CN107746726A - 一体式co2捕获与煤气化制合成气的工艺和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤气化制合成气的技术领域，具体涉及一种一体式CO2捕获与煤气化制合成气的工艺及装置，所述工艺，首先烟道气中CO2在吸附捕获段被捕获；而后被吸附剂吸附的CO2在上部气化段释放并参与气化反应。所述装置包括一体结构的气化反应段、冷却段、吸附捕获段和吸附剂分离段。这样不仅捕获了烟道气中CO2，减少了碳的排放，而且实现了CO2资源化利用，同时减少了水的用量。本发明适宜在CO2捕获、利用和煤气化制合成气方面的应用。

Description

一体式CO2捕获与煤气化制合成气的工艺和装置
技术领域
本发明属于煤气化制合成气的技术领域，具体涉及一种一体式CO2捕获与煤气化制合成气的工艺及装置。
背景技术
近年来，最令人关注的重大环境问题当属大气环境逐渐变暖，即所谓的温室效应。温室效应给人类带来的伤害是多方面的，如严酷的天气类型、变化的生态系统功能、物种灭绝及生物多样性的丧失、饮用水的减少、海平面上升造成的陆地减少和平均气温上升等等。尽管产生全球气候变化的原因是多方面的，但大量研究表明，产生温室效应的主要原因与温室气体（GHG）的大量排放直接有关。
当前所谓的温室气体主要有6种，除了CO2外，还包括甲烷、氧化氮、氢氟烃、全氟碳和六氟化硫。
在所有GHG 中, 对全球气候变化影响最大的是富含碳的化石燃料——煤炭、石油和天然气燃烧而排放出的二氧化碳, 据估计其浓度增加对温室效应的贡献值约为55%。通过气候变化模型的计算表明, 若大气中的二氧化碳浓度增加1倍, 地表温度的上升幅度为1.5℃～4. 5℃。因此, 控制大气中的二氧化碳浓度被认为是解决温室效应的关键措施。
鉴于新能源的开发与应用目前还存在技术及经济方面的极大困难。将燃煤或天然气或者燃油锅炉烟道气中的CO2回收利用，可以保护环境，实现环保生产。
减少二氧化碳的排放是遏制气候变暖的关键，而二氧化碳减排的关键是二氧化碳的捕集与封存技术(CCS)。捕集并利用燃煤电厂烟道气排放的CO2，是最容易在短期内达到CO2减排目的的方法。在专利CN 103071364 B中提出一种多级捕集烟道气中二氧化碳的系统和方法，该方法将烟道气通过至少两组变压吸附装置，过程工序复杂。
现有的煤气化制合成气的工艺，一般不用CO2直接参与，较多的则采用原料易得的水蒸气：H2O+C==CO+H2，或者纯煤气化：C+O==CO2；本发明以CO2做气化剂：2C+CO2+H2O==3CO+H2，具有减少了CO2的排放，同时减少了H2O的用量。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种一体式CO2捕获与煤气化制合成气的工艺及装置，实现了烟道气中CO2的捕集，煤气化采用CO2作为气化剂以减少H2O的利用并提高煤的利用率，且减少了CO2的排放。
本发明采用如下技术方案实现：
一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气的工艺，吸附剂捕获烟道气中CO2，被吸附剂携带的CO2经过释放参与气化反应与煤气化生成合成气。
进一步的，本发明包括连续完成的气化反应过程、冷却过程、吸附捕获过程、吸附剂分离过程，
所述烟道气中CO2在吸附捕获过程被捕获后，对烟道气进行气固分离，气体N2和O2排出，固体包括携带CO2的吸附剂进入吸附剂分离过程，进一步分离出携带CO2的吸附剂，携带CO2的吸附剂进入气化反应过程进行循环利用。
进一步的，所述气化反应过程中，根据需要将煤料、吸附剂、气化剂、氧化剂以及携带CO2的吸附剂通入气化反应段，被高温解析的CO2、气化剂以及氧化剂与煤气化生成合成气，合成气送出，气化后的煤灰和吸附剂进入冷却过程，冷却后的吸附剂进入吸附捕获过程进行循环利用。
进一步的，所述的吸附剂分离过程采用浮力法对密度不同的物质进行分离，分离后上部为携带CO2的吸附剂输送到气化反应段，下部为灰渣做建筑材料用。
进一步的，气固分离使用旋风分离器，合成气生成后通过旋风分离器送出。
一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气的装置，包括一体结构的气化反应段、冷却段、吸附捕获段和吸附剂分离段；
所述的气化反应段设有吸附剂进口、气化剂进口、氧化剂进口、煤料进口和合成气出口，
所述的气化反应段底部连接冷却段，所述的冷却段内部设有换热元件，底部连接吸附捕获段，
所述的吸附捕获段设置有烟道气进口以及排气口，所述的吸附捕获段底部连接吸附剂分离段，
所述的吸附剂分离段与气化反应段连接。
进一步的，所述的吸附剂进口设置于气化反应段的中部，所述的气化剂进口和氧化剂进口设置于气化反应段的下部两侧，所述的煤料进口和合成气出口设置于气化反应段的上部两侧，所述的吸附剂分离段与气化反应段的连接处与吸附剂进口为一处。
进一步的，所述的冷却段的出料部位设置有振动出料器，所述的换热元件为平行排列的板束，板内走冷却水，板间走固体物料，板面为弯折形。
进一步的，所述的吸附剂分离段分离段包括储水槽，储水槽底部设置捞渣机。
本发明的有益效果：
1、本发明烟道气中CO2在吸附捕获段被捕获；而后被吸附剂吸附的CO2在上部气化段释放并直接参与气化反应，不仅捕获了烟道气中CO2，减少了碳的排放，而且实现了CO2资源化利用。
2、本发明以CO2直接作为煤气化过程中的气化剂，不仅减少了碳的排放，实现了CO2资源化利用，而且减少了水的用量。
(3)CO2做气化剂制合成气：。
3、本发明的吸附剂始终在一体式装置内，不仅高效实现了CO2的捕集及利用，而且减少了二氧化碳吸附剂循环利用过程中二氧化碳解吸的繁杂操作及设备投资。
4、本发明一体式的设计，使得煤气化直接制合成气工序变得简单且损失量较少，提高了产率。
附图说明
图1为一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气工艺及装置的整体结构示意图；
图2为冷却段结构示意图；
图3为冷却段板束截面图；
图4为吸附剂分离段示意图。
图中，1：气化反应段，1.1：氧化剂进口，1.2:气化剂进口，1.3：吸附剂进口，1.4：煤料进口，1.5：旋风分离器，1.6：合成气出口；2：冷却段，2.1：进料端，2.2：出水口，2.3：换热主体，2.3.1:冷却水通道，2.3.2：物料通道，2.4：进水口，2.5：出料端；3：吸附捕获段，3.1：烟道气进口，3.2：排气口；4：吸附剂分离段，4.1：储水槽，4.2：进水口，4.3：捞渣机。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
如图1所示，一体式CO2捕获与煤直接制合成气装置，包括气化反应段1、冷却段2、吸附捕获段3、吸附剂分离段4；
所述的气化反应段，中部侧面设吸附剂进口1.3、下部两侧分别设有气化剂（水蒸汽等）1.2和氧化剂进口（O2/空气等）1.1，上部设有煤料进口1.4和合成气出口1.6，下部连接冷却段2；
所述的冷却段，该段上部为进料端2.1，内部设有平行排列的板束（换热元件）2.3，底部为出料端2.5内含振动出料器；
所述的吸附捕获段，该段下部设有烟道气进口3.1，上部侧面设有出料口3.2；
所述的吸附剂分离段分离段，该段包括储水槽4.1，储水槽底部连接底部的捞渣机4.3。
气化反应段作用是：煤料、吸附剂、气化剂、氧化剂以及携带CO2的吸附剂通入气化反应段，CO2被解析出来，在气化反应段内生成合成气。氧化剂为O2/空气等，气化剂为水蒸汽等，吸附剂为活性炭等，所述的吸附剂、氧化剂、气化剂的用量本领域技术人员可以根据需要从现有技术中获得指导。
冷却段作用是：该段板内走冷却水，板间走固体物料。固体物料自上而下依靠自身重力通过两板间的流道与板接触进行热交换。气化反应段内的煤灰和吸附剂经过冷却段，冷却后的煤灰和吸附剂被送往旋风分离器进行循环利用。在出料部位设置一台振动出料器，通过调频调幅来实现控制物料的流量防止物料的架桥堵塞。板面为弯折形，增加传热面积，延长冷却水的流动时间，提高循环水的出口温度，减少循环水的用量，防止循环水的短路。
吸附捕获段其作用是：被切向引入吸附捕获段内的烟道气经过旋风分离器，N2和O2从排气口排出，CO2被吸附剂吸附捕获进入吸附剂分离段。
吸附剂分离段其作用是：采用浮力法对密度不同的物质进行分离，将密度较小的吸附剂与密度较大的煤灰分离开来，吸附剂继续循环，煤灰沉积用捞渣机清除出去，分离后上部含CO2的吸附剂输送到气化反应段，下部灰渣做建筑材料用。
采用上述装置进行的一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气的工艺为：
1、切向将烟道气引入到吸附捕获段内，烟道气经过旋风分离器分离出N2和O2，然后从排气口排出，CO2被吸附剂吸附捕获后进入吸附剂分离段；
2、烟道气中的CO2进入吸附剂分离段，由于携带CO2的吸附剂的密度小于煤灰的密度，煤灰沉积用捞渣机清除出去，分离后上部携带CO2的吸附剂输送到气化反应段，下部灰渣做建筑材料用。
3、分别将煤料、吸附剂、气化剂、氧化剂以及携带CO2的吸附剂通入气化反应段，CO2在600℃左右的高温下从吸附剂上被解析出来，在气化反应段内生成合成气。
4、气化反应段内的合成气经旋风分离器净化，煤灰和吸附剂经过冷却段，冷却后的煤灰和吸附剂被送往旋风分离器进行循环利用。

Claims (9)

1.一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气的工艺，其特征在于：吸附剂捕获烟道气中CO2，被吸附剂携带的CO2经过释放参与气化反应与煤气化生成合成气。
2.根据权利要求1所述的一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气的工艺，其特征在于：包括连续完成的气化反应过程、冷却过程、吸附捕获过程、吸附剂分离过程，
所述烟道气中CO2在吸附捕获过程被捕获后，对烟道气进行气固分离，气体N2和O2排出，固体包括携带CO2的吸附剂进入吸附剂分离过程，进一步分离出携带CO2的吸附剂，携带CO2的吸附剂进入气化反应过程进行循环利用。
3.根据权利要求1所述的一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气的工艺，其特征在于：所述气化反应过程中，根据需要将煤料、吸附剂、气化剂、氧化剂以及携带CO2的吸附剂通入气化反应段，被高温解析的CO2、气化剂以及氧化剂与煤气化生成合成气，合成气送出，气化后的煤灰和吸附剂进入冷却过程，冷却后的吸附剂进入吸附捕获过程进行循环利用。
4.根据权利要求1所述的一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气的工艺，其特征在于：所述的吸附剂分离过程采用浮力法对密度不同的物质进行分离，分离后上部为携带CO2的吸附剂输送到气化反应段，下部为灰渣做建筑材料用。
5.根据权利要求1所述的一体式CO2捕获与煤气化制合成气的工艺，其特征在于：气固分离使用旋风分离器，合成气生成后通过旋风分离器送出。
6.一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气的装置，其特征在于：包括一体结构的气化反应段、冷却段、吸附捕获段和吸附剂分离段；
所述的气化反应段设有吸附剂进口、气化剂进口、氧化剂进口、煤料进口和合成气出口，
所述的气化反应段底部连接冷却段，所述的冷却段内部设有换热元件，底部连接吸附捕获段，
所述的吸附捕获段设置有烟道气进口以及排气口，所述的吸附捕获段底部连接吸附剂分离段，
所述的吸附剂分离段与气化反应段连接。
7.根据权利要求1所述的一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气的装置，其特征在于：所述的吸附剂进口设置于气化反应段的中部，所述的气化剂进口和氧化剂进口设置于气化反应段的下部两侧，所述的煤料进口和合成气出口设置于气化反应段的上部两侧，所述的吸附剂分离段与气化反应段的连接处与吸附剂进口为一处。
8.根据权利要求1所述的一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气的装置，其特征在于：所述的冷却段的出料部位设置有振动出料器，所述的换热元件为平行排列的板束，板内走冷却水，板间走固体物料，板面为弯折形。
9.根据权利要求1所述的一体式CO2捕获与煤气化直接制合成气的装置，其特征在于：所述的吸附剂分离段分离段包括储水槽，储水槽底部设置捞渣机。
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