用于煅烧/碳酸化循环处理的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于煅烧／碳酸化循环处理的系统和方法。该系统包括煅烧反应器，其用于接收部分碳酸化的矿物吸附剂颗粒；热交换结构，其用于透过煅烧反应器壁向吸附剂颗粒的颗粒流传热，以促进吸附剂颗粒的煅烧反应，从而再生吸附剂颗粒；气体抽取单元，其用于从煅烧器中去除气体产品，其中该气体产品包括来自煅烧反应的二氧化碳；碳酸化反应器，其用于从煅烧反应器接收再生吸附剂颗粒和冷烟道气，以使再生吸附剂颗粒部分碳酸化，同时净化烟道气，且部分碳酸化的吸附剂颗粒和净化烟道气分别作为热物料离开碳酸化反应器；以及提升机单元，其用于将部分碳酸化的吸附剂颗粒从碳酸化反应器循环到煅烧反应器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及一种煅烧/碳酸化循环处理的系统和方法。
技术介绍
人为二氧化碳排放对环境的影响现在被意识到是人类的一个主要风险，目前人为二氧化碳排放量约为234亿吨。碳捕获和收集(CCS)方法旨在通过下述方法来减少二氧化碳的 排放从燃烧化石燃料的工业过程中，主要是从电力、水泥和钢加工 中捕获二氧化碳；以及在深层盐水含水层(deep saline aquifer)、耗尽 的油气田、深煤层或深海油田中收集二氧化碳。对于CCS应用，有三种捕获碳的方法燃烧后捕获、燃烧前捕获 和含氧燃烧。例如，在一体式煤气化联合循环电厂(Integrated Gasification Combined Cycle power plant)中使用燃烧前捕获。然而， 基于该方法的电厂的初始资本费用被认为是极高的。含氧燃烧使用氧 气代替空气，但分离氧气和空气的成本非常高，绝对没有商业可行性。 燃烧后捕获被认为是最有前景的CCS方法，其优点是更容易整合到现 有的发电系统中。运输、采集和CCS监视都已经成熟建立，且其成本不会对CCS 的采用构成障碍。然而，当前没有建立对于CCS来说具有经济可行性 的碳捕获方法。仅一种碳捕获方法在商业上可用。该方法被称为MEA 法，石油工业目前用该方法来从天然气中分离二氧化碳，在这里二氧 化碳已经被注入到油田中以迫出(force out)碳氢化合物。MEA法从 二氧化碳中分离天然气并再生MEA吸附剂从而形成循环方法。MEA 使用胺(和类似物质)作为吸附剂，逆过程(reverse process)使用蒸 汽释放C02以使胺再生。如今，MEA法可作为后燃烧法用在电厂，每 吨C02花费50-70美元的成本，远超过CCS用途所要求的每吨花费 10-20美元的目标成本。MEA不能以其目前的形式使用，因为其消耗太多电厂能量。MEA是有害物质。因此，全世界都在努力开发满足 CCS长期成本目标的新的碳捕获技术。Shimizu等人(T. Shimizu， H. Hosoda， K. Kitano， "A twin bed reactor for removal of CO2 from combustion processes (用于从燃烧处理 中去除C02的双床反应器)"，TransIChemE， 77A， 1999)首先提出 了使用煅烧/碳酸化循环从烟道气体中捕获碳。Shimizu等人的文章提出 在60(TC时将石灰石碳酸化以捕获烟道气中的碳，并类似于用来自独立 装置的纯氧进行的传统煅烧，在95(TC以上通过将燃料与CaC03—起 燃烧来再生CaC03，从而产生纯C02和蒸汽作为产物。然而，该方法 不实用，并且石灰石在95(TC以上煅烧会由于烧结而快速失去其反应活 性，这在Shimizu的工作中得到证明。Abandades禾卩Alvarez ("Conversion Limits in the Reaction of CO2 withLime (二氧化碳与石灰的反应中的转化限制)"，Energy & Fuels， 2003， 17， 308-315)提供了额外的数据，并回顾了以前关于钙煅烧/ 碳酸化循环的工作。他们证明所有研究人员所观察到的快速反应是由 于CaO微孔中表面的煅烧和碳酸化作用，这些微孔在碳酸化过程中被 再次填充，且表面越大，则煅烧和碳酸化的贡献越小。在煅烧循环中 重复烧结颗粒引起颗粒形貌逐渐变化，产生微孔损失，并导致碳酸化 快速成分损失和吸附剂劣化。Garcia等人(A. Garcia, J. Carlos禾卩J. Oakey: "Combustion method with integrated CO2 separation by means of carbonation (与通过碳酸化方 式分离C02集成的燃烧方法)"，美国专利公开第20050060985号)描 述了一种使用该循环的方法。他们要求保护一种基于流体循环流体床 反应器、提拉床反应器(drawn bed reactor)或旋流反应器的系统。他 们的专利公开了来自燃烧反应器的热传递为煅烧器提供热，并在煅烧 器的操作中使用部分真空或蒸汽。Garcia等人指明煅烧温度为900°C ， 且碳酸化温度在600-750'C之间。而且Garcia等人还报道了吸附剂的补 充率为2-5%，因此平均而言，石灰石循环50-20次。该方法的实际问题首先源自颗粒反应性的寿命。可以理解颗粒将 与燃料气体中的SOx污染物反应从而产生CaS03， CaS03随后被氧化为 石膏CaS04。将石灰石颗粒注入到热烟道气体中从而净化SOx是现有技术，其被称为"炉膛吸附剂注入"。此外，石灰石颗粒在煅烧阶段的高温中由于烧结而失去反应活性。Garcia等人所描述的煅烧器是一种 使用高传热系数的流化床。或者，描述了一种使蒸汽从其中通过的管 道的气动输送床。Abanades和D. Alvarez在Energy and Fuels (能源和 燃料)，2003， 17， 308-315中描述的研究结果表明了通过10分钟的长 煅烧步骤生产的材料性能如何衰减。累积烧结(cumulative sintering) 不仅减小了表面积而且闭合了孔。L-SFan和H. Gupta (美国专利公开号20060039853)也描述了一 种在水煤气变换反应用途中使用煅烧/碳酸化吸收循环促进水煤气变换 反应中的氢气发生而通过石灰石捕获碳的方法。他们公开了前述专利 (US 5,779,464)中所述材料作为"超级吸附剂"的应用，该超级吸附 剂的特征在于25 m2gm"的高表面积和0.05 cm3gm"的孔体积、以及在 5-20纳米直径范围内的介孔孔径。他们的目标是缓解石灰石表面的"孔 堵塞"作用，也就是具有介孔结构而非<2纳米的微孔结构。评估CCS系统可行性的关键因素是能源、方法的资金和运行成本、 以及捕获系统的覆盖面积。有效的可再生吸附剂系统的能源成本主要 由该方法与电厂的热力过程或工业过程的整合来确定，并且由余热利 用来决定，因为化学能量的吸收和解析是可逆的。然而，任何消耗能 量的辅助方法如反应器间的颗粒转移均将产生损耗。资金成本转化成 方法成本，并且需要简单的可升级反应器设计。运行成本包括给料成 本，且所采用的吸附剂应具有长寿命，并优选制造成本低。运行成本 也包括处理失效吸附剂，其优选是无毒的，并且是能够有利益地消耗 的废品。应当理解，开发实用CCS系统的主要考虑是反应器系统的覆 盖面积。某些原理在放大时会导致CCS系统与发电机一样大。因此需要提供一种，该系 统和方法解决至少一项上述问题。
技术实现思路
根据本专利技术第一方面，提供了一种用于煅烧/碳酸化循环处理的系 统，该系统包括煅烧反应器，其用于接收部分碳酸化的矿物吸附剂颗 粒；热交换结构，其用于透过煅烧反应器壁向吸附剂颗粒的颗粒流传热，以促进吸附剂颗粒的煅烧反应，从而再生吸附剂颗粒；气体抽取 单元，其用于从煅烧器中去除气体产品，其中该气体产品包括煅烧反 应产生的二氧化碳；碳酸化反应器，其用于接收来自煅烧反应器的再 生吸附剂颗粒和冷烟道气体，由此使再生吸附剂颗粒部分碳酸化，同 时净化烟道气，且部分碳酸化的吸附剂颗粒和净化烟道气分别作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于煅烧／碳酸化循环处理的系统，所述系统包括：　煅烧反应器，其用于接收部分碳酸化的矿物吸附剂颗粒；　热交换结构，其用于透过煅烧反应器壁向吸附剂颗粒的颗粒流传热，以促进吸附剂颗粒的煅烧反应，从而再生吸附剂颗粒；　气体抽取单元，其用于从煅烧器中去除气体产品，其中所述气体产品包括煅烧反应产生的二氧化碳；　碳酸化反应器，其用于接收来自煅烧反应器的再生吸附剂颗粒并接收冷烟道气，由此使再生吸附剂颗粒部分碳酸化，同时净化烟道气，且部分碳酸化的吸附剂颗粒和净化烟道气分别作为热物料离开碳酸化反应器；以及　提升机单元，其用于将来自碳酸化反应器的部分碳酸化的吸附剂颗粒循环到煅烧反应器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克G西茨，康纳J霍利，
申请(专利权)人：Calix私人有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]