[发明专利]煤气化分离CO2

说明书

本发明公开了一种煤气化分离CO₂装置及其分离方法，装置包括混合气化反应器、气化反应器过渡段、移动床反应器，混合气化反应器和移动床反应器侧边分别连接有能够通入第一载氧体和第二载氧体的第四溢流槽和第三溢流槽、能够输出第一载氧体还原物和第二载氧体还原物的第二溢流槽和第一溢流槽，还包括空气反应器。方法包括步骤：(1)初步煤气化反应；(2)进一步氧化还原反应；(3)载氧体的重复还原利用；(4)CO₂的纯化与捕集。本发明的装置反应充分，易于得到纯净的CO₂。本发明只需采用冷凝的方法分离CO₂和水蒸气，不需要消耗传统工艺所需的大量能耗，载氧体和载氧体还原物在系统装置中能够循环使用，实现循环再生，整套装置系统运行成本低廉。

技术领域

本发明涉及化学链燃烧的分离装置，尤其涉及一种基于煤气化的化学链燃烧分离CO₂的装置及其方法。

背景技术

我国是一个以煤炭为主要能源的国家，在这一基本国情的前提下，未来半个世纪内，在能源的选择上，煤将仍扮演着重要的角色。但是煤燃烧过程中会排放出大量的CO₂，由此引起的温室效应对生态环境产生严重的负面影响。随着近年来全球气候变化日益显著，CO₂捕集与封存(CCS)技术成为当今能源和环境科学领域研究的热点问题。化学链燃烧是20世纪80年代发展起来的一种CO₂分离捕集技术。化学链燃烧过程在两个反应器内完成，一个是空气反应器，另一个是燃料反应器，在两个反应器中循环的固体物质叫做载氧体。在空气反应器中，低价态的载氧体被空气中的氧气氧化成为高价态，载氧体获得氧；高价态的载氧体进入燃料反应器，在燃料反应器中被燃料气体还原，即载氧体释放氧，载氧体由高价态重新回到为低价态，燃料反应器的气体产物为水蒸气和CO₂，冷凝分离出其中的水后，得到纯净的CO₂，实现CO₂的分离；低价态的载氧体回到空气反应器进行下次循环。化学链燃烧总的反应仍为燃料在空气中的燃烧反应，获得与燃料在空气中燃烧相等的热量，但是经过这个循环，化学链燃烧过程实现了CO₂的内在分离而不需要额外的能耗。因此，化学链燃烧是一种具有前途的CO₂捕集技术并成为当今的研究热点之一。

以往在使用煤作为燃料进行化学链燃烧时，将煤在单独的气化炉中进行气化，由于气化反应是一个吸热反应，常规的气化炉中的热量来自煤的部分燃烧，为了保证合成气热值，外界向气化炉输送纯氧，纯氧与煤燃烧提供气化反应需要的热量，但是生产纯氧需要空分装置，空分装置在制取纯氧的过程中又将消耗大量的能量，降低了系统净效率。所以，将煤气化后的合成气进行化学链燃烧是一种使用固体燃料的有效途径，但是缺点在于需要额外的空分装置提供纯氧供给气化炉。化学链总反应煤+O₂→CO₂+H₂O为强放热反应，在空气反应器里进行的反应 Fe₃O₄+O₂→Fe₂O₃为强放热反应，在混合气化反应器和移动床反应器中进行的反应为煤气化反应和Fe₂O₃+CO+H₂→Fe₃O₄+H₂O+CO₂，煤气化反应为强吸热反应， Fe₂O₃+CO+H₂→Fe₃O₄+H₂O+CO₂为微放热反应。

传统煤气化过程中经典的CO₂捕集方法为MDEA吸附法，MDEA吸附法主要缺点为胺吸附剂的生产工艺复杂，成本高昂；同时胺吸附剂有毒，其在生产和使用过程中不可避免地会对操作人员的健康产生危害，并对环境造成二次污染。