碳捕获系统，所述碳捕获系统包括：用于使用贫二氧化碳吸附剂吸附二氧化碳产生富二氧化碳吸附剂的碳酸化器(2)；用于将富二氧化碳吸附剂热分解为贫二氧化碳吸附剂和二氧化碳的第一煅烧炉(1)；进入第一煅烧炉(1)的待煅烧的含有富二氧化碳吸附剂的原料供应(4)；在第一煅烧炉(1)和碳酸化器(2)之间的连接(13)；用于将富二氧化碳吸附剂热分解为贫二氧化碳吸附剂和二氧化碳的第二煅烧炉(15)；碳酸化器(2)和第二煅烧炉(15)之间的连接(16)；第二煅烧炉(15)和碳酸化器(2)之间的连接(17)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳捕获系统和用于捕获二氧化碳的方法。先前已描述了多种系统和方法，所述系统和方法详述了从烟道气捕获C02。可将这些系统和方法结合到不同的应用中(如工业应用或发电厂)以从烟道气中捕获二氧化碳。由于天然吸附剂材料(如石灰石)的快速失活，本系统和方法的优选并且特别有益的应用与低碳含量进料材料以用于下游水泥炉渣的生产(如在回旋窑中)有关。尽管在以下说明书中给出了所提供的水泥生产方案的特别优势，但无论如何清楚的是，本系统和方法的应用不受限于水泥生产。背景 水泥生产通过熔结(clinker)原料发生，所述原料一般包括石灰石CaCO3 (作为氧化钙CaO的来源)和黏土、泥灰岩或页岩(作为Si02、Al203、Fe203的来源)并一般还包括其它材料如砂。耦合的碳捕获与水泥生产经以下步骤发生: 1)吸附剂制备；材料研磨和热处理，如煅烧石灰石以生产CaO(允许在煅烧反应器的煅烧期间捕获化学相关的CO2); 2)将吸附剂粉末暴露于烟道气(可能是由于上述热处理而产生，但也可能来自外部过程)以经由煅烧反应器中的气固接触，通过降低燃烧烟道气中的CO2浓度，将CaO转化为CaCO3; 3)吸附剂材料的再生，特别是0)2捕获能力(0)2数量/吸附剂数量)的恢复； 4)吸附剂净化(purge)以完成该循环的材料平衡并从系统中除去失活的吸附剂，其用于水泥生产。考虑以上步骤，图1所示为简化流程框图，其表示与二氧化碳捕获过程耦合的用于水泥生产的目前工艺水平方法流程。它包括煅烧炉1、碳酸化器2和窑3。将含石灰石CaCO3的原料从原料供应4供给到煅烧炉1，在那里将补充吸附剂(主要为CaCO3)连同来自碳酸化器的CaCO3根据以下反应煅烧(通过热分解):CaCO3 — CaO + CO2 以产生二氧化碳CO2和贫二氧化碳吸附剂CaO。将贫吸附剂CaO供给到碳酸化器2，在那里根据以下碳酸化反应将二氧化碳0)2从烟道气5中捕获:CaO + CO2 — CaCO3。将除去CO2的气体6从碳酸化器2排出。将产于碳酸化器2的碳酸钙CaCO 3返回煅烧炉I使经捕获的二氧化碳得以释放并使吸附剂再生。含碳的烟道气5可归于多种多样的热驱动过程(如发电)，但是一些烟道气总是归于水泥加工。在窑3中，烟道气通过燃料与空气燃烧而产生；此外，由于离开碳酸化器2去往窑3的进料材料的剩余碳含量，在熔结反应期间释放了二氧化碳C02。图6显示在一些吸附/解吸循环后，氧化钙CaO失去它吸附二氧化碳0)2的能力，因为该原因，必须将它净化。根据图1的流程图，净化通过以下进行:将含碳酸钙CaCOj^煅烧原料从碳酸化器2中排出，并将其供给窑3用于煅烧和因此熔结。如上所述，该方案的缺点为，在碳酸化器中形成的碳酸钙CaCO3在窑3中煅烧，这需要燃烧另外的燃料并产生另外的CO2，所述CO2与在碳酸化器2处捕获自烟道气的化学结合的CO2相关。这引起窑与碳酸化器之间不必要的二氧化碳循环并因此增加能量消耗和设备尺寸以及成本。图2显示第二简化流程框图，其表示用于水泥生产的目前工艺水平的加工方案。它与图1的方案相似且相同的数字表示相同或类似的组分。图2的流程区别于图1的流程在于净化通过以下进行:将含氧化钙CaO的原料从煅烧炉I排出并将其供给到窑3。该第二流程减少了循环二氧化碳的量，因为在窑处释放了减少量的二氧化碳(因为避免了与捕获自烟道气的二氧化碳相关的另外的CaOV煅烧);尽管如此，仍然将能最有效地用于碳捕获的新鲜和高活性的氧化钙Ca0(吸附剂)连同失活或失效的吸附剂(即具有降低了的吸附二氧化碳能力的吸附剂)无选择性地净化。概述 本专利技术的一方面包括提供系统和方法，所述系统和方法通过避免或至少减少无选择性地净化新鲜和高活性吸附剂改进吸附剂活性并同时限制二氧化碳的循环。通过提供依照所附权利要求的系统和方法实现这些和其它方面。附图简述 其它特征和优势将由对本系统和方法优选但非排他实施方案的描述而显而易见，所述实施方案通过附图中的非限制实施例说明，其中: 图1和2显示与水泥生产耦合的用于碳捕获的目前工艺水平加工方案的实施例； 图3显示简化的流程框图，该流程框图表示根据本专利技术与水泥生产耦合的用于碳捕获的加工方案； 图4所示为用于水泥生产的集成碳捕获方案的更为详细的流程框图； 图5为显示完成了给定数量的煅烧和再碳酸化循环的系统中的吸附剂分数的图表。图5表示图2(曲线A)和图3(曲线B)的工厂方案的情况，并将使用上述方法使水泥生产脱碳所需的材料流考虑在内； 图6为显示随着煅烧和再碳酸化循环的次数增加吸附剂活性降低的图表。附图标记 I煅烧炉 2碳酸化器 3窑 4原料供应 5烟道气 6除去二氧化碳的气体 13连接 15第二煅烧炉 16连接 17连接 18连接 21预热器 22预热器 23线路 24线路 29线路 30线路 31换热器 32连接 33连接 34分离器 35熔炉 36连接线路 38连接线路 39连接 40换热器 42线路 43线路 45换热器 46线路 48换热器 49炉渣 50连接 52线路 A根据图2的系统中CaO所经历的循环 B根据图3和4的系统中CaO所经历的循环。示例性实施方案详述 参照图3，它显示包含第一煅烧炉I和碳酸化器2的碳捕获系统。碳酸化器2用于通过采用贫吸附剂从烟道气中吸附二氧化碳以产生更加富集的吸附剂。除材料的失活特征以外，贫和富吸附剂的组成取决于系统设计和系统运行参数(如补充流量对再循环流量的比例)。对于失活的富吸附剂，与颗粒中可用的Ca结合的CO2的摩尔分数一般小于0.2 (对应图8中介于10和20次吸附剂循环)。以下引用CaO作为贫二氧化碳吸附剂和CaCOdt为富二氧化碳吸附剂；但也可使用其它贫/富吸附剂。此外清楚的是，贫和富溶剂不仅仅由CaO和CaCO3制成，而它们是主要包括CaO或CaCO3和其它材料的混合物；例如，贫吸附剂具有CaO作为主要组分，但也可含有CaCO3,且类似地，富吸附剂也可含有CaO。第一煅烧炉I用于使富二氧化碳吸附剂CaCO3解吸二氧化碳CO 2，产生贫二氧化碳吸附剂CaO。第一煅烧炉I具有待煅烧原料的供应4和第一煅烧炉I与碳酸化器2之间的连接13，所述连接13用于将经煅烧的原料(包括贫二氧化碳吸附剂CaO)转移到碳酸化器2。此外，该系统具有第二煅烧炉15用于使富二氧化碳吸附剂CaCO3解吸二氧化碳CO2，产生贫二氧化碳吸附剂CaO，和碳酸化器2与第二煅烧炉15之间的连接16和17。碳酸化器2和第二煅烧炉15之间的连接16用于将富二氧化碳吸附剂CaCO3转移到第二煅烧炉15，且第二煅烧炉15与碳酸化器2之间的连接17用于将贫二氧化碳吸附剂CaO转回碳酸化器2用于重新捕获二氧化碳C02。该系统可用于许多不同的应用，因此，可向碳酸化器2供给烟道气，所述烟道气含有要从烟道气捕获和分离的二氧化碳co2。选优地，该系统用于水泥生产厂；因此，还提供用于水泥生产的窑3和第二煅烧炉15与窑3之间的用于将贫二氧化碳吸附剂CaO转移到窑3中的连接18。特别有益的是将该系统应用于水泥生产厂，因为在这种情况下，补充CaC03(随新鲜原料供给)的量相比本文档来自技高网...
【技术保护点】
碳捕获系统，所述系统包括：用于使用贫二氧化碳吸附剂吸附二氧化碳产生富二氧化碳吸附剂的碳酸化器(2)，用于将富二氧化碳吸附剂热分解为贫二氧化碳吸附剂和二氧化碳的第一煅烧炉(1)，进入第一煅烧炉(1)的待煅烧原料供应(4)，所述原料含有富二氧化碳吸附剂，第一煅烧炉(1)和碳酸化器(2)之间的用于至少将贫二氧化碳吸附剂移至碳酸化器(2)的连接(13)，其特征在于进一步包括：用于将富二氧化碳吸附剂热分解为贫二氧化碳吸附剂和二氧化碳的第二煅烧炉(15)，碳酸化器(2)和第二煅烧炉(15)之间的用于至少将富二氧化碳吸附剂移至第二煅烧炉(15)的连接(16)，第二煅烧炉(15)和碳酸化器(2)之间的用于将贫二氧化碳吸附剂(CaO)移至碳酸化器(2)的连接(17)。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MC巴弗，O斯塔尔曼恩，C维恩格特纳，
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
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