[发明专利]一种基于化学链燃烧耦合超临界水热反应的CO2

说明书

本发明涉及一种基于化学链燃烧耦合超临界水热反应的CO₂捕集系统及工作方法。目前的化学链燃烧循环反应中载氧体烧结熔融导致循环反应速率下降。本发明包括化学链燃烧系统，化学链燃烧系统包括空气反应器、热解炉、燃料反应器和旋风分离器，热解炉和空气反应器连接，其特点在于：还包括CO₂储存装置、水煤浆系统和超临界水热反应系统，水煤浆系统包括磨煤设备、储水罐、混合罐、胶体罐和储浆罐，储水罐、混合罐、胶体罐和储浆罐通过管路依次连接；超临界水热反应系统包括高压水煤浆泵、超临界水氧化反应器、预热器和CO₂分离器，预热器和超临界水氧化反应器连接。本发明提高化学链燃烧经济性和能源利用效率，能以低成本、低能耗捕集CO₂。

技术领域

本发明涉及CO₂捕集及化石燃料燃烧领域，尤其是涉及一种基于化学链燃烧耦合超临界水热反应的CO₂捕集系统及工作方法。

背景技术

自从工业文明以来，地球大气中的CO₂浓度由于人类的生产活动而急剧上升。CO₂作为一种典型的温室气体，直接导致温室效应。目前，CO₂的减排可通过调整能源结构和提高能源转化及利用效率实现。

从能源结构角度来看，由于短期内人类以化石能源为主要能源的形势不会改变，尤其是我国，煤炭从储量构成到能源消费体系都占绝对主导地位，如何使能源系统环境友好且在分离CO₂的同时提高系统利用效率，是控制CO₂排放的能源系统研究的主要目的。

化学链燃烧中，燃料不直接与空气接触燃烧，而是通过载氧体在空气反应器和燃料反应器之间的交替氧化-还原反应，实现氧的转移，完成燃料化学能的转化过程。由于燃料反应器中，燃料与固体氧载体颗粒反应，从燃料反应器中出来的H₂O和CO₂没有被N₂稀释，CO₂浓度较高，不需要专门的CO₂分离设备，经过简单的冷凝除去其中的水蒸气即可得到几乎纯净的CO₂，实现了零能耗分离CO₂，同时由于燃料品位降低到被还原后的金属单质(或低价金属氧化物)的品位，使得燃烧损失降低，提高了燃料燃烧的效率。

超临界水中煤的氧化技术利用超临界水的特殊性质，煤和氧气在超临界水中完全互溶后，形成均相反应体系，在极短的反应时间内煤彻底被氧化，放出大量的热量，最终产物为CO₂、H₂O、N₂等无害物质，无SO₂、NO_x等有害气体，有显著的环保优势。该技术属于新型的煤炭洁净燃烧技术，符合当前节能、减排的国际发展趋势。与焚烧法、湿式空气氧化法相比，超临界水氧化技术具有无需催化剂、停留时间短、去除效率高、清洁、广谱等优点。

目前的化学链燃烧循环反应中载氧体烧结熔融导致循环反应速率下降，以及煤热解后残焦无法与载氧体充分反应。目前还没有一种能解决上述问题的基于化学链燃烧耦合超临界水热反应的CO₂捕集系统。

发明内容

本发明的目的在于解决化学链燃烧循环反应中载氧体烧结熔融导致的循环反应速率下降，及煤热解后残焦无法与载氧体充分反应等技术问题，而提供一种基于化学链燃烧耦合超临界水热反应的CO₂捕集系统及工作方法。该CO₂捕集系统不仅可以使化学链燃烧经济性和能源利用效率提高，同时能够有效利用化学链燃烧及超临界水氧化反应中所产生的大量余热，能够以低成本、低能耗捕集CO₂。此外，提高煤中化学能的转化利用，环保减排。