[发明专利]一种集成化学链燃烧与CO2捕集的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成化学链燃烧与CO₂捕集的方法和装置，特别是涉及一种基于NiO/Ni-CaCO₃/CaO双循环煤炭利用与CO₂捕集的方法和装置。

背景技术

经济和社会的不断发展需要依赖能源的支撑，但传统能源利用过程中，在获得能量的同时会产生大量的温室气体，导致“温室效应”，CO₂又是最重要的温室气体，加强二氧化碳的捕集和封存显得尤其重要，迫切需要研究和发展新型的清洁高效能源利用方式。化学链燃烧不同于传统的直接燃烧技术，避免了燃料与空气的直接接触，通过载氧体将空气中的氧间接传输给燃料，无需在分离和回收CO₂时消耗大量的能量，可以提高系统的效率。化学链燃烧的燃料来源于固体燃料煤炭，煤炭仍然是我国主要的能量来源，也是存量最丰富的能源，以煤为主的能源格局在将来不会改变。煤炭经水蒸气和氧气部分气化后产生的水蒸气用于化学链燃烧，化学链燃烧对外输出能量，未气化的固体以焦炭的形式存在，用于烟气中CO₂的捕集，实现传统燃煤电站烟气中低浓度的CO₂的捕集，将煤炭的能量充分利用起来，也是高效清洁利用煤炭资源的方式之一。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种集成化学链燃烧与捕集CO₂的方法与装置，本发明在利用化学链燃烧技术获得能量的同时能够有效的分离出烟气中的CO₂。

技术方案：本发明的集成化学链燃烧与捕集CO₂的方法，煤经螺旋给料器进入气化反应器，所述气化反应器的温度控制在1000～1200℃，在气化反应器的底部通入水蒸气和氧气，所述水蒸气的温度为400～500℃，气化反应器处于鼓泡流态化，气化反应产生水煤气，水煤气的主要成分为CO和H₂；水煤气经布风板进入化学链燃烧的燃料反应器内，从燃料反应器顶部的出气口一次性加入NiO，燃料反应器处于鼓泡流态化，温度稳定在900～950℃，NiO被CO和H₂还原为Ni，CO和H₂分别被NiO氧化为CO₂和水蒸气，CO₂和水蒸气从燃料反应器上部的出气口逸出，经冷凝可以得到纯净的CO₂；Ni经第一返料器进入空气返料器，所述空气反应器的温度为950～1000℃，从空气反应器的底部通入空气，Ni被空气氧化成NiO，空气转变为贫氧空气，反应放出大量的热，经第一旋风分离器分离，贫氧空气从第一旋风分离器上部的贫氧空气出口排出，NiO经第二返料器返回燃料反应器内，实现载氧体NiO/Ni的循环；

气化反应器内不能完全气化的固体以焦炭的形式存在，焦炭经第三返料器进入煅烧反应器内，所述煅烧反应器的温度为900～1000℃，将CaCO₃加入煅烧反应器，从煅烧反应器的底部通入O₂，焦炭与O₂燃烧放热，CaCO₃受热分解为CaO和CO₂，经第二旋风分离器分离，CO₂从第二旋风分离器顶部的CO₂出口排出；CaO从第二旋风分离器的底部排出，并经第四返料器进入碳酸化反应器，碳酸化反应器温度控制在650～700℃，在碳酸化反应器的底部通入CO₂体积分数为10～15%的烟气，CaO吸收烟气中的CO₂产生CaCO₃，经第三旋风分离器分离，不含CO₂的烟气从第三旋风分离器上部的烟气出口逸出，实现CO₂的捕集，CaCO₃经第五返料器返回到煅烧反应器内，实现CaO/CaCO₃的循环。

本发明方法中，燃料反应器和空气反应器内放置有载氧体NiO和Ni，煅烧反应器和碳酸化反应器内放置有CaCO₃和CaO。