專利名稱：鈣基吸收劑循環(huán)捕集二氧化硫和二氧化碳方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈣基吸收劑循環(huán)捕集二氧化硫和二氧化碳方法，屬于環(huán)境污染防 治與潔凈煤燃燒技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
日益增多的CO2排放是造成全球變暖的主要原因。煤電CO2排放量最大，同時煤電 是最集中的CO2固定排放源，因此被作為主要的CO2減排目標(biāo)。鈣基吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸 化反應(yīng)捕集CO2技術(shù)由于采用廉價和資源豐富的石灰石、白云石等作為CO2吸收劑，具有良 好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，從而近年來引起了世界各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。鈣基吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸化反應(yīng)捕集CO2技術(shù)是目前一種有效控制CO2排放的 技術(shù)。捕集CO2過程如下所述鈣基吸收劑進(jìn)入流化床煅燒爐分解成CaO與CO2,如反應(yīng)(1) 所示，該反應(yīng)器由煤純氧燃燒提供給吸收劑分解所需的熱量，因此煙氣中CO2濃度可達(dá)95% 以上，CO2經(jīng)過冷凝、除水后可以直接進(jìn)行利用或封存；CaO從流化床煅燒爐進(jìn)入流化床碳酸 化反應(yīng)器捕集煙氣中的CO2,如反應(yīng)(2)所示，煙氣中的CO2濃度降至5%以下，形成的CaCO3 進(jìn)入流化床煅燒爐，再煅燒成CaO，這樣反應(yīng)循環(huán)進(jìn)行。由于在循環(huán)捕集CO2過程中，CaO隨 著循環(huán)次數(shù)增加捕集CO2性能逐漸衰減，因此需從流化床煅燒爐內(nèi)排出失去活性的CaO，同 時補充鈣基吸收劑。CaCO3 — Ca0+C02(1)Ca0+C02 — CaCO3(2)在研究鈣基吸收劑循環(huán)捕集CO2的過程中發(fā)現(xiàn)煙氣中SO2的存在會對CaO碳酸化 反應(yīng)產(chǎn)生極為不利的影響，SO2與CaO發(fā)生硫酸化反應(yīng)生成比較穩(wěn)定的CaSO4,因而使循環(huán)反 應(yīng)中能夠碳酸化的CaO迅速減少，同時致密的CaSO4產(chǎn)物層也阻礙了 CO2與未反應(yīng)CaO的進(jìn)
一步反應(yīng)。在小型鼓泡流化床上已經(jīng)證實煙氣中SO2的存在加速了 CaO循環(huán)捕集CO2性能的 衰減，在CaO表面形成的硫酸化產(chǎn)物層嚴(yán)重影響了碳酸化反應(yīng)的進(jìn)行。實驗表明，與石灰石 僅捕集CO2相比，在石灰石同時捕集SO2和CO2時，即使SO2濃度非常低，如lOOppmv，也會對 石灰石的碳酸化轉(zhuǎn)化率有明顯的下降。由于SO2對鈣基吸收劑捕集CO2性能所帶來的嚴(yán)重 阻礙作用，燃煤電站為了保證保持較高的CO2捕集效率不得不加大鈣基吸收劑的投入量，大 量鈣基吸收劑在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)不僅使運行成本增加，使煅燒過程能耗增加，而且還能使反 應(yīng)器的磨損、粘污和腐蝕加劇。尤其在使用人工制備的具有較高經(jīng)濟(jì)代價的高活性鈣基吸 收劑循環(huán)捕集CO2時，SO2的存在會使活性吸收劑嚴(yán)重失活，增加經(jīng)濟(jì)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為電站煤粉爐提供一種采用鈣基吸收劑循環(huán)捕集酸性污染性氣 體SO2和溫室氣體CO2的方法。該方法可實現(xiàn)SO2和CO2的分別脫除，以消除SO2存在時對 鈣基吸收劑循環(huán)捕集CO2帶來的嚴(yán)重阻礙。采用流化床煅燒爐下部排出的失去活性的CaO制備Ca (OH) 2溶液捕集SO2，減少了因捕集SO2所需的鈣基吸收劑的投入量，并且降低了這部分吸收劑煅燒再生為CaO的能耗，從而降低了電站捕集CO2和SO2的運行成本。一種鈣基吸收劑循環(huán)捕集SO2和CO2方法，包括電站煤粉爐、脫硫塔、流化床碳酸化反應(yīng)器和流化床煅燒爐，電站煤粉爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)脫硫塔脫硫后，進(jìn)入流化床碳酸化反 應(yīng)器CO2被捕集后排入大氣，生成的CaCO3進(jìn)入流化床煅燒爐分解成CaO和C02，CaO進(jìn)入 流化床碳酸化反應(yīng)器被循環(huán)利用，失去活性的CaO從流化床下部排出，并補充鈣基吸收劑， 其特征在于流化床碳酸化反應(yīng)器內(nèi)CaO在水蒸氣作用下捕集CO2,反應(yīng)溫度保持在280 3000C，生成的CaCO3進(jìn)入流化床煅燒爐進(jìn)行煅燒，煅燒爐采用生物質(zhì)燃料富氧燃燒，流化床 煅燒爐下部排出的部分失去活性的CaO引入消化反應(yīng)器制備成Ca(OH)2溶液，Ca (OH)2溶液 再進(jìn)入脫硫塔。Ca(OH)2溶液進(jìn)入脫硫塔捕集SO2時的鈣硫摩爾比為1. 1 1. 3。所說的水 蒸氣來自蒸汽輪機抽氣，在流化床碳酸化反應(yīng)器內(nèi)水蒸氣與CaO最佳的摩爾比為1. 2。電站煤粉爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)脫硫塔脫硫后，進(jìn)入流化床碳酸化反應(yīng)器，CO2被捕集 后排入大氣，在該反應(yīng)器內(nèi)CaO在來自蒸汽輪機的水蒸氣作用下生成固體Ca(OH)2,反應(yīng)如 (3)所示，Ca(OH)2顆粒進(jìn)行碳酸化反應(yīng)捕集C02，產(chǎn)物為CaCO3和水蒸氣，反應(yīng)如(4)所示。 CaCO3進(jìn)入流化床煅燒爐，采用生物質(zhì)燃料富氧燃燒產(chǎn)生的熱量使CaCO3分解為CaO和CO2, 煅燒溫度為900 950°C，CaO被引入碳酸化反應(yīng)器捕集CO2，實現(xiàn)循環(huán)利用。研究表明，在 CaO循環(huán)捕集CO2過程中隨循環(huán)反應(yīng)次數(shù)增加，CaO捕集CO2的活性逐漸降低。失去活性的 CaO從流化床煅燒爐下部排出，同時在煅燒爐內(nèi)補充鈣基吸收劑。從煅燒爐排出的失去活性 的CaO被弓I入消化反應(yīng)器中，與水進(jìn)行消化反應(yīng)后形成Ca (OH) 2溶液，再進(jìn)入脫硫塔進(jìn)行脫 硫，反應(yīng)如(5)式所示，可實現(xiàn)SO2和CO2的分別脫除，以避免SO2對CO2捕集帶來的不利影 響。 CaO (s) +H2O (g) — Ca (OH) 2 (S)(3)Ca (OH) 2 (s) +CO2 (g) — CaCO3 (s) +H2O (g)(4)Ca (OH) 2 (1) +SO2 (g) +1/202 (g) — CaSO4 (s) +H2O (1) (5)碳酸化反應(yīng)器和煅燒爐通過實驗表明，在碳酸化反應(yīng)器內(nèi)CaO與水蒸氣的摩爾比 和反應(yīng)溫度均對CO2的捕集效果產(chǎn)生明顯影響，當(dāng)CaO與水蒸氣的摩爾比為1. 2和碳酸化溫 度為280 30(TC時吸收劑具有最佳的CO2捕集性能。在流化床煅燒爐采用生物質(zhì)作為燃 料，因為生物質(zhì)含有較低的硫分，可避免燃燒過程中SO2對CaCO3煅燒過程的不利影響。實 驗表明，采用煅燒爐排出的失去活性CaO制備的Ca(OH)2溶液比由普通CaO制備的Ca(OH)2 溶液具有更高的脫硫效率，鈣硫摩爾比在1. 1 1. 3時效果脫硫最佳，脫硫效率可達(dá)96%以 上。電站煤粉爐采用鈣基吸收劑循環(huán)捕集SO2和CO2方法具有以下優(yōu)點采用分布廣泛、價格低廉的鈣基吸收劑捕集SO2和CO2具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。該 法能夠消除煙氣中存在SO2時對鈣基吸收劑循環(huán)捕集CO2所帶來的嚴(yán)重阻礙作用，從而避免 了由于這種阻礙作用而額外增大的鈣基吸收劑的投入量，減緩了反應(yīng)器的磨損、粘污和腐 蝕，降低了由吸收劑額外增加而引起的系統(tǒng)能耗和經(jīng)濟(jì)成本的增長。由于采用流化床煅燒爐下部排出的CaO制備Ca (OH) 2溶液捕集S02，對失去活性的 CaO進(jìn)行再利用，節(jié)約了因捕集SO2所需的鈣基吸收劑的投入量，同時也減少了這部分吸收 劑煅燒為CaO是所引起的能耗，從而降低了電站捕集CO2和SO2的運行成本。
在流化床煅燒爐內(nèi)采用生物質(zhì)作為燃料，由于生物質(zhì)燃料含有極低的硫分，從而 消除了煅燒過程中SO2對再生成的CaO的損耗。


圖1為本發(fā)明的一種鈣基吸收劑循環(huán)捕集SO2和CO2方法流程示意圖；其中，1為電站煤粉爐，2為脫硫塔，3為流化床碳酸化反應(yīng)器，4為流化床煅燒爐， 5為消化反應(yīng)器，6為水蒸氣，7為煙氣，8為CaCO3,9為氧氣，10為生物質(zhì)燃料，11為鈣基吸 收劑，12為高濃度CO2煙氣，13為CaO，14為失去活性的CaO，15為水溶液，16為Ca(OH)2溶 液。
具體實施例方式如圖1所示，電站煤粉爐1產(chǎn)生的煙氣經(jīng)脫硫塔2脫硫后，進(jìn)入流化床碳酸化反應(yīng) 器3，CO2被捕集后煙氣7中CO2的含量很低，可直接排入大氣，在流化床碳酸化反應(yīng)器3內(nèi) CaO在來自汽輪機的水蒸氣6作用下生成固體Ca(0H)2，Ca013與水蒸氣6的摩爾比為1. 2。 Ca(OH)2顆粒進(jìn)行碳酸化反應(yīng)捕集CO2,反應(yīng)溫度為280 300°C，產(chǎn)物為CaCO3S和水蒸氣。 CaCO3S進(jìn)入流化床煅燒爐4進(jìn)行煅燒，采用生物質(zhì)燃料10富氧燃燒產(chǎn)生的熱量使CaCO3S分 解為CaO和CO2，煅燒溫度為900 950°C，Ca013被引入流化床碳酸化反應(yīng)器3捕集CO2,實現(xiàn)循環(huán)利用。在循環(huán)捕集CO2中失去活性的Ca014從流化床煅燒爐下部排出，同時在煅燒 爐內(nèi)補充鈣基吸收劑11。從流化床煅燒爐排出的部分失去活性的Ca014被引入消化反應(yīng) 器5中，與水溶液15進(jìn)行消化反應(yīng)后形成Ca(OH)2溶液16，Ca(OH)2溶液16再進(jìn)入脫硫塔 2進(jìn)行脫硫，脫硫時的鈣硫摩爾比應(yīng)在1. 1 1. 3之間。對流化床煅燒爐排出的高濃度CO2 煙氣12進(jìn)行捕集。采用流化床反應(yīng)器分別作為流化床碳酸化反應(yīng)器3和流化床煅燒爐4， 使氣固反應(yīng)更加充分，以增強CO2捕集和碳酸化產(chǎn)物煅燒的效果。
權(quán)利要求
一種鈣基吸收劑循環(huán)捕集SO2和CO2方法，包括電站煤粉爐、脫硫塔、流化床碳酸化反應(yīng)器和流化床煅燒爐，電站煤粉爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)脫硫塔脫硫后，進(jìn)入流化床碳酸化反應(yīng)器CO2被捕集后排入大氣，生成的CaCO3進(jìn)入流化床煅燒爐分解成CaO和CO2，CaO進(jìn)入流化床碳酸化反應(yīng)器被循環(huán)利用，失去活性的CaO從流化床下部排出，并補充鈣基吸收劑，其特征在于流化床碳酸化反應(yīng)器內(nèi)CaO在水蒸氣作用下捕集CO2，反應(yīng)溫度保持在280～300℃，生成的CaCO3進(jìn)入流化床煅燒爐進(jìn)行煅燒，煅燒爐采用生物質(zhì)燃料富氧燃燒，流化床煅燒爐下部排出的部分失去活性的CaO引入消化反應(yīng)器制備成Ca(OH)2溶液，Ca(OH)2溶液再進(jìn)入脫硫塔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈣基吸收劑循環(huán)捕集SO2和CO2方法，其特征在于 Ca(OH)2溶液進(jìn)入脫硫塔捕集SO2時的鈣硫摩爾比為1. 1 1. 3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈣基吸收劑循環(huán)捕集SO2和CO2方法，其特征在于所說 的水蒸氣來自蒸汽輪機抽氣，在流化床碳酸化反應(yīng)器內(nèi)水蒸氣與CaO最佳的摩爾比為1.2。
全文摘要
本發(fā)明是針對電站煤粉爐提出的一種大規(guī)模捕集SO2和CO2的方法。電站煤粉爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)脫硫塔脫硫后，進(jìn)入流化床碳酸化反應(yīng)器，該反應(yīng)器內(nèi)CaO在水蒸氣作用下生成固體Ca(OH)2，Ca(OH)2顆粒進(jìn)行碳酸化反應(yīng)捕集CO2，產(chǎn)物CaCO3進(jìn)入流化床煅燒爐，采用生物質(zhì)燃料富氧燃燒產(chǎn)生的熱量使CaCO3分解為CaO和CO2，CaO被引入碳酸化反應(yīng)器捕集CO2，實現(xiàn)循環(huán)利用。失去活性的CaO從流化床煅燒爐下部排出，同時補充鈣基吸收劑。從煅燒爐排出的部分失去活性的CaO被引入消化反應(yīng)器中形成Ca(OH)2溶液，再進(jìn)入脫硫塔進(jìn)行脫硫，可實現(xiàn)SO2和CO2的分別脫除，降低了系統(tǒng)能耗。
文檔編號B01D53/50GK101797470SQ20101001133
公開日2010年8月11日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者李英杰, 王永征, 程世慶, 趙建立, 路春美, 韓奎華 申請人:山東大學(xué)