一种燃煤ＣＯ２零排放方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种燃煤ＣＯ２零排放方法，对ＭＦｅ２Ｏ４（Ｍ代表Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ和Ｃｏ中任意一种）氧载体进行分解生成氧缺位铁酸盐ＭＦｅ２Ｏ４－δ（０≤δ≤２）和Ｏ２，氧缺位铁酸盐与煤气化产物发生还原反应生成ＣＯ２、Ｈ２Ｏ和不凝结气体，其中不凝结气体与分解得到的Ｏ２再进行氧化反应生成ＣＯ２和水蒸气；生成的ＣＯ２和水蒸气与被还原的氧缺位铁酸盐发生还原反应生成由ＣＯ和氢气构成的合成气，最终实现ＣＯ２零排放。本发明专利技术还提供了实现上述方法的装置，以快速流化床、两段式喷动流化床以及鼓泡流化床为主要组件。本发明专利技术达到了燃煤的高效洁净利用和ＣＯ２的真正零排放，避免了对ＣＯ２的远距离传输能量和成本耗费，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤燃烧领域，特别是涉及煤燃烧过程中的co2零排放方法和装置。
技术介绍
以煤为主的化石燃料在提供了85%以上的世界用能的同时，煤燃烧过程所产生的 C02是人类活动过程所产生的C02的一个主要来源。控制燃煤C02排放水平，开发高效的燃 煤(A减排技术，具有重大的社会意义和经济价值。相对于提高燃煤发电效率、促进能源替 代并采用低碳燃料(比如天然气和生物质等)这两条(A减排技术路线，对煤燃烧所产生 的C02进行捕获以及封存后处理的路线(简称为CCS路线)，更为积极有效，在不改变当前能源结构的前提下，能够有效实现燃煤co2的减排目标。对于燃煤C02减排的CCS路线，co2 的处理主要由煤利用过程产生的co2的分离回收、所得到的高纯co2的压縮和远距离传送、地质或者海洋存贮这三部分组成。由于C02分离回收占整个C02处理成本的75 85%，因 此，C02分离回收是燃煤C02处理研究的重点。 就燃煤CCS路线所包含的三类C02分离回收方法(包括煤燃烧前、煤燃烧中以及 煤燃烧后C02回收方法)及其相关分离技术，比如各类物理吸附法、甲基乙醇胺(MEA)等碱 性溶液以及石灰石等干基吸收剂化学吸收法、膜分离方法，纯氧燃烧技术等，尽管能够实现 燃煤所产生的C02的回收，但是高浓度C02的捕获会导致煤利用系统效率的极大降低(10% 左右)以及发电成本的增加。 进一步的，与上述的C02回收方法和相关技术有着本质的区别，化学链燃烧技术， 作为燃料和空气的非混合燃烧技术，以氧载体代替空气，与煤及其气化产物在燃料反应器 中进行还原反应，被还原的氧载体再传递进入空气反应器中进行氧化再生，从而达到氧载 体的多次循环利用。该技术不仅完成了煤的氧化，同时还避免了传统燃烧方式下燃料与空 气的直接接触以及空气中所含N2对煤反应尾气中C02的稀释。因此，相对于一般的C02回 收方法，该技术具有显著的特点和优势，不仅能够根除燃料燃烧时NOx的产生，提高燃料的 利用效率；同时，燃料完全转化时，反应产物仅包含空气和水蒸气，无需额外的分离装置和 措施，经过简单的冷凝处理，就可以得到高纯C02，也就是所谓的C02内分离特性，从而便于 后续存贮处理。 显然，在上述的各种燃煤C02回收方法和技术中，尽管煤化学链燃烧技术具有显著 的优点，不仅可以根除燃料N0X的产生，而且能够在不引起系统效率降低的前提下得到高浓 度的C02。但是，对于捕获获得的高浓度(A，一般都需要经过压縮后进行离线处理，把回收 得到的高浓度(A注入深海、开采过的油气田、地下咸蓄水层以及无商业开采价值的煤田深 层，不仅无法对C02从根本上进行彻底处理、所存贮的C02对生态系统的长期潜在危害也不 容忽视；同时，C02的长距离输送也耗费一定的成本。 另外，当前提出的所谓煤(A零排放系统，着眼于煤的高效转化利用，基本上都是 以煤气化为基础。主要包括两种途径一是基于整体煤气化联合循环(简称IGCC)(A分离 系统，但是所采用的装置及其系统的复杂性、过高的一次投资，极大的限制了该技术的推广3应用；二是基于石灰石等C02干基吸收剂为基础的C02零排放系统，尽管美国零排放煤利用 联盟(ZECA)、日本新能源综合开发结构(NEDO)、浙江大学等世界范围内的多个研究机构所 采用。但是上述两种煤C02零排放系统的最大缺陷，还是在于该系统所产生的仅仅是高浓度 的(A，所获得的C02还需进一步离线后处理，进行海洋或者地质存贮，既耗费成本和能量， 还对环境造成潜在危害。 因此，基于煤化学链燃烧技术，充分利用其可以根除煤燃料NOx、可以在不降低系 统效率的前提下获得高纯C02的突出优点；同时，以所获得高浓度的C02为原料，进行C02在 线处理并转化成有用的化工原料并加以利用，对于煤的高效洁净利用、C02的捕获和在线利 用以及煤C02排放水平的降低，具有深远的社会意义和经济价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种燃煤C02零排放方法，在燃煤供能的同时实现C02的零 排放。 本专利技术的目的还在于提供实现上述方法的装置。 —种燃煤C02零排放方法，对MFe204氧载体进行分解生成02和氧缺位铁酸盐 MFe204—s，0《S《2，M为Cu或Ni或Mn或Co，氧缺位铁酸盐MFe2(Vs，0《S《2与煤气 化产物发生还原反应生成C02、 H20和不凝结气体，其中不凝结气体与分解得到的02进行氧 化反应生成(A和水蒸气；所有生成的(A和水蒸气与被还原的氧缺位铁酸盐发生还原反应 生成由CO和氢气构成的合成气。 作为改进，将合成气作为燃料进一步与分解生成的氧缺位铁酸盐进行氧化反应生 成0)2和水蒸气。 实现上述燃煤C02零排放方法的装置，包括由快速流化床1、第一旋风分离器2、喷 动流化床3的上半段、喷动流化床3的下半段、煤灰重力分离器4、鼓泡流化床5、 U型流动 密封阀6、快速流化床1依次连通构成的回路；喷动流化床3的上半段还连通第二旋风分离 器8，第二旋风分离器8分别连通煤飞灰捕集器9和鼓泡流化床5 ;喷动流化床3的下半段 还连通第三旋风分离器7，第三旋风分离器7分别连通部分氧化氧载体捕集器10和喷动流 化床3的下半段；喷动流化床3的上半段与喷动流化床3的下半段的相接处为束腰结构。 本专利技术方法的技术效果体现在 (1)本专利技术燃煤过程中C02和水蒸气产生源于如下三个反应其一是氧缺位铁酸 盐与煤气化产物发生的还原反应，其二是不凝结气体与分解得到的02进行的氧化反应，其 三是合成气与分解生成的氧缺位铁酸盐的氧化反应。上述反应产生的(A和水蒸气均在线 地与被还原的氧缺位铁酸盐发生还原反应，最终实现C02的零排放。 (2)不凝结气体与分解得到的02的氧化反应，作为煤气化产物燃烧的辅助反应，提 高了煤粉的利用率。另外，02来源于MFe204氧载体的分解，无需耗费额外的成本和能量。 (3)生成的由CO和氢气构成的合成气是一种非常优质的化工原料，可将其用于氨 气合成等其它工业用途，也可以在本专利技术中将其作为燃料，返回与分解生成的氧缺位铁酸 盐作氧化反应，生成作为气化介质的C02和水蒸气，用以促进煤粉的充分气化。 本专利技术装置的技术效果体现在 (l)本专利技术(A零排放装置为燃煤过程中的四种反应提供了反应空间，其中喷动流4化床3的上半段用于1^6204氧载体的分解以及不凝结气体与分解得到的02的氧化反应；喷动流化床3的下半段用于氧缺位铁酸盐与煤气化产物的还原反应、合成气与分解生成的氧 缺位铁酸盐的氧化反应；鼓泡流化床5用于C02和水蒸气与被还原的氧缺位铁酸盐的还原 反应。 (2)为了 MFe^4氧载体的循环利用，本专利技术装置设置了快速流化床l，鼓泡流化床 5中C02和水蒸气与被还原的氧缺位铁酸盐产生还原反应，除了产生合成气外，还产生部分 氧化的低价态铁酸盐，低价态铁酸盐进入快速流化床1与空气氧化再生成MFe204氧载体，从 而实现对MFe204氧载体的循环利用。同时，在MFe204氧载体的再生反应过程中释放出大量 热量，热量被携带进入喷动流化床3的上半段，可促进MFe204氧载体的分解。 (3)本专利技术装置设计了两段式喷动流化床，该流化床上半段的下口和下半段上口 分别向内慢慢收拢形成束腰结构，这不仅有利于反应气流良好流动特性的维持，还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃煤ＣＯ↓［２］零排放方法，对ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４］氧载体进行分解生成Ｏ↓［２］和氧缺位铁酸盐ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４－δ］，０≤δ≤２，Ｍ为Ｃｕ或Ｎｉ或Ｍｎ或Ｃｏ，氧缺位铁酸盐ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４－δ］，０≤δ≤２与煤气化产物发生还原反应生成ＣＯ↓［２］、Ｈ↓［２］Ｏ和不凝结气体，其中不凝结气体与分解得到的Ｏ↓［２］进行氧化反应生成ＣＯ↓［２］和水蒸气；所有生成的ＣＯ↓［２］和水蒸气与被还原的氧缺位铁酸盐发生还原反应生成由ＣＯ和氢气构成的合成气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王保文，郑瑛，赵海波，张少华，郑楚光，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]