通过碳化作用进行综合CO*分离的燃烧方法技术

本发明专利技术涉及一种从燃烧气中分离ＣＯ＜ｓｕｂ＞２＜／ｓｕｂ＞的方法，可用于大排放量的领域（使用任何碳质燃料的热电站）。分离出的ＣＯ＜ｓｕｂ＞２＜／ｓｕｂ＞流可以使用和／或包含在地质层组（ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ）中。本发明专利技术方法的目的在于降低涉及ＣＯ＜ｓｕｂ＞２＜／ｓｕｂ＞分离的高成本，正是这高成本阻止了联合国ＩＰＣＣ报告中所包括的ＣＯ＜ｓｕｂ＞２＜／ｓｕｂ＞限制方案的大规模应用。所述的方法包括将燃烧气与含钙吸附剂（石灰石，煅烧过的白云石）在６５０－７５０℃下接触，从而通过吸附剂的快速碳化作用来捕集ＣＯ＜ｓｕｂ＞２＜／ｓｕｂ＞。所述吸附剂在ＣＯ＜ｓｕｂ＞２＜／ｓｕｂ＞或ＣＯ＜ｓｕｂ＞２＜／ｓｕｂ＞／Ｈ＜ｓｕｂ＞２＜／ｓｕｂ＞Ｏ气氛下运行的另一反应器（煅烧炉）中在等于或小于大气压的压力下再生。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源领域，涉及一种从燃烧气中综合分离CO2的大规模发电和/或发热方法。
技术介绍
联合国气候变化国际小组(IPCC，2001)认为捕集从大的固定源产生的CO2并随后将其遏制在不同的地质层组(geological formations)中是一个非常有趣的中长期方案。应用这些技术需要先得到高浓度的CO2流(Herzog等，1997)。不同类型的热电站的燃烧气中CO2的含量在3-17体积％之间变化，这就需要一个预分离阶段。在石油工业、天然气工业和化学工业中，通常有很多种主要基于低温吸收工艺的分离CO2的商业化方法，但是用这些方法，分离来自热电站燃烧气中的CO2存在很大的局限性(Herzog等，1997)大量气体的处理需要大尺寸且非常昂贵的设备，需要大量能量来再生可降低生成有用电和/或热产量的吸附剂，而且燃料中的污染物(SO2，NOx)也会毒害吸附剂，这也造成高的运行成本。基于这个原因，现已提出了各种新的且更为经济的，包括在燃烧前、中或后进行CO2分离的热电站的发电方法(Herzog等，1997)。所有这些方法都是仍在发展中的非商业化方法。其中被认为最具竞争力的是那些基于将燃料在空气组分分离之后得到的CO2/O2混合物中燃烧的方法(Herzog等，1997)，以及那些基于在不同阶段通过商业化的物理吸附或膜方法用水和加压CO2分离对燃料进行改质的方法(Herzog等，1997)。在现有燃烧气条件下优化低温吸收方法的研究也很热门(Herzog等，1997)。与上述方法不同的是，本专利技术所提出的方法试图利用如下的平衡将CO2从燃烧气中分离出来(1)该平衡已被应用在碳氢化合物的改质和/或生产氢气中的CO2分离方法中。(Gorin等，1963，1980)已将利用上述平衡的CO2“接收剂”来指示刻度的方法申请专利并实施。Lopez Ortiz和Harrison(2001)也对上述平衡(1)在单反应器中由甲醇和水蒸汽生产氢气的反应中的使用进行了研究，并在为减少环境污染而进行CO2分离的领域拥有相当数量的专利和参考文献，可追溯到1868年。Shimizu等(1999)首次提出了使用上述平衡(1)来从燃烧气中分离CO2。他们建议在600℃左右使CaO与热电站的燃烧气接触，通过碳化反应来实现CO2的捕集。部分碳化固体是在流化床反应器中通过在950℃以上并在O2/CO2存在下燃烧部分燃料进行煅烧来再生的。其中煅烧所必须的氧气来自空气分离装置。作者宣称该方法相对于对所有使用O2/CO2混合物的燃料来说，大大节省了空气分离装置(在Herzog等的其它技术描述中，1997)。然而，在Shimizu等(1999)所描述的方法中仍然需要空气分离装置。另外，这些作者忽视了文献中描述的当在富含CO2的气氛下以及在950℃的高烧结温度下煅烧时吸附剂的退化(失去CO2吸收能力)问题。参考文献Gorin，E；Retallick，W.B.，生产氢气的方法，美国专利1,938,202，1963。Gorin，E，CO2接受剂的合成及其随后的气化过程，美国专利4,191,538，1980年3月4日。Herzog，H.；Drake，E.；Adams，E，为了减轻全球气候变化的CO2的捕集、再利用和存储技术——白皮书；DOE 9 of 10 EST碳的捕集和封存的未来如何？序号DE-AF22-96PC01257；美国政府印刷局华盛顿，D.C.，1997，参见IPCC.“2001年气候变化缓和”，气候变化政府间座谈小组，第III工作组报告之技术综述。Filho等。2001，参见Lopez Ortiz，A；Harrison D.P.；用吸收增强反应生产氢气，Ind.Eng.Chem.Res.2001，40，5102-5109。Shimizu T.，Hirama T.，Hosoda H.，Kitano K.，Inagakim.，Tejima K从燃烧过程中除去CO2的双流化床反应器，Trans IchemE，77，A，1999
技术实现思路
本专利技术描述了一种通过碳化作用来综合分离CO2的新的燃烧方法，所述方法基于将燃烧室中产生的部分热量用于煅烧炉以便维持吸热的煅烧反应并使吸附剂再生，而无需使用空气分离装置；煅烧炉协同碳化器来处理热的气体并以此在碳化作用中又产生能量。本专利技术的方案包括一个燃烧室(1)，在其中任何类型的燃料结合空气，优选在高于1000℃的温度下燃烧以产生热量和CO2含量为3-17体积％的高温燃烧气流，其中CO2含量的变化取决于燃烧中使用的燃料和过量空气。所述燃烧室可以是任何类型的，如流化床、常规的碳粉燃烧锅炉、天然气炉或其它液体燃料炉。燃烧可以在大气压力或者高压下进行。本专利技术基于这样一个事实，即(1)中产生的部分热量(Q)必须传递到煅烧炉(2)以维持吸热的煅烧反应并使CO2吸收剂(CaO)再生。煅烧炉(2)在低于900℃的温度下和纯的CO2或者CO2/H2O气氛下操作。为了降低煅烧温度并增加(1)和(2)之间的温度梯度，可通过对(2)施加一定的真空和/或往(2)中注入水蒸汽来降低煅烧炉中的CO2分压来实现。(1)和(2)之间的热交换可以直接通过金属壁进行，也可以通过使用在(1)和(2)之间连续循环并且易于和捕集CO2的活性固体分离的惰性固体(沙子，氧化铝或者其它)而间接进行。移出气体G1中的热量以将其调节到一个适于在碳化器(3)中处理的温度(200至650℃之间)。从G1中移出的这部分热量可以用来发电，而且如果(1)的燃烧在压力下进行，燃烧气G1可以膨胀到一个燃气轮机中以便发出额外的电。冷却的燃烧气在大气压力下进入碳化单元(3)。碳化器可以是任何类型的，例如可根据CaO粒度和反应速率选择循环流化床，拖曳流化床(drawing)或漩涡流化床。碳化器中的碳化反应在600-750℃和大气压下进行，这是CaO和CO2之间发生充分、快速反应的适宜条件。该反应是放热反应，由于这个原因，应当从(3)中移出热量或者必需将G1和/或s2的入口温度调节至低于550℃以在反应器(3)中维持所期望的温度。在600-750℃的温度下离开单元(3)的燃烧气G3含有减少量的CO2(理论上接近于(3)的操作温度下的平衡含量)。G1中的剩余CO2被发现以CaCO3的形式存在，并随含有CaO和CaCO3混合物的固体流s3离开煅烧炉(3)。固体流s3流向煅烧炉(2)以便再生成为CaO和CO2。煅烧炉应当在低于大气压下操作以产生纯的CO2流或者易于通过水蒸汽冷凝分离的CO2/水蒸汽混合物(为了简明起见没有在附图说明图1中示出)。主要含有CaO且能够在(3)中再次碳化的再生固体流(s2)离开煅烧炉。假设由于内部烧结和/或磨损而造成吸收剂损失，则必须向煅烧炉中加入占s2中固体流量约2-5％的新鲜吸收剂流，为了简明起见上述步骤也未在图1中示出。煅烧炉可以是具有高的热传递系数的流化床，也可以是由所述固体流s3从其中通过的管状床组成的拖曳(drawn)或者气力输送床(pneumatic transported bed)。燃烧空气(1)可以在管子外并具有高于1300℃的标称火焰温度。考虑在不同单元之间传输固体，并将固体从其携载气流中分离出来，以及与所述固体具有相差很大的粒径时将固体彼此本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过碳化作用进行综合ＣＯ↓［２］分离的燃烧方法，该方法基于将燃烧室中产生的部分热量应用于煅烧炉部分以维持吸热的煅烧反应并使吸附剂再生，该方法包括任意类型燃料结合空气就可在其中燃烧而无需使用分离装置的任意类型的燃烧室，所述燃烧室协同碳化器来处理热气并反过来发电。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JC阿巴纳德斯加西亚，J奥基，
申请(专利权)人：康斯乔最高科学研究公司，克兰菲尔德大学，
类型：发明
国别省市：ES[西班牙]