CN107694340A - 一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除co2的方法 - Google Patents

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马进伟
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Abstract

本发明公开了一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除CO2的方法，化石燃料利用产生的含CO2烟气进入碳酸化反应器与CaO吸收剂发生碳酸化反应生成CaCO3，该反应器出口可获得脱除CO2的烟气，CaCO3送入煅烧分解反应器，在碳基燃料纯氧燃烧提供的热量下分解为CaO和CO2，高浓度CO2富集烟气从煅烧分解反应器引出后可进行封存或其他用途，所得CaO送入蒸汽活化反应器与蒸汽发生水合反应生成固态Ca(OH)2，随后固态Ca(OH)2进入失水反应器再生为CaO并释放出H2O，所得再生CaO回送至碳酸化反应器捕获CO2，实现循环使用。

Description

一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除CO2的方法
技术领域
本发明涉及CO2控制与减排领域，确切地说是一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除CO2的方法。
背景技术
为应对全球暖化与温室效应加剧，需对化石能源利用过程释放的大量CO2进行减排与控制，基于钙基吸收剂的循环捕获CO2技术由于可与化石能源利用过程耦合而备受关注。该技术分为碳酸化与煅烧两步骤：首先成分主要为CaO的钙基吸收剂在碳酸化反应器中与化石燃料利用过程产生的烟气中的CO2进行碳酸化反应而形成CaCO3，碳酸化反应器出口可获得低CO2浓度的烟气；随后在碳酸化反应器中形成的CaCO3进入煅烧反应器受热后分解释放出CO2，该反应器热量可由含碳燃料的纯氧燃烧或其他热源供给，反应器出口可获得高浓度的CO2，同时吸收剂煅烧分解为CaO并回送至碳酸化反应器循环利用。钙基吸收剂通过碳酸化-煅烧反应循环捕获CO2，可完成烟气中CO2的分离和富集。
目前钙基吸收剂循环脱除CO2技术主要问题在于：高温循环过程中钙基吸收剂发生不可逆的晶体结构烧结,导致吸收剂多孔结构致密化，从而阻碍CO2进入吸收剂内核参与碳酸化反应,使得吸收剂失活，即CO2捕获性能随着循环次数增加而迅速衰退。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除CO2的方法。
上述目的通过以下方案实现：
一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除CO2的方法，其特征在于：
（1）煅烧分解反应器温度设置为800-1000℃，新鲜钙基吸收剂、碳基燃料、O2送入煅烧分解反应器，碳基燃料与O2发生燃烧反应为吸收剂分解供热；新鲜钙基吸收剂中的CaCO3受热分解为CaO并释放出CO2，CaO送入蒸汽活化反应器，CO2由煅烧反应器顶部排出，从而实现烟气中CO2的脱除与富集；
（2）蒸汽活化反应器温度设置为300-400℃，反应气氛为蒸汽和N2、或、蒸汽和空气的混合气体,蒸汽浓度为10-100%；步骤(1)产生的CaO在蒸汽活化反应器中与蒸汽发生水合反应，生成的固态Ca(OH)2送入失水反应器内；
（3）失水反应器温度设置为500-650℃，反应气氛为500-650℃高温N2或空气，步骤(2)产生的固态Ca(OH)2在失水反应器中受热失水形成CaO，CaO送入碳酸化反应器内；
（4）碳酸化反应器温度设置为650-700℃，步骤(3)产生的CaO与烟气中CO2发生碳酸化反应生成CaCO3，CaCO3送至煅烧分解反应器，开始下一循环重复使用,脱除CO2后烟气由碳酸化反应器排出。
所述的一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除CO2的方法，其特征在于：所述新鲜钙基吸收剂为石灰石、白云石或其他CaO质量百分比高于20%的人工合成钙基吸收剂。
所述的一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除CO2的方法，其特征在于：所述碳基燃料为煤、生物质、天然气、煤气、合成气中的一种。
本发明原理如下：
CaO在碳酸化反应器内与烟气中CO2发生碳酸化反应：CaO+CO2→CaCO3，从而烟气中CO2被脱除，形成CaCO3；脱除CO2后烟气由碳酸化反应器顶部排出；来自碳酸化反应器的CaCO3进入煅烧反应器并发生如下反应：CaCO3→CaO+CO2，该反应为吸热反应，所需热量来自煤、生物质或天然气等碳基燃料纯氧燃烧；CaCO3分解与碳基燃料纯氧燃烧产物均为CO2，故煅烧分解反应器出口为高浓度CO2,可直接用于封存或其他用途；煅烧分解反应器所形成的CaO反应活性在高温煅烧及多次循环使用后活性会出现严重衰退，即其能捕获的CO2质量下降，为维持其活性，将CaO送入蒸汽活化反应器；CaO在蒸汽活化反应器中与蒸汽发生水合反应CaO+H2O→Ca(OH)2，有文献表明CaO在形成Ca(OH)2过程中颗粒体积发生膨胀，可再生烧结的CaO孔隙结构；蒸汽活化反应中形成的Ca(OH)2送入失水反应器，发生失水反应Ca(OH)2→CaO+H2O重新分解，形成具有发达孔隙结构的CaO吸收剂；CaO吸收剂回送至碳酸化反应器开始下一个循环。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
（1）基于钙基吸收剂循环碳酸化-煅烧分解过程，利用CaO吸收剂碳酸化反应对烟气中CO2进行分离脱除，随后利用CaCO3煅烧分解反应完成CO2富集，所得高浓度CO2可直接封存或作他用;
（2）使用蒸汽活化反应器对煅烧后失活CaO进行活性再生，通过水合-失水反应大幅再生吸收剂孔隙结构和反应表面，可显著维持钙基吸收剂活性，抑制吸收剂活性衰退，减少失活吸收剂排放及新鲜吸收剂补充量。
附图说明
图1是本发明所述一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除CO2的方法流程示意图；图中：1.煅烧分解反应器；2.蒸汽活化反应器；3.失水再生反应器；4.碳酸化反应器；5.CaCO3；6.CaO；7.Ca(OH)2；8.CaO；9.蒸汽/N2或蒸汽/空气混合气体；10.N2或空气；11. 烟气；12. 脱除CO2后烟气；13.O2；14.碳基燃料；15.补充吸收剂；16.CO2富集烟气。
具体实施方式
如图1所示，补充的新鲜钙基吸收剂15、碳基燃料14、O213送入煅烧分解反应器1，碳基燃料14与O2 13发生燃烧反应为吸收剂分解供热，通过调节碳基燃料14与O213比例进而控制煅烧分解反应器1温度为800-1000℃；新鲜补充吸收剂15受热分解为CaO并释放出CO2，产生的CaO 6送入蒸汽活化反应器，CO2富集烟气16由煅烧分解反应器1顶部排出后可直接封存或作他用，从而实现烟气中CO2的脱除与捕集；蒸汽活化反应器2温度为300-400℃，反应气氛为蒸汽/N2或蒸汽/空气混合气体 9,其中蒸汽浓度为10-100%；来自煅烧分解反应器1的CaO 6在蒸汽活化反应器2中与蒸汽发生水合反应，生成的固态Ca(OH)27送入失水反应器3内；失水反应器3温度为500-650℃，反应气氛为高温N2或空气 10，固态Ca(OH)2 7在失水反应器中受热失水形成CaO 8，CaO 8送入碳酸化反应器4内；碳酸化反应器4温度为650-700℃，CaO与烟气11中CO2发生碳酸化反应生成CaCO35，CaCO35回送至煅烧分解反应器1，开始下一循环重复使用,脱除CO2后烟气由碳酸化反应器4排出。碳基燃料14燃烧产生的灰渣及少量失活吸收剂定期从煅烧分解反应器1底部排出，同时定期向煅烧分解反应器1中补充新鲜吸收剂15。

Claims (3)

1.一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除CO2的方法，其特征在于：
（1）煅烧分解反应器温度设置为800-1000℃，新鲜钙基吸收剂、碳基燃料、O2送入煅烧分解反应器，碳基燃料与O2发生燃烧反应为吸收剂分解供热；新鲜钙基吸收剂中的CaCO3受热分解为CaO并释放出CO2，CaO送入蒸汽活化反应器，CO2由煅烧反应器顶部排出，从而实现烟气中CO2的脱除与富集；
（2）蒸汽活化反应器温度设置为300-400℃，反应气氛为蒸汽和N2、或蒸汽和空气的混合气体,蒸汽浓度为10-100%；步骤(1)产生的CaO在蒸汽活化反应器中与蒸汽发生水合反应，生成的固态Ca(OH)2送入失水反应器内；
（3）失水反应器温度设置为500-650℃，反应气氛为500-650℃高温N2或空气，步骤(2)产生的固态Ca(OH)2在失水反应器中受热失水形成CaO，CaO送入碳酸化反应器内；
（4）碳酸化反应器温度设置为650-700℃，步骤(3)产生的CaO与烟气中CO2发生碳酸化反应生成CaCO3，CaCO3送至煅烧分解反应器，开始下一循环重复使用,脱除CO2后烟气由碳酸化反应器排出。
2.根据权利要求1所述的一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除CO2的方法，其特征在于：所述新鲜钙基吸收剂为石灰石、白云石或其他CaO质量百分比高于20%的人工合成钙基吸收剂。
3.根据权利要求1所述的一种钙基吸收剂活性再生及循环脱除CO2的方法，其特征在于：所述碳基燃料为煤、生物质、天然气、煤气、合成气中的一种。
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