CN105944528B - 一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的装置及方法 - Google Patents
一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105944528B CN105944528B CN201610320123.2A CN201610320123A CN105944528B CN 105944528 B CN105944528 B CN 105944528B CN 201610320123 A CN201610320123 A CN 201610320123A CN 105944528 B CN105944528 B CN 105944528B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flue gas
- reactor
- composite particles
- gas
- cyclone separator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 108
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 96
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 65
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 48
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 40
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 48
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 23
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 18
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 16
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 12
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 claims description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 6
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 6
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 3
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 claims description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims 4
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims 3
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims 1
- 239000010882 bottom ash Substances 0.000 claims 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims 1
- 230000008676 import Effects 0.000 claims 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 claims 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims 1
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 claims 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 abstract description 19
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 abstract description 9
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 29
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 12
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 12
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- -1 and at the same time Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005262 decarbonization Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 235000015320 potassium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/81—Solid phase processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/40—Alkaline earth metal or magnesium compounds
- B01D2251/404—Alkaline earth metal or magnesium compounds of calcium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/60—Inorganic bases or salts
- B01D2251/602—Oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
本发明公开一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的装置及方法，该装置中，煅烧反应器(6)底部布置有布风板(2)、第二排渣管(23’)及引入流化气的循环风机(1)，侧边密相区分别布置有燃料进口(3)和颗粒进口(4)；煅烧反应器(6)上部与第一旋风分离器(7)相连；所述的第一旋风分离器(7)上端分两路，一路与循环风机(1)相连，一路经同轴压缩机(9)压缩，同轴压缩机(9)与膨胀机(11)通过主轴(10)连接。本发明利用Ca/Cu基复合颗粒循环即可实现烟气CO2捕集及燃料燃烧供氧，无需引入纯氧，降低成本。并利用加压烟气反应器实现复合颗粒吸、释氧速率匹配。
Description
技术领域
本发明涉及能源与环保交叉领域，发明了一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法及装置。
背景技术
燃烧后脱碳技术是最简单的CO2回收方式，即在发电动力系统的排气中分离和回收CO2。根据中国的国情，火电仍然是国家最主要的二次能源，已建立的燃煤电厂众多且体系完善，同时考虑到燃煤烟气的特点(CO2浓度低、流量大) 以及其它各项技术的成熟度、适用范围等众多因素，燃烧后CO2捕集技术不失为一种较为有效的CO2减排方法。
目前，该技术主要包括溶剂吸收法、碱金属钾基吸收CO2法以及钙基吸收剂煅烧/碳酸化循环反应分离CO2等方法。溶剂吸收法，以MEA(单乙醇胺)为主要代表，该法存在设备腐蚀严重、对烟气条件要求苛刻、易产生二次污染以及经济成本高等缺点。碱金属吸收剂干法吸收CO2法的能耗比MEA法低，但 Na2CO3活性较差，而K2CO3的价格较为昂贵。
钙基吸收剂煅烧/碳酸化循环反应分离CO2流程为：钙基吸收剂首先进入煅烧反应器分解为CaO与CO2，所需热量由燃料的纯氧燃烧提供，不能引入空气，故烟气中CO2浓度达95％以上，可以直接回收；CaO进入碳酸化反应器捕集烟气中的CO2，烟气中CO2浓度将降至5％以下，生成的CaCO3返回煅烧反应器，再煅烧成CaO，如此反应循环进行，适时补充新鲜的钙基吸收剂和排出部分失活的吸收剂以实现整个系统的连续运行。该技术基于石灰石等钙基吸收剂储量丰富、分布广泛、价格低廉而受到广泛关注。
钙基吸收剂煅烧/碳酸化循环反应分离CO2方法中，煅烧反应器内CaCO3煅烧所需热量为燃料与纯氧燃烧放热提供，故该系统需要额外增加一套提供纯氧的空分装置。增设空分装置后，不仅设备成本大幅增加，同时提供纯氧的空分装置运行电耗及维护费用庞大，使得系统整体经济性、可靠性下降，不利于该方法的工业化应用。
发明内容
技术问题：针对上述常规钙基吸收剂煅烧/碳酸化循环捕集CO2存在的问题，本发明提出了一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法及装置，该方法在煅烧反应器内无需引入纯氧，而通过Ca/Cu基复合颗粒中CuO分解产生的氧气供燃料燃烧，分解后的Cu2O在烟气反应器中与烟气中氧气反应获得再生。并采用加压烟气反应器增加在低氧浓度烟气下Cu2O吸氧速率，以匹配两反应器间颗粒吸、释氧反应速率。
发明内容：本发明提供了一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的装置，该装置包括循环风机、第一布风板、第二布风板、燃料进口、颗粒进口、第一受热面、第二受热面、煅烧反应器、第一旋风分离器、第一返料阀、CO2压缩机、主轴、膨胀机、第二旋风分离器、第二返料阀、常压室、第一电动阀、充压室、第二电动阀、压力传感器、加压烟气反应器、压缩机、空气入口风机、烟气入口、第一排渣管、第二排渣管。
所述的煅烧反应器底部布置有布风板、第二排渣管及引入流化气的循环风机，侧边密相区分别布置有燃料进口和颗粒进口；煅烧反应器上部与第一旋风分离器相连。
所述的第一旋风分离器上端分两路，一路与循环风机相连，一路经同轴压缩机压缩，同轴压缩机与膨胀机通过主轴连接；第一旋风分离器的下料管连至第一返料阀；所述的第一返料阀与常压室上端相连，常压室下端分别经第一电动阀、充压室和第二电动阀与加压烟气反应器密相区相连；
所述的加压烟气反应器主体下部布置有第二布风板和排渣管，加压烟气反应器上安装压力传感器，下端连有压缩机；压缩机进口为两路，一路为烟气入口，一路为空气入口风机引入补给空气；加压烟气反应器上端与第二旋风分离器相连；第二旋风分离器下料管经第二返料阀后与煅烧反应器密相区相连，上部出气口与膨胀机相连；
煅烧反应器和加压烟气反应器内部分别均布置有第一受热面和第二受热面。
本发明还提供了一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，包括如下步骤：
步骤一、碳基燃料通过燃料进口、Ca/Cu基复合颗粒通过颗粒进口进入煅烧反应器，循环烟气为流化介质通过第一布风板将固体颗粒流化；在900-950℃下复合颗粒中CuO分解为Cu2O或Cu产生氧气与燃料燃烧放热，复合颗粒中CaCO3成分受热煅烧分解；Ca/Cu基复合颗粒主要成分为钙基吸收剂和CuO，循环烟气主要为CO2和H2O；
步骤二、反应后的气固混合物经第一旋风分离器分离，气体混合物一部分重新引入循环风机作为流化介质，一部分经同轴压缩机压缩后进行CO2封存；气体混合物主要为CO2和H2O；
步骤三、固体混合物通过第一返料阀进入常压室，而后关闭第二电动阀，开启第一电动阀，颗粒下落至充压室；关闭第一电动阀，开启第二电动阀，颗粒由充压室进入加压烟气反应器，实现常压至加压反应器的返料；
步骤四、烟气入口进入烟气，空气经空气入口风机进入补充氧气，气流经压缩机加压进入加压烟气反应器作为流化介质；放热反应通过第二受热面控制反应温度；在650-700℃下复合颗粒中CaO捕集烟气中的CO2，同时Cu2O与烟气中氧气反应获得再生；
步骤五、反应后的气固混合物经第二旋风分离器分离，高压气体经膨胀机做功后通过主轴带动同轴压缩机工作；固体颗粒由第二返料阀返料至煅烧反应器再次反应；高压气体主要成分为N2和H2O；
步骤六、复合颗粒在两个反应器内不断循环反应，将烟气中的CO2转移至煅烧反应器，尾气为高浓度CO2进行封存；失活的颗粒及底渣通过第一排渣管和第二排渣管排出，通过颗粒进口补充新鲜颗粒。
优选的，煅烧反应器通过复合颗粒中CuO分解产生的氧气供燃料燃烧供热，分解后的Cu2O在加压烟气反应器中与烟气中氧气反应再生，只需提供烟气反应器空气而不需要提供煅烧反应器(6)纯氧。空气是少量的。
优选的，提供煅烧热量的碳基燃料为煤、生物质、石油焦或CH4等气、固态燃料中的任一种。
优选的，对于不同燃料所需的Cu/Ca摩尔比不同，对于常用的燃料Cu/Ca 摩尔比在2-4.5之间。
优选的，煅烧反应器和加压烟气反应器为流化床反应器，气固分离通过第一旋风分离器和第二旋风分离器完成。
优选的，煅烧反应器的流化介质为反应后的循环的一部分尾气。
优选的，通过设置常压室、充压室及调控第一电动阀和第二电动阀的方式实现物料从常压煅烧反应器到加压烟气反应器的转移。
优选的，煅烧反应器和加压烟气反应内布置第一受热面和第二受热面。
优选的，加压烟气反应器内反应温度为650-700℃；煅烧反应器内温度为 900-950℃。
优选的，加压烟气反应器为加压反应器，反应器压力0-2Mpa可调以匹配两反应器间释氧和吸氧速率。
优选的，加压烟气乏气通过膨胀机做功带动同轴压缩机压缩CO2进行储存，实现加压乏气能量回收。
有益效果：
1、通过Ca/Cu基复合颗粒中CuO分解产生的氧气供燃料燃烧，分解后的 Cu2O在烟气反应器中与烟气中氧气反应获得再生。煅烧反应器无需额外的空分装置提供纯氧，降低了捕集CO2成本。
2、利用加压烟气反应器可提高复合颗粒中Cu2O在低氧浓度的烟气中与氧气的反应速率，减少复合颗粒用量，降低运行成本。
3、煅烧反应器无需引入纯氧，没有低温气体升温所带来的能量损失，提高了系统整体热效率，减少燃料消耗。
4、加压烟气反应器后加压尾气通过膨胀机做功带动压缩机压缩煅烧反应器后CO2，实现加压尾气能量回收。
5、反应器内布置受热面可有效控制反应温度。
附图说明
图1为本发明提供的利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2装置的结构示意图。
图中：1、循环风机；2、第一布风板；2’、第二布风板；3、燃料进口；4、颗粒进口；5、第一受热面；5’、第二受热面；6、煅烧反应器；7、第一旋风分离器；8、第一返料阀；9、CO2压缩机；10、主轴；11、膨胀机；12、第二旋风分离器；13、第二返料阀；14、常压室；15、第一电动阀；16、充压室；17、第二电动阀；18、压力传感器；19、加压烟气反应器；20、压缩机；21、空气入口风机；22、烟气入口；23、第一排渣管；23’、第二排渣管。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均处于本发明的保护范围之中。
本发明提供的利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的装置，该装置包括循环风机1、第一布风板2、第二布风板2’、燃料进口3、颗粒进口4、第一受热面5、第二受热面5’、煅烧反应器6、第一旋风分离器7、第一返料阀8、CO2压缩机9、主轴10、膨胀机11、第二旋风分离器12、第二返料阀13、常压室14、第一电动阀15、充压室16、第二电动阀17、压力传感器18、加压烟气反应器 19、压缩机20、空气入口风机21、烟气入口22、第一排渣管23、第二排渣管 23’。
所述的煅烧反应器6底部布置有第二布风板、第二排渣管23’及引入流化气的循环风机1，侧边密相区分别布置有燃料进口3和颗粒进口4；煅烧反应器6 上部与第一旋风分离器7相连。
所述的第一旋风分离器7上端分两路，一路与循环风机1相连，一路经同轴压缩机9压缩，同轴压缩机9与膨胀机11通过主轴10连接；第一旋风分离器——7的下料管连至第一返料阀8；所述的第一返料阀8与常压室14上端相连，常压室14下端分别经第一电动阀15、充压室16和第二电动阀17与加压烟气反应器19密相区相连；
所述的加压烟气反应器19主体下部布置有第二布风板2’和第二排渣管3，加压烟气反应器19上安装压力传感器18，下端连有压缩机20；压缩机20进口为两路，一路为烟气入口22，一路为空气入口风机21引入补给空气；加压烟气反应器19上端与第二旋风分离器12相连；第二旋风分离器12下料管经第二返料阀13后与煅烧反应器6密相区相连，上部出气口与膨胀机11相连；
煅烧反应器6和加压烟气反应器19内部分别均布置有第一受热面5和第二受热面5’。
本发明还提供了一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，包括如下步骤：
步骤一、碳基燃料通过燃料进口3、Ca/Cu基复合颗粒通过颗粒进口4进入煅烧反应器6，循环烟气为流化介质通过第一布风板2将固体颗粒流化；在 900-950℃下复合颗粒中CuO分解为Cu2O或Cu产生氧气与燃料燃烧放热，复合颗粒中CaCO3成分受热煅烧分解；Ca/Cu基复合颗粒主要成分为钙基吸收剂和 CuO，循环烟气主要为CO2和H2O；
步骤二、反应后的气固混合物经第一旋风分离器7分离，气体混合物一部分重新引入循环风机1作为流化介质，一部分经同轴压缩机9压缩后进行CO2封存；气体混合物主要为CO2和H2O；
步骤三、固体混合物通过第一返料阀——8进入常压室14，而后关闭第二电动阀17，开启第一电动阀15，颗粒下落至充压室16；关闭第一电动阀15，开启第二电动阀17，颗粒由充压室16进入加压烟气反应器19，实现常压至加压反应器的返料；
步骤四、烟气入口22进入烟气，空气经空气入口风机21进入补充氧气，气流经压缩机20加压进入加压烟气反应器19作为流化介质；放热反应通过第二受热面5’控制反应温度；在650-700℃下复合颗粒中CaO捕集烟气中的CO2，同时 Cu2O与烟气中氧气反应获得再生；
步骤五、反应后的气固混合物经第二旋风分离器12分离，高压气体经膨胀机11做功后通过主轴10带动同轴压缩机9工作；固体颗粒由第二返料阀13返料至煅烧反应器6再次反应；高压气体主要成分为N2和H2O；
步骤六、复合颗粒在两个反应器内不断循环反应，将烟气中的CO2转移至煅烧反应器6，尾气为高浓度CO2进行封存；失活的颗粒及底渣通过第一排渣管 23和第二排渣管23’排出，通过颗粒进口4补充新鲜颗粒。
煅烧反应器6通过复合颗粒中CuO分解产生的氧气供燃料燃烧供热，分解后的Cu2O在加压烟气反应器19中与烟气中氧气反应再生，只需提供烟气反应器19空气而不需要提供煅烧反应器6纯氧。空气是少量的。
提供煅烧热量的碳基燃料为煤、生物质、石油焦或CH4等气、固态燃料中的任一种。
对于不同燃料所需的Cu/Ca摩尔比不同，对于常用的燃料Cu/Ca摩尔比在 2-4.5之间。
煅烧反应器6和加压烟气反应器19为流化床反应器，气固分离通过第一旋风分离器7和第二旋风分离器12完成。
煅烧反应器6的流化介质为反应后的循环的一部分尾气。
通过设置常压室14、充压室16及调控第一电动阀15和第二电动阀17的方式实现物料从常压煅烧反应器6到加压烟气反应器19的转移。
煅烧反应器6和加压烟气反应19内布置第一受热面5和第二受热面5’调控所需反应温度。
加压烟气反应器19内反应温度为650-700℃；煅烧反应器6内温度为 900-950℃。
加压烟气反应器19为加压反应器，反应器压力0-2Mpa可调以匹配两反应器间释氧和吸氧速率。
加压烟气乏气通过膨胀机11做功带动同轴压缩机9压缩CO2进行储存，实现加压乏气能量回收。
实施例：
以下结合实施例示意图和专利附图对本发明做更进一步的说明。
燃料进口3可投入碳基固体燃料或接入CH4等气态燃料。利用制粒机将钙基吸收剂(包括以CaO或CaCO3为主要成分的矿物或废弃物)和以CuO为主要成分的混合物制成一定粒径的复合颗粒，该复合颗粒采用特有的复合结构以保证整体活性，对于不同燃料复合颗粒Cu/Ca摩尔比不同，对于甲烷Cu/Ca摩尔比大约在4左右。复合颗粒从颗粒进口4给入。循环烟气(主要成分为CO2和H2O) 由循环风机1引入煅烧反应器6，作为流化介质将固体颗粒流化。
煅烧反应器6温度为900-950℃，CuO受热分解，
燃料与分解产生的氧气燃烧供热，同时CaCO3受热分解，
Fuel+O2→CO2+H2O+pollutant
CaCO3→CaO+CO2
反应后的气固混合物经第一旋风分离器7分离，气体成分(主要为CO2和 H2O)由上部排出。气体混合物一部分重新引入循环风机1作为流化介质；另一部分经同轴压缩机9压缩储存。固体颗粒主要为未燃尽燃料颗粒、反应后的复合颗粒(反应后的主要成分为Cu2O/CaO)。固体颗粒从常压煅烧反应器6至加压烟气反应器19的返料通过两级充压室实现。固体颗粒首先由返料阀8返料至常压室14，此时第一电动阀15关闭，第二电动阀17开启；开启第一电动阀15，关闭第二电动阀17，颗粒由常压室14落至充压室16；而后开启第二电动阀17，关闭第一电动阀15，颗粒从充压室16输送至加压烟气反应器19密相区完成物料交换。
经计算烟气(主要成分为体积分数约为5％O2，15％CO2，10％H2O及N2) 中5％O2左右的氧气量与燃料燃烧放热不足以完全煅烧烟气中CO2所对应的 CaCO3量，故需引入补给空气，烟气及补给空气经压缩机20加压后进入加压烟气反应器19，作为流化介质将固体颗粒流化。加压烟气反应器19内温度为 650-700℃，发生的反应主要有：
包括复合颗粒中Cu2O与O2反应再生，CaO的碳酸化反应捕集CO2，未燃尽燃料的燃烧。
两反应器内均布置受热面5及5’用以调控所需的反应温度。
由于烟气中氧气浓度远远低于空气中，常压下烟气中的反应速率减慢，可能导致CuO在两个反应器内释氧和吸氧速率不匹配。为了提高Cu2O的吸氧速率，采用加压烟气反应器19，压力0-2MPa可控以匹配实际循环所需反应速率。同时烟气中10％左右的水蒸气可提高复合颗粒吸氧及碳酸化的反应活性。
反应后的气固混合物经第二旋风分离器12分离，由于CaO过量，排气主要成分为N2和H2O，由于压力依然较高，通过膨胀机11做功经主轴10带动同轴压缩机9工作，实现加压尾气能量回收；固体颗粒(主要成分为CaCO3和CuO) 通过第二返料阀13返料至煅烧反应器6再次进行上述反应。
物料不断在两个反应器间循环，从而将烟气中的O2和CO2转移至煅烧反应器6内，同时煅烧反应器6无需引入纯氧即可获得高浓度CO2的排气，降低捕集成本。底渣和失活的复合颗粒经第二排渣管3及23’排出，新鲜的复合颗粒从颗粒进口4补充，可实现该系长期高效的运行。
Claims (11)
1.一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的装置，其特征在于，该装置包括循环风机(1)、第一布风板(2)、第二布风板(2’)、燃料进口(3)、颗粒进口(4)、第一受热面(5)、第二受热面(5’)、煅烧反应器(6)、第一旋风分离器(7)、第一返料阀(8)、CO2压缩机(9)、主轴(10)、膨胀机(11)、第二旋风分离器(12)、第二返料阀(13)、常压室(14)、第一电动阀(15)、充压室(16)、第二电动阀(17)、压力传感器(18)、加压烟气反应器(19)、压缩机(20)、空气入口风机(21)、烟气入口(22)、第一排渣管(23)、第二排渣管(23’)；
所述的煅烧反应器(6)底部布置有布风板(2)、第二排渣管(23’)及引入流化气的循环风机(1)，侧边密相区分别布置有燃料进口(3)和颗粒进口(4)；煅烧反应器(6)上部与第一旋风分离器(7)相连；
所述的第一旋风分离器(7)上端分两路，一路与循环风机(1)相连，一路经同轴压缩机(9)压缩，同轴压缩机(9)与膨胀机(11)通过主轴(10)连接；第一旋风分离器(7)的下料管连至第一返料阀(8)；所述的第一返料阀(8)与常压室(14)上端相连，常压室(14)下端分别经第一电动阀(15)、充压室(16)和第二电动阀(17)与加压烟气反应器(19)密相区相连；
所述的加压烟气反应器(19)主体下部布置有第二布风板(2’)和排渣管(23)，加压烟气反应器(19)上安装压力传感器(18)，下端连有压缩机(20)；压缩机(20)进口为两路，一路为烟气入口(22)，一路为空气入口风机(21)引入补给空气；加压烟气反应器(19)上端与第二旋风分离器(12)相连；第二旋风分离器(12)下料管经第二返料阀(13)后与煅烧反应器(6)密相区相连，上部出气口与膨胀机(11)相连；
煅烧反应器(6)和加压烟气反应器(19)内部分别均布置有第一受热面(5)和第二受热面(5’)。
2.一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、碳基燃料通过燃料进口(3)、Ca/Cu基复合颗粒通过颗粒进口(4)进入煅烧反应器(6)，循环烟气为流化介质通过第一布风板(2)将固体颗粒流化；在900-950℃下复合颗粒中CuO分解为Cu2O或Cu产生氧气与燃料燃烧放热，复合颗粒中CaCO3成分受热煅烧分解；Ca/Cu基复合颗粒主要成分为钙基吸收剂和CuO，循环烟气主要为CO2和H2O；
步骤二、反应后的气固混合物经第一旋风分离器(7)分离，气体混合物一部分重新引入循环风机(1)作为流化介质，一部分经同轴压缩机(9)压缩后进行CO2封存；气体混合物主要为CO2和H2O；
步骤三、固体混合物通过第一返料阀(8)进入常压室(14)，而后关闭第二电动阀(17)，开启第一电动阀(15)，颗粒下落至充压室(16)；关闭第一电动阀(15)，开启第二电动阀(17)，颗粒由充压室(16)进入加压烟气反应器(19)，实现常压至加压反应器的返料；
步骤四、烟气入口(22)进入烟气，空气经空气入口风机(21)进入补充氧气，气流经压缩机(20)加压进入加压烟气反应器(19)作为流化介质；放热反应通过第二受热面(5’)控制反应温度；在650-700℃下复合颗粒中CaO捕集烟气中的CO2，同时Cu2O与烟气中氧气反应获得再生；
步骤五、反应后的气固混合物经第二旋风分离器(12)分离，高压气体经膨胀机(11)做功后通过主轴(10)带动同轴压缩机(9)工作；固体颗粒由第二返料阀(13)返料至煅烧反应器(6)再次反应；高压气体主要成分为N2和H2O；
步骤六、复合颗粒在两个反应器内不断循环反应，将烟气中的CO2转移至煅烧反应器(6)，尾气为高浓度CO2进行封存；失活的颗粒及底渣通过第一排渣管(23)和第二排渣管(23’)排出，通过颗粒进口(4)补充新鲜颗粒。
3.根据权利要求2所述的利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，煅烧反应器(6)通过复合颗粒中CuO分解产生的氧气供燃料燃烧供热，分解后的Cu2O在加压烟气反应器(19)中与烟气中氧气反应再生，只需提供烟气反应器(19)空气而不需要提供煅烧反应器(6)纯氧。
4.根据权利要求2所述的利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，提供煅烧热量的碳基燃料为煤、生物质、石油焦或CH4气、固态燃料中的任一种。
5.根据权利要求2所述的利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，对于不同燃料所需的Cu/Ca摩尔比不同，对于常用的燃料Cu/Ca摩尔比在2-4.5之间。
6.根据权利要求2所述的利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，煅烧反应器(6)和加压烟气反应器(19)为流化床反应器，气固分离通过第一旋风分离器(7)和第二旋风分离器(12)完成。
7.根据权利要求2所述的利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，煅烧反应器(6)的流化介质为反应后的循环的一部分尾气。
8.根据权利要求2所述的利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，通过设置常压室(14)、充压室(16)及调控第一电动阀(15)和第二电动阀(17)的方式实现物料从常压煅烧反应器(6)到加压烟气反应器(19)的转移。
9.根据权利要求2所述的利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，加压烟气反应器(19)内反应温度为650-700℃；煅烧反应器(6)内温度为900-950℃。
10.根据权利要求2所述的利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，加压烟气反应器(19)为加压反应器，反应器压力0-2Mpa可调以匹配两反应器间释氧和吸氧速率。
11.根据权利要求2所述的利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的方法，其特征在于，加压烟气乏气通过膨胀机(11)做功带动同轴压缩机(9)压缩CO2进行储存，实现加压乏气能量回收。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610320123.2A CN105944528B (zh) | 2016-05-13 | 2016-05-13 | 一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610320123.2A CN105944528B (zh) | 2016-05-13 | 2016-05-13 | 一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105944528A CN105944528A (zh) | 2016-09-21 |
| CN105944528B true CN105944528B (zh) | 2018-12-14 |
Family
ID=56911656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610320123.2A Active CN105944528B (zh) | 2016-05-13 | 2016-05-13 | 一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105944528B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106824094B (zh) * | 2017-02-28 | 2019-06-14 | 南京师范大学 | 一种利用改性煤矸石脱除电厂烟气co2的系统及其实施方法 |
| CN108302523B (zh) * | 2018-01-08 | 2019-10-11 | 东南大学 | 一种带水合反应器的复合吸收剂循环捕捉co2的装置及方法 |
| CN113694927B (zh) * | 2021-09-09 | 2024-04-12 | 江苏盛世基业环保科技有限公司 | 一种自分散石墨烯和铁共掺杂纳米二氧化钛及其制备方法 |
| CN115178075A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-10-14 | 合肥中亚环保科技有限公司 | 一种脱除小窑炉烟气中二氧化碳的工艺系统 |
| CN115715984B (zh) * | 2022-09-28 | 2024-03-08 | 山东大学 | 一种基于钙循环协同脱除二氧化碳和NO的铜铈改性CaO及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101298023B (zh) * | 2008-06-17 | 2010-12-22 | 东南大学 | 高活性钾基吸收剂干法脱除烟气中co2的装置及方法 |
| CA2743911C (en) * | 2008-11-19 | 2016-01-12 | The Ohio State University Research Foundation | Carbonation calcination reaction process for co2 capture using a highly regenerable sorbent |
| CN101844038B (zh) * | 2010-06-13 | 2011-10-19 | 东南大学 | 一种用于脱除烟气中二氧化碳改性钙基吸收剂的制备方法 |
| ES2593812T3 (es) * | 2010-11-24 | 2016-12-13 | General Electric Technology Gmbh | Método de depurar un gas de combustión rico en dióxido de carbono y un sistema de caldera |
| CN103752164B (zh) * | 2014-01-16 | 2015-07-08 | 华中科技大学 | 一种石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置 |
| CN104061568B (zh) * | 2014-06-26 | 2017-09-26 | 东南大学 | 一种Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO2的方法及装置 |
-
2016
- 2016-05-13 CN CN201610320123.2A patent/CN105944528B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105944528A (zh) | 2016-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105944528B (zh) | 一种利用Ca/Cu基复合颗粒捕集烟气中CO2的装置及方法 | |
| Ströhle et al. | Feasibility study on the carbonate looping process for post-combustion CO2 capture from coal-fired power plants | |
| Wang et al. | Simulations and process analysis of the carbonation–calcination reaction process with intermediate hydration | |
| US9651252B2 (en) | System for CO2 capture from a combustion flue gas using a CaO/CaCO3 chemical loop | |
| CN106014512B (zh) | 一种基于超临界二氧化碳的煤基燃料纯氧燃烧发电系统及方法 | |
| CN104174280B (zh) | 带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉co2的装置及方法 | |
| Wu et al. | System integration optimization for coal-fired power plant with CO2 capture by Na2CO3 dry sorbents | |
| CN105854543A (zh) | 一种协同实现火电机组储能调峰和碳捕捉的装置及方法 | |
| CN104061568B (zh) | 一种Cu/Ca基化合物联合循环捕捉CO2的方法及装置 | |
| CN103742899A (zh) | 一种富氧燃烧循环流化床多联产系统及工艺 | |
| CN106975341A (zh) | 一种带蒸汽活化反应器的钙基吸收剂循环脱除二氧化碳的装置及其方法 | |
| CN113606946A (zh) | 一种水泥窑尾烟气的二氧化碳捕集系统及减排方法 | |
| CN107903921B (zh) | 一种耦合水泥生产和废白土再利用的碳减排系统 | |
| CN103446875B (zh) | 循环流化床燃烧系统的脱硫剂强化脱硫的方法及其系统 | |
| CN108554324A (zh) | 一种基于化学链反应制备氨气的装置及方法 | |
| CN108395905A (zh) | 基于超临界二氧化碳循环的含碳固废物气化燃烧发电系统 | |
| CN108302523B (zh) | 一种带水合反应器的复合吸收剂循环捕捉co2的装置及方法 | |
| CN200975664Y (zh) | 富氧燃烧循环流化床锅炉系统 | |
| CN105485701B (zh) | 与钙基吸收剂顺序脱硫脱碳系统深度集成的燃煤发电系统 | |
| CN110067611A (zh) | 一种钙循环法捕集co2联合液氧储能的调峰系统及工作方法 | |
| CN106194283B (zh) | 一种低能耗实现燃气机组热电冷三联产零碳排放的方法 | |
| CN105764598B (zh) | 用于减少乏风瓦斯的碳酸盐矿物循环反应器 | |
| CN103113919A (zh) | 一种三反应器生物质热解系统及其工作方法 | |
| Arias et al. | Advanced CO2 capture systems based on calcium looping for deep decarbonization of flue gases | |
| CN108619896A (zh) | 一种基于切换式填充床反应器的co2循环脱除装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |