[发明专利]基于原位吸附/脱附方式的连续循环二氧化碳捕集系统

说明书

本发明属于碳捕集技术相关设备领域，并公开了一种基于原位吸附/脱附方式的连续循环二氧化碳捕集系统，其包括依次相连的烟气净化模块、增压模块、等温碳捕集循环反应器组、出气冷凝装置、负压模块等，其中等温循环碳捕集反应器组被设计为由彼此贴合设置在一起进行传热的碳酸化反应器和再生反应器共同组成，两者在反应进行到一定时间后可执行功能切换；此外所述碳酸化反应器配备有增压模块，所述再生反应器(42)配备有负压模块并持续供给适量的水蒸气。通过本发明，与现有连续碳捕集方式相比能够显著提高整体反应效率，消除固体吸附剂颗粒因碰撞发生的磨损，并使得吸附与脱附之间的温差大为降低，同时具备经济性和环境友好性等优点。

技术领域

本发明属于碳捕集技术相关设备领域，更具体地，涉及一种基于原位吸附/脱附方式的碳连续循环捕集系统。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是导致全球气候变暖的温室气体的主要成分之一，对温室效应的贡献率高达55％，由于CO₂等温室气体排放所引起的气候变化已成为全世界关注的焦点问题。碳捕集与封存技术(CCS技术)是指将二氧化碳从相关集中排放燃烧源中捕获并分离出来，并采用各种方法存储以避免其排放到大气中的一种技术，是应对气候变化最有效的技术路径之一。其中，相比较对CO₂的压缩，输运与封存，从燃煤电站捕集烟气中CO₂的成本最高，占CCS费用的75％以上，因此如何经济、有效地规模化捕集CO₂成为当今科研机构与企业研究的重点与热点。

目前已有的二氧化碳捕集方法主要有富氧燃烧捕集、燃烧前捕集和燃烧后捕集三种，其中，燃烧后捕集是应用较为普遍的方法。所谓燃烧后捕集，是系统从一次燃料在空气中燃烧所产生的烟道气体中分离CO₂，包括变压吸附、膜分离、物理吸收及化学吸收等，能直接应用于现有生产设备，投入相对较少，原理简单，适用范围广。例如，由于化学反应的存在，化学吸收法用于CO₂捕集时，吸收能力强，平衡分压低，吸收过程中能维持足够高的传质推动力，可确保高捕集效率，具有较高的可操作性及广阔的市场前景。

基于碱金属氧化物和碱土金属氧化物的固体吸附剂循环捕集CO₂技术被认为是最具有前景的一种燃烧后捕集CO₂的技术手段之一，它可以直接运用于常规燃煤电厂或者水泥厂，钢厂等。其工作原理是：含有高浓度CO₂的烟气通入吸附反应器中，固体吸附剂吸收CO₂，然后生成固体产物通过串行双流化床系统输运到另一个温度更高的脱附反应器中，固体吸附剂得以再生，同时获得高浓度的CO₂，进而压缩、输运和封存。

然而，进一步的研究表明，该技术仍然存在若干技术难题。首先，碱金属氧化物和碱土金属氧化物的耐磨性普遍较差，在传统的串行双流化床反应器中破碎太严重；其次，采用传统流程的循环装置，由于热力学的限制，吸附和脱附反应的温差较大，如采用CaO的吸附和脱附温差为350℃，采用MgO的吸附和脱附温差为250℃，因此，传统流程的热经济性较差；其三，由于串行双流化床的系统复杂，操作不便而且限制了气固反应速率的进一步提升空间。相应地，本领域亟需作出进一步的研究和改进，以便更好地发挥固体吸附剂循环捕集CO₂技术的优势。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于原位吸附/脱附方式的连续循环二氧化碳捕集系统，其中通过结合固体吸附剂捕集工艺的特点来展开针对性研究，并采用原位吸附/脱附的反应机理来对整个反应体系的组成重新进行设计，特别是对关键组件如反应器组、增压模块和负压模块等的具体组成及设置方式做出调整，相应与现有碳连续捕集方式相比能够显著提高整体反应效率，消除固体吸附剂颗粒因碰撞发生的磨损，并使得吸附与脱附之间的温差大为降低，相应优化了吸附剂的循环稳定性及反应活性。