本发明专利技术提供了基于金属氧化物-CaCO3吸收剂的煤燃烧CO2捕获方法和装置，首先利用金属氧化物与煤粉反应产生高浓度CO2，再利用CaCO3煅烧产物CaO作为CO2吸收剂，该方法不仅促进煤的充分转化，而且通过CaO与水蒸气的反应，在线活化CaO，在多次循环反应中，使CaO对CO2吸收容量保持稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤燃烧领域，特别是煤燃烧过程中(X)2的捕获方法和装置。
技术介绍
控制和减少煤燃烧过程(X)2的排放，对于应对全球变暖和温室效应具有重要的作用。特别是对于中国，鉴于其能源结构以煤为主的特点，CO2排放水平急剧增加并已经居于世界第一位的现状，我国当前所面临的(X)2减排压力日益增加，开发高效的燃煤(X)2分离技术，实现(X)2的减排目标，具有重大的社会意义和经济价值。燃煤CO2减排的核心是回收得到高浓度的C02。在各类燃煤CO2减排技术中，以石灰石作为(X)2吸收剂的吸收法，其主要优点在于具有一定的技术灵活性，可以直接用于燃煤尾部烟气中(X)2的捕获分离；吸收容量大，即使CaO转化率只有50%，每Kg CaO对(X)2的吸收容量也可以达到393g ；同时，CaCO3煅烧再生后，可以得到接近100%的高纯度(X)2气体。 但是，煤与空气直接燃烧时，产生大量煤燃烧尾部烟气，由于空气中惰性N2的掺杂稀释，尾部烟气中(X)2体积份额比较低，不超过20%，过低的(X)2气体份额导致CaO的转化程度极大降低；而且在多次石灰石煅烧及CaO碳酸化反应过程，随着循环反应次数增加，CaO反应性快速衰减，CO2吸收容量不断降低。因此，提高煤燃烧反应尾气中CO2的浓度，促进CaO与 CO2的碳酸化转化程度，并抑制多次循环反应过程中CaO反应性的衰减，对于煤燃烧CO2的捕获，非常重要。
技术实现思路
本专利技术提供了一种煤粉燃烧(X)2捕获方法和装置，首先利用金属氧化物与煤粉反应产生高浓度CO2,再利用石灰石作为(X)2的吸收剂，不仅促进煤的充分转化，而且通过CaO 与水蒸气的反应在线活化CaO，在多次循环反应中，使CaO对(X)2吸收容量保持稳定。基于金属氧化物-CaCO3吸收剂的煤燃烧(X)2捕获方法，具体为(1)同时进行煤粉气化和金属氧化物分解，气化产物与金属氧化物及该金属氧化物分解所产生的更低价态金属氧化物反应，生成CO2、水蒸气、CO、H2和金属，金属氧化物分解产生的A与生成的CO、H2进行氧化反应，生成(X)2和水蒸气；(2) CaO吸收步骤(1)产生的CO2和水蒸气生成CaCO3和Ca(OH)2, Ca(OH)2进一步吸收(X)2生成CaCO3 ；(3) CaCO3分解产生纯CO2气体。进一步地，还将所述步骤(1)生成的金属与空气氧化再生为金属氧化物。进一步地，所述步骤O)中的CaO来源于步骤(3)CaC03的煅烧分解。进一步地，所述金属氧化物为CuO、CuFe2O4^MnFe2O4, CoFe2O4中的任意一种。实现上述方法的装置，包括依次相接的两段式鼓泡流化床1、煤灰分离器2、CaCO3 分离器3、快速流化床4、第一旋风分离器5、第一密封阀6、快速流化床7、第二旋风分离器8、第二密封阀9和两段式鼓泡流化床1，鼓泡流化床1还分别与第三旋风分离器10和煤飞灰捕集器11连接。本专利技术的技术效果具体体现在1.以煤或者其它含碳燃料(包括生物质、污泥等)为燃料，石灰石作为载体的主要组分，储量大、来源广、价格低；2.以金属氧化物-石灰石作为复合载体，用于煤燃烧高浓度(X)2的捕获方面，使其反应性得以充分利用。理论依据如下假定煤等含碳燃料的分子式简化为C，石灰石以其中主要组分CaCO3表示，金属氧化物选取CuO，在燃料反应器1内，煤等含碳燃料与CuO-石灰石复合载体发生一系列复杂的反应，具体如下首先，在燃料反应器1的下端，在水蒸气或者CO2气氛下，煤等含碳燃料吸收一定量的水蒸气(或者CO2)和热量，进行气化反应，产生CO和H2，如下(1)、(2)式所示。C+H20(气)一H2(气)+CO(气)(1)C+C02 (气)一2C0 (气)(2)同时，在燃料反应器1的下端，煤气化产物(H2\C0)与CuO及Cu2O反应，产生(X)2和水蒸气，并释放一定的热量；另外，CaO与(X)2进行碳酸化反应，具体如下所示 H2/C0 (气)+CuO — Cu+H20/C02 (气)(3)H2/C0 (气)+Cu2O — 2Cu+H20/C02 (气)(4)Ca0+C02 (气)一CaCO3(5)而在燃料反应器1的上端，CuO分解释放出02，并与煤未充分反应所产生的少量不凝结气体(包括0)和吐)直接燃烧，产生CO2和水蒸气；同时，CaO完成与水蒸气的反应活化及(X)2的吸收，具体反应如下所示4CuO — 2Cu20+02 (气)(6)2C0/H2 (气)+O2 (气)一2C02/H20 (气)(7)CaCHH2O (气)一Ca (OH) 2(8)Ca (OH) 2+C02 — CaC03+H20(9)其次，在空气反应器4中，完成Cu与空气(02+3 . 76N2)的氧化再生，并释放出大量热量，具体反应如下2Cu+ (02+3 . 76N2)(气)一2Cu0+3. 76N2 (气) (10) 最后，在煅烧器7中，利用CuO所携带的热量，完成石灰石的煅烧再生，产生CaO和高浓度的(X)2气体，具体反应式如下CaC03/Cu0 — Ca0/Cu0+C02(11)通过上述分析，可以看出，不仅实现了煤粉的充分转化、高浓度CO2的产生，而且还完成了 CuO的还原再生、石灰石的煅烧分解、CaO的在线活化及(X)2的吸收。(3)该过程促进了煤粉的充分转化，可以得到高浓度的CO2 ；(4)通过CaO与水蒸气的在线活化，避免了 CaO对(X)2吸收容量随着循环反应次数的降低，有利于CaO反应性的保持；(5)同时，通过CaO对燃料反应器尾部烟气中CO2和H2O蒸汽的吸收，极大的减小了燃料反应器尾部烟气的排放量和冷凝处理耗费的成本；(6)通过不同反应之间的吸热和放热量的利用，实现了系统能量平衡。 附图说明图1.以CuO-CaCO3为复合载体的煤燃烧(X)2捕获装置图。图2.以CuO-CaCO3为复合载体的煤燃烧(X)2捕获流程图。具体实施例方式本专利技术所提出的煤粉燃烧CO2捕获装置，如图1所示，由两段式鼓泡流化床1、煤灰分离器2、CaCO3分离器3、第三旋风分离器10和煤飞灰捕集器11组成燃料反应器系统A ； 再由快速流化床4、第一旋风分离器5、第一密封阀6组成空气反应器系统B ；最后，由快速流化床7、第二旋风分离器8、第二密封阀9依次相连，组成煅烧器系统C。本专利技术以煤等含碳燃料与CuO-石灰石复合载体为原料，进行一系列的反应，完成煤的充分燃烧和高浓度(X)2的捕集，流程如图2所示，具体实施方式如下1.首先，在燃料反应器1的下半段，850°C左右反应温度和高浓度的水蒸气或(X)2 气氛下，完成煤的气化、气化产物与Cu0/Cu20的氧化反应、CaO的碳酸化反应(具体如式 (1)-(5)所示)；2.在燃料反应器1的上半段，550°C左右的反应温度下，分别完成CuO的分解吸热反应，释放出的&与煤在燃料反应器1下半段未完全反应的不凝结气体(CO和H2)进行氧化反应；同时，CaO吸收水蒸气进行活化，并吸收煤燃烧反应产生的大量CO2，具体如式 (6)-(9)所示。3.燃料反应器1下段的固体残余，包括煤灰、Cu及CaCO3，通过煤灰分离器2，分离掉煤灰，剩余的Cu及CaCO3再输送进入分离器3、完成CaCO3的分离，然后把Cu输送进入空气反应器4 ；而燃料反应本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．基于金属氧化物－ＣａＣＯ３吸收剂的煤燃烧ＣＯ２捕获方法，具体为：（１）同时进行煤粉气化和金属氧化物分解，煤粉气化产物与金属氧化物及该金属氧化物分解所产生的更低价态金属氧化物反应，生成ＣＯ２、水蒸气、ＣＯ、Ｈ２及金属，而金属氧化物分解产生的Ｏ２与生成的ＣＯ和Ｈ２进行氧化反应，生成ＣＯ２和水蒸气；（２）ＣａＯ吸收步骤（１）产生的ＣＯ２和水蒸气，生成ＣａＣＯ３和Ｃａ（ＯＨ）２，Ｃａ（ＯＨ）２进一步吸收ＣＯ２生成ＣａＣＯ３；（３）对步骤（２）生成的ＣａＣＯ３煅烧分解，产生纯ＣＯ２气体和ＣａＯ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王保文，高传昌，王为术，
申请(专利权)人：华北水利水电学院，
类型：发明
国别省市：41
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