高固体通量循环碳化反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种在循环流化床(CFB)碳化反应器(10)中通过碳化来捕集二氧化碳CO2的方法，其中通过将金属氧化物MeO和金属碳酸盐MeCO3的固体馏分再循环至CFB碳化反应器(10)，调节温度分布。本发明专利技术还提供了再循环金属氧化物MeO和金属碳酸盐MeCO3的系统(1)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高固体通量循环碳化反应器专利
本专利技术涉及一种通过碳化反应用于捕集二氧化碳CO2的方法，其中包括再循环冷却的MeCO3富集的固体流。另外，本专利技术涉及一种系统，所述系统包含用于从CO2富集的烟道气捕集二氧化碳CO2的反应器。专利技术背景使用金属或矿物质氧化物的固体，通过在循环流化床(CFB)中的碳化反应，可实施捕集二氧化碳CO2。金属或矿物质氧化物用作二氧化碳CO2的吸收剂，为固体吸着剂。在CFB碳化反应器中发生的反应为放热反应，其中反应速率很大程度上取决于固体吸着剂的可用表面。此外，为了满足吸收过程的反应动力学和平衡要求，需要精确控制温度分布。因此，反应器优化必须考虑吸收热量释放(对于与CO2反应的氧化钙CaO，吸收热量释放为178kJ/kmol)、关于平衡驱动力和CO2浓度分布所得到的温度和结论。在用于处理低压燃烧烟道气的CFB碳化反应器中，固体材料的分数非常低，以避免另外显著的压降和相关的风扇压缩功率。降低用于这些流化床过程的设备尺寸意味着提高流化速度，这还可导致气动输送操作方案。所得到的固体材料的低分数的特征为低的总体传热系数，这最终取决于流化气体性质。因此，用于在CFB碳化反应器中捕集二氧化碳CO2的目前已知的系统需要相对大的传热表面，这必须在内部应用，以从反应系统除去热量，和避免固体吸着剂的温度提高至平衡驱动力消失并且反应不再发生的点。先前已知的反应器根据经由安装在反应器中的传热面积的吸附速率，从CFB碳化反应器除去热量。这些CFB碳化反应器包括放置在指定的预定位置的内部冷却装置。结果是，在过程操作条件中的任何波动需要调节冷却系统。当由于差的CFB碳化反应器控制，迫使利用CFB碳化反应器废热的过程吸收波动时，这样的不可预知的波动是不利的。因此，需要改进系统的传热特性和优化发生传热以最终降低传热表面积和设备成本的方法。此外，仔细控制反应器温度对于避免具有低温度和缓慢反应速率或高温和差的平衡驱动力的区域是重要的。总的来说，与采用其它方式得到相同的二氧化碳CO2捕集速率所需的相比，差的反应器设计将导致较大的反应器尺寸。例如，考虑氧化钙CaO作为吸着剂，在通往CFB碳化反应器的二氧化碳CO2富集的烟道气中二氧化碳CO2的浓度为12%体积，90%的二氧化碳CO2可被捕集，对应于在650℃下的平衡二氧化碳CO2分压。然而，如果考虑在700℃下的对应的平衡二氧化碳CO2分压，对于相同的烟道气，可能最多仅为约70%捕集。专利技术概述通过本专利技术，克服现有技术用于捕集二氧化碳CO2的反应器以及用于碳化的系统的缺点和缺陷。本专利技术提供了一种用于从二氧化碳CO2富集的烟道气捕集二氧化碳CO2的方法和系统，其中可采用灵活的方式控制和调节传热面积和温度分布。本专利技术的一个实施方案为一种用于在提供的循环流化床(CFB)碳化反应器中通过碳化捕集二氧化碳CO2的方法。所述方法包括以下步骤：-将金属氧化物MeO富集的固体流通往循环流化床(CFB)碳化反应器的下部；-将二氧化碳CO2富集的气体流通往所述反应器；-通过使存在于二氧化碳CO2富集的气体系统中的二氧化碳CO2与金属氧化物MeO反应形成金属碳酸盐MeCO3，捕集二氧化碳CO2；-在分离单元中从烟道气分离金属碳酸盐MeCO3；-从分离单元收集金属碳酸盐MeCO3富集的固体流；-随后将所述金属碳酸盐MeCO3富集的固体流分开和冷却成为两个或更多个冷却的固体流，形成两个或更多个部分；-通过在各个可能的位置将所述金属碳酸盐MeCO3富集的固体流的一个或多个冷却的部分加入到所述CFB碳化反应器，调节所述CFB碳化反应器的温度，以优化温度分布，用于CO2捕集目的。在一个实施方案中，金属氧化物MeO富集的固体流通往循环流化床(CFB)碳化反应器的下部。根据所述方法的一个实施方案，通过将MeCO3富集的固体流的第一部分冷却并再循环至CFB碳化反应器，调节温度。优选将第一部分再循环至在CFB碳化反应器下部中的入口。该实施方案提供的优点在于，通过循环大量的MeCO3富集的吸着剂流，抑制在CFB提升器中的温度提高，在外部从反应器除去由在碳化反应器中由CO2捕集产生的热量，同时得到非常稳定的(接近恒定的)温度分布。外部除去热量更有效和成本高效。在通常在平均反应器温度以下10-50℃的温度水平上，在外部除去热量。循环较少的固体将允许温度分布梯度提高(使平衡驱动力变差，但是需要较少的风扇功率)，而循环更多的固体将使分布缓和或平坦化，但是需要提高的比风扇功率。所选的优化操作温度和循环速率必须根据情况考虑，使得数值最大化。该方法的另外的实施方案是，其中通过将固体MeCO3富集的固体的第二(第三或第四…)部分(在较低温度下，平均反应器温度以下50℃-200℃，较小量)冷却并沿着反应器的高度分布再循环至中间区域或位置来调节温度，以控制由于放热吸收反应在提升器中的温度提高。此外，在该实施方案中，从外部除去来自碳化反应器中CO2捕集的热量，得到均匀分布，同时降低总体所需的固体循环速率。提高在冷却的循环固体流和平均反应器温度之间的温差，降低从过程除去的热量的量，但是允许采用成本高效方式的有效外部热量去除，而通过循环较少的固体不会显著提高烟道气风扇功耗。在两种情况下，通过从循环的MeCO3富集的固体流除去热量，调节反应器温度。循环的MeCO3富集的固体流可在位于CFB碳化反应器下游的任何装置中冷却，一种这样的可能是在位于固体分离装置下游的流化床换热器中冷却固体。此外，MeCO3富集固体中加入到反应器下部的部分的温度可高达平均反应器温度以下10℃。MeCO3中进一步向上沿着反应器的高度剖面(heightprofile)的位置加入的部分可经由流化床换热器冷却至平均反应器温度以下超过200℃。通过固体加入和混合，可加入这些加入的部分，以降低局部反应器温度。根据本文说明的其它方面，本专利技术的一个实施方案为一种用于从二氧化碳CO2富集的烟道气流捕集二氧化碳的系统。所述系统包含：通过碳化反应用于捕集存在于烟道气中的二氧化碳CO2的循环流化床(CFB)碳化反应器；将金属氧化物MeO富集的流通往CFB碳化反应器的管道；将二氧化碳CO2富集的烟道气流通往反应器的管道；在循环流化床(CFB)碳化反应器的下游从烟道气分离MeCO3富集的流的分离装置；在分离单元的下游，用于将MeCO3富集的流分成两个或更多个部分的分流装置；在进入CFB碳化反应器之前，用于使MeCO3富集的流换热的流化床换热器；用于将冷却的MeCO3富集流的第一部分再循环至CFB碳化反应器的管道；和任选地，用于使MeCO3富集流的一部分绕行至CFB碳化反应器的下部的管道。CFB碳化反应器的提升器，也就是将固体材料输送至升高的固体分离装置的装置，其可利用内部部件，例如静态混合装置或分布器，以改进经反应器的横截面的固体径向分布，具有提高反应器固体浓度和所得到的固体保留(solidshold-up)的附加效果。通过固体材料的再循环流，实现在CFB碳化反应器中控制温度分布。这些再循环的流具有抑制温度提高的效果，由于在CFB碳化反应器中发生的热量释放而出现温度提高。在这种情况下，在返回至CFB碳化反应器之前，通常从分离单元传送的所有固体材料的流经一些类型的换热器传送。在通过流化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在循环流化床(CFB)碳化反应器(10)中通过碳化来捕集二氧化碳CO2的方法，所述方法包括以下步骤：‑ 使金属氧化物MeO富集的流(13)通往循环流化床(CFB)碳化反应器(10)；‑ 使二氧化碳CO2富集的气体流(14)通往所述CFB碳化反应器(10)；‑ 通过二氧化碳CO2与金属氧化物MeO反应形成金属碳酸盐MeCO3，捕集二氧化碳CO2；‑ 在分离装置(30)中从烟道气分离金属碳酸盐MeCO3；‑ 从离装置(30)收集金属碳酸盐MeCO3富集的固体流；‑ 随后将所述金属碳酸盐MeCO3富集的固体流冷却和分开(或分开和冷却)成为两个或更多个冷却的固体流，形成两个或更多个部分；‑ 通过在各个可能的位置将所述MeCO3的一个或多个冷却的部分加入到CFB碳化反应器(10)，调节所述CFB碳化反应器(10)的温度分布，以优化温度分布，用于CO2捕集目的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.30 EP 12162734.31.一种在循环流化床(CFB)碳化反应器(10)中通过碳化来捕集二氧化碳CO2的方法，所述方法包括以下步骤：-使金属氧化物MeO富集的流通往循环流化床(CFB)碳化反应器(10)；-使二氧化碳CO2富集的气体流通往所述CFB碳化反应器(10)；-通过二氧化碳CO2与金属氧化物MeO反应形成金属碳酸盐MeCO3，捕集二氧化碳CO2；-在分离装置(30)中从烟道气分离金属碳酸盐MeCO3；-从分离装置(30)收集金属碳酸盐MeCO3富集的固体流；-随后将所述金属碳酸盐MeCO3富集的固体流冷却和分开或分开和冷却成为两个或更多个冷却的固体流，形成两个或更多个部分；其特征在于，-通过在各个可能的位置将所述MeCO3富集的固体流的冷却的部分加入到CFB碳化反应器(10)，调节所述CFB碳化反应器(10)的温度分布，以优化温度分布，用于CO2捕集目的。2.权利要求1的方法，其中通过将冷却的MeCO3富集固体的第一部分再循环至CFB碳化反应器(10)的下部，调节所述反应器温度。3.权利要求1和2中任一项的方法，其中通过将冷却的MeCO3富集固体的第二部分再循环至位于所述CFB碳化反应器(10)的高度剖面的中间区域的入口，进一步调节CFB碳化反应器(10)温度。4.权利要求1和2中任一项的方法，其中通过使用装置(59)帮助固体输送，沿着所述CFB碳化反应器(10)的高度剖面，将冷却的MeCO3富集固体的第三部分再循环至位于上部区域的入口，进一步调节所述反应器的温度。5.权利要求1的方法，其中通过在所述CFB碳化反应器(10)下游的流化床换热装置(20)，冷却所述MeCO3富集的固体流。6.权利要求1的方法，其中所述MeCO3富集的固体流的第一、第二或第三部分的温度在对应于反应器流出物中固体的目标平衡分压的温度以下1...

【专利技术属性】
技术研发人员：G海恩兹，O斯塔尔曼恩，M巴费，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH