[发明专利]带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO2的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO₂的装置及方法，属于能源技术与环境保护技术交叉领域。

背景技术

钙基吸收剂循环捕集CO₂技术指利用石灰石等钙基吸收剂煅烧产物CaO捕集煤燃烧或气化产生的CO₂，生成CaCO₃，浓缩和回收CaCO₃煅烧释放出CO₂的技术。该技术基于石灰石等钙基吸收剂储量丰富、分布广泛、价格低廉而受到研究者们的广泛关注。其工艺流程主要分为两步：钙基吸收剂首先进入煅烧反应器分解为C_aO与CO₂，所需热量由煤的纯氧燃烧提供，烟气中CO₂浓度达95％以上，可以直接回收；生成的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。该系统的碳酸化温度一般为650℃～700℃，煅烧温度一般为850℃～950℃。

传统的钙基吸收剂循环捕集CO₂技术存在一定的问题，在多次循环后吸收剂会产生烧结现象，使得煅烧产物CaO的孔隙发生了严重的坍塌和阻塞，从而抑制了CO₂通过这些孔隙扩散继续与CaO进行碳酸化反应，也就是产生所谓的吸收剂失活现象。

发明内容

技术问题：为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种带水合反应器的钙基吸收剂循环煅烧/碳酸化捕捉CO₂的装置及方法，可克服传统的钙基吸收剂循环捕集CO₂技术的不足，有效减缓钙基吸收剂失活现象。

技术方案：本发明的一种带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO₂的装置包括水合反应器、碳酸化反应器、旋风分离器、细灰输送装置、煅烧反应器、浆液泵、返料阀、换热器、冷凝器、空气分离装置，以及各部分之间的连接管道；其中，水合反应器入口与煅烧反应器排渣管相连，水合反应器底部出口经浆液泵后与碳酸化反应器相连；碳酸化反应器的上端与旋风分离器相连接，旋风分离器、换热器、细灰回送装置与煅烧反应器顺序连接；煅烧反应器下端的风室与空气分离装置相连，煅烧反应器上部的烟气出口与冷凝器相连；冷凝器出口分别与外部的CO₂压缩净化装置及水合反应器相连；返料阀的一端接碳酸化反应器，另一端接煅烧反应器。

所述细灰输送装置是螺旋输送机或气动密封返料阀。

所述浆液泵出口能通过煤浆喷嘴在碳酸化反应器的任何位置喷入。

本发明的一种带水合反应器的钙基吸收剂循环捕捉CO₂的方法包括如下步骤：

步骤一、将空气送入空气分离装置，空气经过空气分离装置，分离出的O₂进入煅烧反应器的风室，作为煅烧反应器的流化风；

步骤二、煅烧反应器反应温度为850℃～950℃，碳基固体燃料与新鲜石灰石的混合物自流化床密相区下部加入煅烧反应器，燃料的燃烧反应为石灰石的热解提供热量；煅烧反应器内生成的固体混合物一部分经密相区溢流口进入返料阀，另一部分进入水合反应器，废弃物料通过排渣管排出煅烧反应器；

步骤三、来自于煅烧反应器的CaO在水合反应器中发生反应，生成的Ca(OH)₂浆体通过浆液泵打入碳酸化反应器内；

步骤四、碳酸化反应器反应温度为650℃～700℃，Ca(OH)₂与流化风中的CO₂发生反应生成CaCO₃,生成的烟气进入旋风分离器；经旋风分离器分离出来的飞灰颗粒经换热器换热后进入细灰回送装置，再由细灰回送装置送入煅烧反应器；冷凝器输出的CO₂送到外部的CO₂压缩净化装置，实现CO₂的捕捉。

步骤二所述返料阀流化介质为水蒸气。

步骤三所述水合反应器所需水来自于冷凝器的凝结水。

本发明原理如下：

空气经过气体分离装置，分离出的O₂进入煅烧反应器风室，作为煅烧反应器的流化风；