加壓氧化鈣捕集二氧化碳的裝置及方法與流程

2023-04-28 22:02:26

本發明涉及一種二氧化碳的捕集裝置及方法，具體涉及一種加壓氧化鈣捕集二氧化碳的裝置及方法，屬於鈣迴路捕集二氧化碳技術領域。

背景技術：

二氧化碳捕集在環保領域一直得到重視，二氧化碳的捕集技術也日益提升和精進。

傳統的二氧化碳捕集是在燃燒後捕集，存在能耗高、成本高、效率低、操作複雜的問題。加壓氧化鈣捕集二氧化碳技術是一種新的捕集二氧化碳的技術，它是屬於燃燒前捕集二氧化碳技術，相對於傳統的燃燒後捕捉技術具有能耗低、成本低、效率高、操作簡捷等優點。加壓氧化鈣捕集二氧化碳技術的原理是利用氧化鈣作為吸收劑捕集二氧化碳，使其在較高溫度的情況下，通過提高壓力使氧化鈣吸收二氧化碳。

技術實現要素：

本發明針對現有捕集二氧化碳技術能耗高、成本高等不足，提出了一種加壓氧化鈣捕集二氧化碳裝置及方法，採用該方法可以顯著降低捕集二氧化碳所需的成本和進行分解反應時所需的外部熱能。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種加壓氧化鈣捕集二氧化碳的裝置，包括空分機、空壓機、氣化爐、第一捕集反應器、第二捕集反應器、第一外部加熱裝置、第二外部加熱裝置、減壓閥、冷凝器、氣液分離器，空分機、空壓機、氣化爐順序相連，氣化爐通過第一高壓流量控制閥、第二高壓流量控制閥分別與第一捕集反應器和第二捕集反應器相連；在第一捕集反應器上，還分別連接有第一常壓流量控制閥，第一高壓水蒸氣流量控制閥，第一合成氣流量控制閥，第一富二氧化碳流量控制閥；在第二捕集反應器上，還分別連接有第二常壓流量控制閥，第二高壓水蒸氣流量控制閥，第二合成氣流量控制閥，第二富二氧化碳流量控制閥；第一富二氧化碳流量控制閥和第二富二氧化碳流量控制閥均通過減壓閥與冷凝器相連，冷凝器與氣液分離器相連。

本發明的加壓氧化鈣捕集二氧化碳的裝置，在實際工作時，具體的工作原理如下：

新鮮空氣通過空分機分離出氧氣，然後將氧氣經空壓機壓縮後進入氣化爐，氧氣與水煤漿反應生成高壓合成氣(主要成分為co，h2)，高壓合成氣通過第一高壓流量控制閥、第二高壓流量控制閥進入二氧化碳捕集反應器，反應後合成氣經第一合成氣流量控制閥、第二合成氣流量控制閥排出。高壓水蒸氣通過第一高壓水蒸氣流量控制閥、第二高壓水蒸氣流量控制閥進入反應器內，常壓水蒸氣可分別通過第一常壓流量控制閥和第二常壓流量控制閥進入反應器，反應得到的富二氧化碳氣體通過第一富二氧化碳流量控制閥和第二富二氧化碳流量控制閥以及減壓閥減壓，經冷凝器冷凝後通過氣液分離器將二氧化碳和水進行分離，所述第一外部加熱裝置和第二外部加熱裝置分別設置在第一捕集反應器和第二捕集反應器上。上述方案中，所述加壓氧化鈣捕集二氧化碳裝置還包括與減壓閥相連的冷凝器以及氣液分離器。

本發明的另一個目的在於提供一種加壓氧化鈣捕集二氧化碳的方法，該方法利用了本發明公開的加壓氧化鈣捕集二氧化碳的裝置，具體包括以下步驟：

步驟一：新鮮空氣經空分機分離出的氧氣再經過空壓機加壓後，與水煤漿在氣化爐反應生成高壓合成氣，然後通過第一高壓流量控制閥進入第一捕集反應器內與氧化鈣、高壓水蒸氣反應（高壓水蒸氣經第一高壓水蒸氣流量控制閥通入第一捕集反應器），反應器內合成氣co與h2o反應生成h2、co2，co2被氧化鈣（cao）吸收，反應後的合成氣經第一合成氣流量控制閥排出，待氧化鈣完全反應後停止向反應器內通入高壓合成氣；

步驟二：繼續將高壓水蒸氣經由第一高壓水蒸氣流量控制閥通入到第一捕集反應器中，待殘餘的合成氣被完全趕走後停止通入高壓水蒸氣；

步驟三：打開第一富二氧化碳流量控制閥、減壓閥對第一捕集反應器進行降壓，待第一捕集反應器內壓力降至大氣壓時，通過第一常壓流量控制閥向第一捕集反應器中通入常壓水蒸氣進行分解反應，釋放出的二氧化碳被水蒸氣經由第一富二氧化碳流量控制閥和減壓閥帶出，然後經冷凝器冷凝後通過氣液分離器分離出來；

步驟四：待第一捕集反應器降至設定溫度時啟動第一外部加熱裝置使碳酸鈣在設定溫度下繼續釋放二氧化碳，待碳酸鈣完全反應後停止通入常壓水蒸氣；

步驟五：第二捕集反應器及相關第二裝置按照步驟一至四進行捕集二氧化碳；

步驟六：第一捕集反應器和第二捕集反應器按照上述步驟交替操作捕集二氧化碳。

按照上述方案，向反應器內通入高壓合成氣進行合成反應時，壓力控制在65-95個標準大氣壓，溫度在850-950℃。

按照上述方案，向反應器內通入常壓惰性氣體進行分解反應時，分解反應溫度比合成反應溫度低30-50℃，步驟四所述設定溫度為850-900℃。

上述方案中，所述惰性氣體為水蒸氣。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：（1）採用加壓，可以使氧化鈣在高於其分解溫度的狀態下吸收二氧化碳，氧化鈣吸收二氧化碳放出的熱量被生成的產物碳酸鈣蓄積起來，在碳酸鈣分解時由於碳酸鈣自身的溫度已高於其分解溫度，分解反應自動發生，氧化鈣蓄積的熱量可用於自身分解使用，通過上述過程可以顯著降低碳酸鈣分解時所需的外部熱能供應。（2）兩個反應器交替循環進行反應，可連續產生富二氧化碳氣體，極大地提高了捕集二氧化碳效率。

附圖說明

圖1是加壓氧化鈣捕集二氧化碳的結構和原理示意圖。

圖中，1-空分機，2-壓縮機，3-氣化爐，4-第一捕集反應器，5-第二捕集反應器，6-第一外部加熱裝置，7-第二外部加熱裝置，8-第一常壓流量控制閥，9-第二常壓流量控制閥，10-第一高壓流量控制閥，11-第二高壓流量控制閥，12-第一高壓水蒸氣流量控制閥，13-第二高水蒸氣壓流量控制閥，14-第一合成氣流量控制閥，15-第二合成氣流量控制閥，16-第一富二氧化碳流量控制閥，17-第二富二氧化碳流量控制閥，18-減壓閥，19-冷凝器，20-氣液分離器。

具體實施方式

為使本領域普通技術人員充分理解本發明的技術方案和有益效果，以下結合具體實施例及附圖進行進一步充分說明。

如附圖1所示，一種加壓氧化鈣捕集二氧化碳的裝置，包括空分機1、空壓機2、氣化爐3、第一捕集反應器4、第二捕集反應器5、第一外部加熱裝置6、第二外部加熱裝置7、減壓閥18、冷凝器19、氣液分離器20，空分機、空壓機、氣化爐順序相連，氣化爐通過第一高壓流量控制閥10、第二高壓流量控制閥11分別與第一捕集反應器和第二捕集反應器相連；在第一捕集反應器上，還分別連接有第一常壓流量控制閥8，第一高壓水蒸氣流量控制閥12，第一合成氣流量控制閥14，第一富二氧化碳流量控制閥16；在第二捕集反應器上，還分別連接有第二常壓流量控制閥9，第二高壓水蒸氣流量控制閥13，第二合成氣流量控制閥15，第二富二氧化碳流量控制閥17；第一富二氧化碳流量控制閥16和第二富二氧化碳流量控制閥17均通過減壓閥18與冷凝器19相連，冷凝器與氣液分離器20相連。

仍然如附圖1所示，一種加壓氧化鈣捕集二氧化碳的方法，包括以下步驟：

步驟一：新鮮空氣經空分機1分離出氧氣，再經過空壓機2加壓後進入氣化爐3與水煤漿反應生成高壓合成氣，然後通過第一高壓流量控制閥10進入第一捕集反應器4中，與氧化鈣，高壓水蒸氣反應(高壓水蒸氣經第一高壓水蒸氣流量控制閥12進入第一捕集反應器)。反應後的合成氣經第一合成氣流量控制閥14排出，待反應完全後停止向第一捕集反應器4通入高壓合成氣。

步驟二：繼續通入高壓水蒸氣，待反應器內殘餘的欠二氧化碳空氣被趕出後停止通入高壓水蒸氣。

步驟三：打開第一富二氧化碳流量控制閥16、減壓閥18，對第一捕集反應器4進行降壓。待第一捕集反應器4降至大氣壓時通入常壓水蒸氣（1atm）充當惰性氣體，此時第一捕集反應器4內進行分解反應，分解反應的溫度為850℃。碳酸鈣分解為氧化鈣，釋放出的二氧化碳被水蒸氣經第一富二氧化碳流量控制閥16和減壓閥18帶出，然後通過冷凝器19冷凝和氣液分離器20分離出來，這樣就得到了高純度的二氧化碳。

步驟四：待第一捕集反應器4降至設定溫度時，啟動第一外部加熱裝置6在設定溫度下繼續釋放二氧化碳，待二氧化碳完全釋放後停止通入常壓水蒸氣。

步驟五：第二捕集反應器5、第二合成氣流量控制閥15、第二高壓流量控制閥13、第二富二氧化碳流量控制閥17以及第二外部加熱裝置7按照上述步驟一至四進行操作捕集二氧化碳。

步驟六：第一捕集反應器與第二捕集反應器按照上述方法交替進行反應，連續得到高純度二氧化碳。

儘管這裡參照本發明的解釋性實施例對本發明進行了描述，上述實施例僅為本發明較佳的實施方式，本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則範圍和精神之內。