内;
步骤四、碳酸化反应器反应温度为650℃~700℃,Ca(OH)2与流化风中的CO2发生反应生成CaCO3,生成的烟气进入旋风分离器;经旋风分离器分离出来的飞灰颗粒经换热器换热后进入细灰回送装置,再由细灰回送装置送入煅烧反应器;冷凝器输出的CO2送到外部的CO2压缩净化装置,实现CO2的捕捉。
步骤二所述返料阀流化介质为水蒸气。
步骤三所述水合反应器所需水来自于冷凝器的凝结水。
本发明原理如下:
空气经过气体分离装置,分离出的O2进入煅烧反应器风室,作为煅烧反应器的流化风;
煅烧反应器反应温度为850℃~950℃,煤、石油焦和生物质等固体燃料(设化学式为CnHmOx)与碳酸钙的混合物自流化床密相区加入煅烧反应器,发生以下反应:CaCO3→CaO+CO2、煅烧反应器内生成的固体混合物一部分经密相区溢流口进入返料阀,一部分进入水合反应器,另一部分废弃物料通过排渣管排出反应器;煅烧反应器出口烟气经冷凝器后,生成的水进入水合反应器,烟气中的CO2一部分进入压缩净化装置,一部分注入气体分离装置出口O2中,作为煅烧反应器的流化风;
来自于煅烧反应器的CaO与烟气冷凝水在水合反应器中发生以下反应:CaO+H2O→Ca(OH)2,生成的Ca(OH)2浆体通过浆液泵打入碳酸化反应器内;
返料器以蒸汽作为流化介质,与固体混合物中的CaO发生反应生成Ca(OH)2,进入碳酸化反应器密相区;碳酸化反应器反应温度为650℃~700℃,Ca(OH)2与流化风中的CO2发生如下反应:Ca(OH)2→CaO+H2O、CaO+CO2→CaCO3,生成的烟气进入旋风分离器;分离出来的飞灰颗粒经换热器换热后进入细灰回送装置,再由细灰回送装置送入煅烧反应器。
有益效果:本发明与现有技术相比具有下述优点:
1)采用钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化法实现了低成本捕捉CO2;
2)采用水合反应器对失活的钙基吸收剂进行再生,有效减缓钙基吸收剂失活现象,减少了钙基吸收剂的消耗量;
3)采用换热器和冷凝器,提高了能源利用效率,减少了整体工艺流程中的耗水量。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
其中包含有:水合反应器1、碳酸化反应器3、旋风分离器5、细灰输送装置7、煅烧反应器9、浆液泵2、返料阀4、换热器6、冷凝器8、空气分离装置10。
具体实施方式
本发明的一种带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO2的装置,包括循环流化床式碳酸化反应器、细灰输送装置、鼓泡床式煅烧反应器、水合反应器、冷凝器、换热器、浆液泵、空气分离装置,以及各部分之间的连接管道;水合反应器入口与煅烧反应器排渣管相连,底部出口经浆液泵后与碳酸化反应器相连;碳酸化反应器的旋风分离器下端与换热器上端相连,细灰回送装置布置在换热器与煅烧反应器之间;煅烧反应器风室与空气分离装置相连,烟气出口与冷凝器相连;冷凝器出口分别与CO2压缩净化装置及水合反应器相连。
实施例1
如图1所示,本发明的一种带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO2的装置,包括水合反应器1、循环流化床式碳酸化反应器3、细灰输送装置7、鼓泡床式煅烧反应器9、浆液泵2、换热器6、冷凝器8、空气分离装置10,以及各部分之间的连接管道;水合反应器1入口与煅烧反应器9相连,出口经浆液泵2后与碳酸化反应器3相连;碳酸化反应器3的旋风分离器5下端与换热器6相连,细灰回送装置7布置在换热器6与煅烧反应器9之间;煅烧反应器9风室与空气分离装置10相连,烟气出口与冷凝器8相连;冷凝器8出口分别与CO2净化压缩装置及水合反应器相连。
空气经过气体分离装置10,分离出的O2进入煅烧反应器9风室,作为煅烧反应器9的流化风。
煅烧反应器9反应温度为850℃~950℃,煤、石油焦和生物质等固体燃料(设化学式为CnHmOx)与碳酸钙的混合物自鼓泡床密相区加入煅烧反应器9,发生以下反应:CaCO3→CaO+CO2、煅烧反应器9内生成的固体混合物一部分经密相区溢流口进入返料阀4,另一部分进入水合反应器1,废弃物料通过排渣管排出反应器;煅烧反应器9出口烟气经冷凝器8后,生成的水进入水合反应器1,烟气中的CO2一部分进入压缩净化装置,一部分注入气体分离装置10出口O2中,作为煅烧反应器9的流化风。
来自于煅烧反应器9的CaO与烟气冷凝水在水合反应器1中发生以下反应:CaO+H2O→Ca(OH)2,生成的Ca(OH)2浆体通过浆液泵2打入碳酸化反应器3内。
返料阀4以蒸汽作为流化介质,与固体混合物中的CaO发生反应生成Ca(OH)2,进入碳酸化反应器3密相区;碳酸化反应器3反应温度为650℃~700℃,Ca(OH)2与流化风中的CO2发生如下反应:Ca(OH)2→CaO+H2O、CaO+CO2→CaCO3,生成的烟气进入旋风分离器5;分离出来的飞灰颗粒经换热器6换热后进入细灰回送装置7,再由细灰回送装置7送入煅烧反应器9。
旋风分离器5出口烟气中CO2的含量小于5%,通过钙基吸收剂在煅烧反应器9、碳酸化反应器3和水合反应器1之间不断的反应、再生,可实现CO2的捕捉,并有效缓解钙基吸收剂失活现象。
Claims (3)
1.一种带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO2的方法,其特征在于,该方法所采用的装置包括水合反应器(1)、碳酸化反应器(3)、旋风分离器(5)、细灰输送装置(7)、煅烧反应器(9)、浆液泵(2)、返料阀(4)、换热器(6)、冷凝器(8)、空气分离装置(10),以及各部分之间的连接管道;其中,水合反应器(1)入口与煅烧反应器(9)排渣管相连,水合反应器(1)底部出口经浆液泵(2)后与碳酸化反应器(3)相连;碳酸化反应器(3)的上端与旋风分离器(5)相连接,旋风分离器(5)、换热器(6)、细灰回送装置(7)与煅烧反应器(9)顺序连接;煅烧反应器(9)下端的风室与空气分离装置(10)相连,煅烧反应器(9)上部的烟气出口与冷凝器(8)相连;冷凝器(8)出口分别与外部的CO2压缩净化装置及水合反应器(1)相连;返料阀(4)的一端接碳酸化反应器(3),另一端接煅烧反应器(9);
所述细灰输送装置(7)是螺旋输送机或气动密封返料阀;
所述浆液泵(2)出口能通过煤浆喷嘴在碳酸化反应器(3)的任何位置喷入;
带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO2的方法包括如下步骤:
步骤一、将空气送入空气分离装置(10),空气经过空气分离装置(10),分离出的O2进入煅烧反应器(9)的风室,作为煅烧反应器(9)的流化风;
步骤二、煅烧反应器(9)反应温度为850℃~950℃,碳基固体燃料与新鲜石灰石的混合物自流化床式煅烧反应器(9)密相区下部加入煅烧反应器(9),燃料的燃烧反应为石灰石的热解提供热量;煅烧反应器(9)内生成的固体混合物一部分经密相区溢流口进入返料阀(4),另一部分进入水合反应器(1),废弃物料通过排渣管排出煅烧反应器(9);
步骤三、来自于煅烧反应器(9)的CaO在水合反应器(1)中发生反应,生成的Ca(OH)2浆体通过浆液泵(2)打入碳酸化反应器(3)内;
步骤四、碳酸化反应器(3)反应温度为650℃~700℃,Ca(OH)2与流化风中的CO2发生反应生成CaCO3,生成的烟气进入旋风分离器(5);经旋风分离器(5)分离出来的飞灰颗粒经换热器(6)换热后进入细灰回送装置(7),再由细灰回送装置(7)送入煅烧反应器(9);冷凝器(8)输出的CO2送到外部的CO2压缩净化装置,实现CO2的捕捉。
2.根据权利要求1所述的带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO2的方法,其特征在于,步骤二所述返料阀(4)流化介质为水蒸气。
3.根据权利要求1所述的带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO2的方法,其特征在于,步骤三所述水合反应器(1)所需水来自于冷凝器(8)的凝结水。
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