[发明专利]基于金属氧化物-CaCO3吸收剂的煤燃烧CO2捕获方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及煤燃烧领域，特别是煤燃烧过程中CO₂的捕获方法和装置。

背景技术

控制和减少煤燃烧过程CO₂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CO₂减排压力日益增加，开发高效的燃煤CO₂分离技术，实现CO₂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CO₂。在各类燃煤CO₂减排技术中，以石灰石作为CO₂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CO₂的捕获分离；吸收容量大，即使CaO转化率只有50％，每Kg CaO对CO₂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CO₂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CO₂体积份额比较低，不超过20％，过低的CO₂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。

发明内容

本发明提供了一种煤粉燃烧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，再利用石灰石作为CO₂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CO₂吸收容量保持稳定。

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，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O₂与生成的CO、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)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(2)中的CaO来源于步骤(3)CaCO₃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。

本发明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CO₂的捕获方面，使其反应性得以充分利用。理论依据如下：