一种回收CO2的碳转化装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及CO2回收转化的碳处理技术，具体是一种回收CO2的碳转化装置，包括由内到外依次套设的粉煤通道管Ⅰ、CO2通道管、氧气通道管和粉煤通道管Ⅱ，所述粉煤通道管Ⅰ、CO2通道管、氧气通道管和粉煤通道管Ⅱ各自的物料进口呈由上到下的布置、各自的物料出口均位于通道管的底端口。该回收CO2碳转化装置的使用方法是：分别向粉煤通道管Ⅰ、CO2通道管、氧气通道管和粉煤通道管Ⅱ内通入对应的粉煤Ⅰ、CO2气体、氧气和粉煤Ⅱ。利用煤气化反应“包裹”碳转化反应，形成CO2还原所需的高温、无氧、纯净的环境，极大提高CO2的还原转化率。的还原转化率。

【技术实现步骤摘要】
一种回收CO2的碳转化装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及CO2回收转化的碳处理技术，应用在碳减排、碳中和领域，具体是一种回收CO2的碳转化装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]目前碳减排的主要技术方向包括碳捕集/封存驱油、CO2基可降解塑料、CO2加氢制甲醇、CO2与甲烷重整、CO2与焦炭转化等。CO2作为氧化态的稳定气体，欲使其发生化学反应，实施碳转化，需要消耗大量的能量。上述碳减排的技术方向，如CO2基可降解塑料，面临产品分子量小，不稳定等技术难题；CO2驱油技术存在对地质影响的可行性，仍需验证；其它加氢制甲醇、与甲烷重整制合成气等综合利用技术，几十年前实验室已完成技术验证，但过低的转化效率、过高的能量消耗，使得CO2的综合利用成本较高，难以应用于工业化生产。
[0003]CO2可以和碳在高温下发生还原反应得到CO气，将CO气作为原料生产化工产品，如甲酸、乙二醇、草酸等。该工艺路线可将CO2气转化为CO气，若能成功应用于工业化生产，可为碳减排提供一条可靠的途径。
[0004]现有的CO2与焦炭转化技术，是在常压固定床造气炉内进行的，该技术的初衷是在低投资情况下制取千方级的CO气。具体是以优质冶金焦为原料，以O2和CO2为气化剂，在常压固定床造气炉内，发生碳气化和碳转化反应。反应制得的粗CO气自炉顶排出，经余热回收、洗涤除尘后，再进一步脱硫、压缩、脱硫脱碳，除去酸性气体和富余CO2气，最后得到精制的CO气。
[0005]CO2与碳发生反应生成CO，该反应需要吸收大量的热，每摩尔碳反应需吸收的热量，约为碳与氧气发生氧化反应放出热量的1.5倍。从理论上讲，在常压法焦炭转化技术中温度900
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1100℃，没有足够的热量提供给CO2发生还原反应，该技术加CO2气的主要目的是热载体和调节温度，控制固定床层的最高温度在焦炭的灰熔点以下，防止灰渣结块。该技术生产规模小，原料煤的使用苛刻，碳转化效率低、不完全，产生大量的固体残渣和富含蒽醌、酚、萘等有机杂质的废水，基本处于淘汰阶段。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种高压高温回收CO2的碳转化装置及方法，该装置为高压高温碳转化炉，利用纯氧与粉煤在高压下发生气化反应，气化温度高达1500
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1700℃，实现CO2的碳转化。其核心为复合了煤气化与碳转化的燃烧器，该燃烧器为立式多层套管式结构，发生煤气化反应的粉煤通道和氧气通道在外层，发生碳转化反应的CO2通道和粉煤通道在内层，从而形成一种外层是高温火焰、内层是强吸热低温区的稳定状态。本专利技术的具体结构是：一种回收CO2的碳转化装置，其包括由内到外依次套设的粉煤通道管Ⅰ、CO2通道管、氧气通道管和粉煤通道管Ⅱ，所述粉煤通道管Ⅰ、CO2通道管、氧气通道管和粉煤通道管Ⅱ各自的物料进口呈由上到下的布置、各自的物料出口均位于通道管的底端口。
[0007]上述回收CO2的碳转化装置，所述粉煤通道管Ⅰ、CO2通道管、氧气通道管和粉煤通道管Ⅱ的各自顶端管口高度由上到下依次降低，所述粉煤通道管Ⅰ的顶端管口处设有粉煤进口Ⅰ，所述CO2通道管的侧部且位于氧气通道管顶端管口上方处设有CO2进口，所述氧气通道管的侧部且位于粉煤通道管Ⅱ顶端管口上方处设有氧气进口，所述粉煤通道管Ⅱ顶端管口处设有粉煤进口Ⅱ。
[0008]上述回收CO2的碳转化装置，所述粉煤通道管Ⅱ外层设有保护气夹套，所述保护气夹套外层设有冷却盘管，所述冷却盘管上涂刷有耐温涂层。
[0009]本专利技术还涉及一种使用回收CO2的碳转化装置来实施碳转化的方法，利用煤气化反应“包裹”碳转化反应，形成 CO2还原所需的高温、无氧、纯净的环境，极大提高CO2的还原转化率。
[0010]上述回收CO2碳转化装置的使用方法是：分别向粉煤通道管Ⅰ、CO2通道管、氧气通道管和粉煤通道管Ⅱ内通入对应的粉煤Ⅰ、CO2气体、氧气和粉煤Ⅱ。
[0011]上述的回收CO2碳转化装置的使用方法，首先向氧气通道管内通入氧气、粉煤通道管Ⅱ内通入粉煤Ⅱ使两者在燃烧室内气化燃烧；然后将燃烧室压力提升至3.0
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7.0MPa；之后向CO2通道管内通入CO2气体；最后向粉煤通道管Ⅰ内通入粉煤Ⅰ，使两者在前述气化燃烧产生的火焰内发生碳转化反应。
[0012]上述的回收CO2碳转化装置的使用方法，CO2气体和粉煤Ⅰ的质量比为4~8：1。
[0013]本专利技术的有益效果为：其一，该燃烧器设置为多层套管结构，合理布置各个物料进口，适用范围广泛，易于维修更换。可在常规的粉煤气化炉上进行更换，改造简单、投资少，对原有的设备系统影响小，降低改造成本。
[0014]其二，反应所需的物料分别输送，外圈的煤气化燃烧反应提供高温环境，随后CO2和粉煤Ⅰ在燃烧火焰内吸热实现碳转化还原反应。碳转化还原的发生，能够降低燃烧器表面温度，从而提高燃烧的本质安全性，同时内圈的强吸热作用，可以减少外圈燃烧火焰的飘忽，稳定火焰。
[0015]其三，CO2设在氧气和粉煤Ⅰ之间，起到燃烧隔离的作用，避免了粉煤Ⅰ的燃烧问题，进一步的稳定火焰，减少飞灰逃逸量，极大提高了CO2和粉煤Ⅰ的还原转化率，CO产出量较高，有利于下游装置CO产业链的应用。
[0016]其四，转化率高则参与反应的CO2气量也高，即可通入的CO2气量高，能够达到氧气量的10%，CO产气量比现有技术提高6%。
[0017]其五，常压固定床碳转化技术中，原料煤只能选择焦炭，煤种来源单一。本技术采用了CO2气包裹粉煤Ⅰ设置在火焰中心，在高温无氧环境下，粉煤Ⅰ喷出燃烧器后优先发生热解反应，释放出挥发成分，剩余的焦炭粉粒再与高温CO2气发生碳转化反应，故本技术可使用无烟煤、烟煤、褐煤、焦炭等多煤种。
[0018]其六，常压固定床碳转化技术中，焦炭、氧气、CO2气混合在一起，各种反应同时发生、相互影响，碳转化效率低，导致其产生大量未反应的固体残渣。而本技术采用了顶置套装结构的复合燃烧器，各物料由内到外分层布置，可人为控制反应的选择性，未完全反应的粉煤Ⅰ逃逸出CO2气层后，进入到外圈的火焰氧气层中继续发生煤气化反应，减少了飞灰的逃逸。其固体残渣降低了40%。
[0019]其七，本技术的反应温度高达1500
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1700℃，与常压固定床碳转化技术相比，基本不产生蒽醌、酚、萘等有机杂质，极大的降低了后序洗尘废水的处理难度。
[0020]其八，本技术的反应压力控制在4.0
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7.0MPa，且采用流态化粉煤，与常压固定床碳转化技术相比，生产规模可扩大50
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100倍。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的结构示意图。
[0022]图中：1、粉煤进口Ⅰ，2、CO2进口，3、氧气进口，4、粉煤进口Ⅱ，5、保护气夹套，6、冷却盘管，7、耐温涂层。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细的说明。应当强调的是以下实施例是示例性的，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回收CO2的碳转化装置，其特征在于：包括由内到外依次套设的粉煤通道管Ⅰ、CO2通道管、氧气通道管和粉煤通道管Ⅱ，所述粉煤通道管Ⅰ、CO2通道管、氧气通道管和粉煤通道管Ⅱ各自的物料进口呈由上到下的布置、各自的物料出口均位于通道管的底端口。2.根据权利要求1所述的回收CO2的碳转化装置，其特征在于：所述粉煤通道管Ⅰ、CO2通道管、氧气通道管和粉煤通道管Ⅱ的各自顶端管口高度由上到下依次降低，所述粉煤通道管Ⅰ的顶端管口处设有粉煤进口Ⅰ（1），所述CO2通道管的侧部且位于氧气通道管顶端管口上方处设有CO2进口（2），所述氧气通道管的侧部且位于粉煤通道管Ⅱ顶端管口上方处设有氧气进口（3），所述粉煤通道管Ⅱ顶端管口处设有粉煤进口Ⅱ（4）。3.根据权利要求1所述的回收CO2的碳转化装置，其特征在于：所述粉煤通道管Ⅱ外层设有保...

【专利技术属性】
技术研发人员：王延吉，吕新春，王华星，周广兵，张承峰，郭保方，李道岭，孙远岭，韩炳旭，张燕杰，庞书阳，
申请(专利权)人：鲁西化工集团股份有限公司煤化工一分公司，
类型：发明
国别省市：