專利名稱：一種以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及二氧化碳減排領(lǐng)域，具體為一種以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的裝置。
背景技術(shù)：
[0002]二氧化碳(CO2)是導致全球氣候變暖的溫室氣體的主要成分之一，對溫室效應(yīng)的貢獻率高達55%，由于CO2等溫室氣體排放所引起的氣候變化已成為全世界關(guān)注的焦點問題。碳捕集與封存技術(shù)(CCS技術(shù))是指將二氧化碳從相關(guān)集中排放燃燒源中捕獲并分離出來，并采用各種方法存儲以避免其排放到大氣中的一種技術(shù)，是應(yīng)對氣候變化最有效的技術(shù)路徑之一。[0003]燃煤發(fā)電、鋼鐵、冶金、水泥等行業(yè)生產(chǎn)過程中需要消耗大量的化石燃料，導致大量CO2的集中排放。CO2捕集方法主要有3種燃燒前捕集，燃燒后捕集及富氧燃燒捕集。 其中，燃燒后捕集是指對燃燒后排放煙氣中CO2進行捕集的一類方法，包括變壓吸附、膜分離、物理吸收及化學吸收等，能直接應(yīng)用于現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備，投入相對較少，原理簡單，適用范圍廣，由于化學反應(yīng)的存在，化學吸收法用于CO2捕集時，吸收能力強，平衡分壓低，吸收過程中能維持足夠高的傳質(zhì)推動力，可確保高捕集效率，具有較高的可操作性及廣闊的市場前景。以MEA為代表的醇胺法利用帶有羥基和胺基的堿性水溶液作為溶劑，通過吸收塔和再生塔組成系統(tǒng)對CO2進行捕集，是目前被研究和運用較多且較為成熟的化學吸收方法，對 CO2的脫除率較高，能適應(yīng)處理CO2分壓低的混合氣體，但該方法采用的吸收劑對系統(tǒng)具有強腐蝕性，且再生能耗高，容易發(fā)生氧化、熱降解、發(fā)生不可逆反應(yīng)和蒸發(fā)等造成吸收劑損失和溶液性能改變等，極大地限制了其應(yīng)用范圍。與傳統(tǒng)醇胺法相比，氨水吸收法具有材料成本低、吸收CO2能力強、再生能耗低、吸收劑不易被其他氣體成分降解、對系統(tǒng)腐蝕性小等特點，是實現(xiàn)燃煤煙氣中CO2有效脫除的另一種化學方法，在國外已經(jīng)進入工業(yè)中試階段。 但是該方法為防止吸收劑泄露，對于系統(tǒng)設(shè)備的密封性要求較高，此外對捕集到的CO2解吸并再生吸收劑的過程中，由于液相平衡分壓的存在，NH3和H2O與CO2會一起進入到氣相，造成富集所得的CO2純度達不到要求。[0004]鈣基吸收劑循環(huán)煅燒/碳酸化反應(yīng)捕集CO2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)濟性，近年來受到廣泛關(guān)注。該方法捕集CO2的過程采用雙流化床反應(yīng)器(吸收反應(yīng)器和再生反應(yīng)器)，通過連接管實現(xiàn)兩個反應(yīng)器之間的物料交換，在吸收反應(yīng)器中，CaO與CO2發(fā)生氣-固反應(yīng)吸收混合煙氣中低濃度CO2,生成CaCO3 (反應(yīng)式為CaCHCO2 — CaCO3),在再生反應(yīng)器中，由煤純氧燃燒供熱使CaCO3分解生成CaO和高濃度的CO2 (反應(yīng)式為CaCO3 — Ca0+C02)，其中的CaO重新回用于吸收反應(yīng)器，同時收集產(chǎn)生的高濃度C02。由于氣固反應(yīng)的局限性，采用現(xiàn)有循環(huán)煅燒/碳酸化方法捕集CO2時， 當反應(yīng)進行到一定程度后，CaO顆粒表面生成的致密CaCO3產(chǎn)物層會對CO2進一步向顆粒內(nèi)部擴散產(chǎn)生阻礙作用，使總體反應(yīng)速率較低。經(jīng)多次循環(huán)吸收和煅燒后，吸附劑顆粒內(nèi)部孔隙堵塞及比表面積下降，將造成鈣基吸收劑活性降低，此外，由于煙氣中SO2等酸性氣體的存在，在CaO表面會形成硫酸化產(chǎn)物層，嚴重影響碳酸化反應(yīng)的進行，加速CaO循環(huán)捕集CO2 性能的衰減。為保持較高的CO2捕集效率，需要不斷增加鈣基吸收劑的投入量，將大大增加運行成本，增加煅燒過程能耗，且反應(yīng)器易磨損、沾污和腐蝕。中國專利ZL201010011333. 6 《鈣基吸收劑循環(huán)捕集二氧化碳和二氧化硫的方法》提出采用煅燒爐下部排出的失活CaO制備Ca (OH) 2溶液對煙氣中SO2進行脫除，以消除SO2存在對鈣基吸收劑循環(huán)捕集CO2帶來的阻礙，節(jié)約鈣基吸收劑的投入量。但該方法Ca (0!02溶液脫除302的過程中，會同時吸收煙氣中的CO2，使吸收反應(yīng)器CO2進口濃度偏低，增加捕集難度。此外，該專利仍沿用雙流化床配合生物質(zhì)燃料純氧燃燒的方法實現(xiàn)吸附劑循環(huán)再生，大大降低了生產(chǎn)過程中的廢氣量，但純氧燃燒這一技術(shù)難度較大，投資和運行費用都較高，另外此方法也無法解決流化床反應(yīng)器進出料密封性不強引起的外部空氣進入反應(yīng)器內(nèi)部，引起CO2純度降低的問題。實用新型內(nèi)容[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實用新型目的在于提供一種以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的工藝及設(shè)備。該工藝條件成熟，步驟簡單，對于CO2的捕集效率高。實施該工藝的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)緊湊，投資運行強度小，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。[0006]為達到上述實用新型目的，本實用新型提供的技術(shù)方案是[0007]提供一種以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的設(shè)備，包括經(jīng)管道相連的凈化裝置和碳化塔，所述碳化塔經(jīng)管道依次連接有沉降分離機、離心機、干燥機、計量裝置、密閉環(huán)形煅燒爐、物料儲存?zhèn)}、斗式提升機、化灰機、粗槳池和旋液分離器，所述旋液分離器再與碳化塔相連；所述環(huán)形煅燒爐經(jīng)管道還依次連接有水冷換熱器、壓縮機、冷凝器和CO2儲存罐；所述沉降分離機、離心機和化灰機分別通過管道與回用水池連接。[0008]優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，所述凈化裝置的凈化氣體出口通過加壓機與碳化塔底部氣體入口相連；所述碳化塔通過輸送泵a與所述沉降分離機相連；所述沉降分離機通過輸送泵b與所述離心機相連；所述粗漿池通過輸送泵c與所述旋液分離器相連；所述旋液分離器通過輸送泵d與所述碳化塔相連；[0009]所述密閉環(huán)形煅燒爐通過輸送泵e與所述水冷換熱器相連；[0010]所述回用水池通過輸送泵f連接化灰機。[0011]優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，所述碳化塔腔體底部設(shè)置有氣體分布器，上部設(shè)有氣體擋板、氣體排放口和碳化劑輸入口。[0012]優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，所述環(huán)形煅燒爐為全密閉式煅燒爐，在該爐體中設(shè)置有輻射加熱部件，所述輻射加熱部件采用電加熱輻射管、隔絕煙氣的加熱輻射管或微波加熱輻射管。[0013]優(yōu)選地，在所述設(shè)備中，所述斗式提升機側(cè)設(shè)置有卸料器，化灰機連接在所述卸料器底部。[0014]本實用新型提供的設(shè)備具有以下有益效果(1)相對于現(xiàn)有設(shè)備，本實用新型采用的碳捕集材料成本低，對系統(tǒng)的腐蝕性小，節(jié)約能源；(2)Ca(OH)2乳液對于CO2的吸收率高，相對于固體吸收劑具有明顯優(yōu)勢；(3)在完全隔絕空氣條件下對CaCO3進行煅燒，捕集所得的CO2純度可達99%以上，有利于CO2后續(xù)利用及處理；(4)整個系統(tǒng)封閉循環(huán)，鈣吸收劑和水實現(xiàn)循環(huán)利用，大大降低運行維護費用。


[0015]圖I為本實用新型實施例中以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的設(shè)備流程圖。[0016]圖2為本實用新型實施例的工藝流程圖。[0017]圖中1、凈化裝置；2、加壓機；3、碳化塔；3a、氣體分布器；3b、氣體擋板；3c、氣體排放口 ；3d、碳化劑輸入口 ；4、輸送泵a ;5、沉降分離機；6、輸送泵b ;7、離心機；8、干燥機; 9、計量裝置；10、密閉環(huán)形煅燒爐；10a、輻射加熱部件；11、物料儲存?zhèn)}；12、斗式提升機; 12a、卸料器；13、化灰機；14、粗槳池；14a、攪拌裝置；15、輸送泵c ;16、旋液分離器；17、輸送泵d ;18、輸送泵e ;19、水冷換熱器；20、壓縮機；21、冷凝器；22、CO2儲存罐；23、回用水池;24、輸送泵f ;24a、閥門。
具體實施方式
[0018]
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細描述。以下僅為本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型的公開范圍內(nèi)，可很容易進行的改變或變化都涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。 因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求書的保護范圍為準。[0019]圖I所示為一種以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的設(shè)備，包括經(jīng)管道依次相連的用于尾氣凈化的凈化裝置I ;用于CO2吸收的碳化塔3 ;用于碳化產(chǎn)物CaCO3預處理的沉降分離機5、離心機7、干燥機8 ;用于CO2解吸的密閉環(huán)形煅燒爐10 ;用于煅燒產(chǎn)物CaO消化以便重新回用于碳化過程的物料儲存?zhèn)}11、斗式提升機12、化灰機13 ;用于石灰乳精制的粗槳池14、旋液分離器16 ;用于CO2儲存的水冷換熱器19、壓縮機20、冷凝器21、CO2儲存罐22 ;其中，沉降分離機5、離心機7和化灰機13分別通過管道與回用水池23連接。[0020]所述凈化裝置I的凈化氣體出口經(jīng)由加壓機2與碳化塔3底部氣體入口相連；所述碳化塔的底部設(shè)有氣體分布器3a，上部設(shè)有氣體擋板3b、氣體排放口 3c和碳化劑輸入口 3d;所述碳化塔3液體排出口經(jīng)由輸送泵a 4與所述沉降分離機5入口相連；輸送泵b 6與所述沉降分離機5底部相連，將富CaCO3液體輸送至所述離心機7入口 ；所述離心機7固體排出口與所述干燥機8入口相連，所述干燥機8干燥料出口與計量裝置9物料入口相連，所述計量裝置9出口與所述密閉環(huán)形煅燒爐10物料入口相連；輸送泵e 18氣體輸入口與所述密閉環(huán)形煅燒爐10氣體收集口相連，將高純度CO2氣體輸送至所述水冷換熱器19，所述水冷換熱器19出口與所述壓縮機20入口相連，所述壓縮機20壓縮氣體出口與所述冷凝器 21氣體輸入口相連，所述冷凝器21氣體輸出口與所述CO2存儲罐22相連；所述密閉環(huán)形煅燒爐10固體產(chǎn)物出口與所述物料儲存?zhèn)}11入口相連，所述物料儲存?zhèn)}11出口與所述斗式提升機12物料入口相連，經(jīng)提升后的物料輸送至所述化灰機13 ;所述化灰機13漿料出口與所述粗漿池14入口相連；輸送泵c 15、輸送泵d 17的入口分別與所述粗漿池14、所述旋液分離器16物料出口相連，所述輸送泵c 15、輸送泵d 17的出口分別與所述旋液分離器 16物料入口、碳化塔3的物料入口 3d相連。所述回用水池23通過輸送泵f 24連接化灰機 13。其中，所述粗槳池14中設(shè)置有攪拌裝置14a。[0021]在一個優(yōu)選的實施例中，所述沉降分離機5、所述離心機7的上清液出口與所述回用水池23的入口相連，所述回用水池23的出口通過管道與輸送泵f24、的入口相連，管道上連有閥門24a，所述輸送泵f24的回用水出口與所述化灰機13清水入口相連。[0022]在另一個優(yōu)選的實施例中，所述水冷換熱器19置換的熱水通過管道與所述化灰機13清水入口相連。[0023]在另一個優(yōu)選的實施例中，所述密閉環(huán)形煅燒爐10為全密閉式煅燒爐，在該爐體中設(shè)置有輻射加熱部件10a，所述輻射加熱部件IOa采用電加熱輻射管、隔絕煙氣的加熱輻射管或微波加熱輻射管。[0024]在另一個優(yōu)選的實施例中，所述斗式提升機12側(cè)設(shè)置有卸料器12a，化灰機13連接在所述卸料器12a底部。[0025]如圖2所示，上述設(shè)備對應(yīng)的工作流程如下[0026]步驟A，煙氣凈化處理將煙氣通過管道引入凈化裝置1，煙氣中的S02、NOx、重金屬、二惡英、飛灰等有害氣體及雜質(zhì)在凈化裝置I的作用下得到去除，經(jīng)凈化處理的煙氣中主要成分為CO2和N2，體積濃度為15%、78%。[0027]步驟B，碳化通過加壓2的加壓作用，將凈化裝置I出口的氣體壓力提升，以增強碳化過程中的傳質(zhì)效果。凈化煙氣經(jīng)由碳化塔3底部的入口經(jīng)氣體分布器3a進入碳化塔3 中。氣體自下而上上升過程中，其中的二氧化碳與碳化塔3內(nèi)部的石灰乳溶液發(fā)生快速的化學反應(yīng)，二氧化碳被迅速吸收，生成CaCO3和H2O,而N2在上升流動過程中則不與石灰乳發(fā)生反應(yīng)，在碳化塔3頂部聚集后經(jīng)氣體擋板3b阻隔，最終由碳化塔頂部氣體排出口 3c排入大氣中。[0028]步驟C，碳化產(chǎn)物CaCO3處理碳化反應(yīng)生成的CaCO3漿料含水量較高，不宜直接進行煅燒回收C02。輸送泵a 4將碳化生成的CaCO3I料輸送至沉降分離機5，在重力的作用下，漿料中的水和固體CaCO3得到初步分離；輸送泵b 6將沉降分離機5底部的固體CaCO3 懸浮液輸送至離心機7，離心機7利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生離心力將懸浮液中的固體顆粒截留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)并在力的作用下向機外自動卸出進入干燥機8 ;干燥機8通過熱空氣、煙道氣或紅外線等加熱方式將水分含量為35%左右的固體CaCO3中所含的水分進一步除去，出口物料水分含量為O. 3%左右，滿足后續(xù)煅燒工序的要求；沉降分離機5及離心機7的上清液均分別通過管道排入回用水池23 ;干燥后的固體CaCO3為成品的輕質(zhì)碳酸鈣，其粒度和含水量均符合煅燒的要求，成品輕鈣經(jīng)計量裝置9精確計量后輸送至全密閉環(huán)形煅燒爐10物料入口。[0029]步驟D，CO2解吸在密閉環(huán)形煅燒爐10內(nèi)，成品輕質(zhì)碳酸鈣在完全隔絕空氣的條件下被高溫煅燒分解，煅燒產(chǎn)物為CaO及C02。密閉環(huán)形煅燒爐10內(nèi)采用完全隔絕空氣的輻射加熱部件IOa產(chǎn)生熱量，爐內(nèi)煅燒區(qū)溫度為1000-1400°C，得到煅燒產(chǎn)物CaO及CO2 ;由于密閉環(huán)形煅燒爐10內(nèi)的特殊結(jié)構(gòu)，爐膛空間內(nèi)CO2氣體濃度達98-99. 8%。[0030]步驟E，CaO消化密閉環(huán)形煅燒爐10出口固體物料CaO被運送至物料儲存?zhèn)}11 進行冷卻，待物料溫度降至60度以下，輸送設(shè)備將其輸送至斗式提升機12 ;斗式提升機12 將粉狀CaO物料垂直提升至一定高度，并經(jīng)卸料器12a的作用快速離心卸載至化灰機13 ； 在化灰機13內(nèi)，CaO物料與機內(nèi)來自水冷換熱器19的熱水及來自回用水池23的清水混合，進行消化反應(yīng)，生產(chǎn)出石灰乳粗槳，化灰機13內(nèi)消化反應(yīng)進行完全后，石灰乳粗槳被排入粗槳池14中，粗槳池14內(nèi)石灰乳濃度為30%。[0031]步驟F，石灰乳精制輸送泵c 15將粗槳池14內(nèi)的石灰乳粗槳送至精制設(shè)備-旋6液分離器16進行精制，精制后的石灰乳溶液活性較高，濃度適中，適宜于重新進入碳化塔3 吸附電廠尾氣中的C02。粗槳池14內(nèi)設(shè)有攪拌裝置14a，有利于后續(xù)石灰乳精制及碳化反應(yīng)的進行。[0032]步驟G，石灰乳回收利用經(jīng)精制后得到的石灰乳精漿由輸送泵d 17送至碳化劑輸入口 3d，補充碳化塔3內(nèi)部的碳化吸收劑。[0033]步驟H，高純度CO2儲(封)存密閉環(huán)形煅燒爐10上部氣態(tài)產(chǎn)物出口產(chǎn)出的高純度CO2氣體純度為98. 0-99. 8%，溫度為200°C左右，在輸送泵e 21的作用下經(jīng)由耐熱管道輸送至水冷換熱器19進行冷卻，冷卻后氣體溫度降至50°C ;冷卻后高純CO2氣體經(jīng)壓縮機 20、冷凝器21的作用轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)CO2成品，由密閉管道輸送至CO2存儲罐22中，以便后續(xù)利用。[0034]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施方式
僅限于此，對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本實用新型由所提交的權(quán)利要求書所確定的專利保護范圍。
權(quán)利要求1.一種以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的裝置，包括經(jīng)管道相連的凈化裝置(I)和碳化塔(3)，其特征在于，所述碳化塔(3)經(jīng)管道依次連接有沉降分離機(5)、離心機(7)、干燥機(8 )、計量裝置(9 )、密閉環(huán)形煅燒爐(10 )、物料儲存?zhèn)}(11)、斗式提升機(12 )、化灰機(13)、粗槳池(14)和旋液分離器(16)，所述旋液分離器(16)再與碳化塔(3)相連；所述環(huán)形煅燒爐(10)經(jīng)管道還依次連接有水冷換熱器(19 )、壓縮機(20 )、冷凝器(21)和CO2儲存罐(22);所述沉降分離機(5)、離心機(7)和化灰機(13)分別通過管道與回用水池(23)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的裝置，其特征在于，所述凈化裝置(I)的凈化氣體出口通過加壓機(2 )與碳化塔(3 )底部氣體入口相連；所述碳化塔(3)通過輸送泵a (4)與所述沉降分離機(5)相連；所述沉降分離機(5)通過輸送泵b (6)與所述離心機(7)相連；所述粗漿池(14)通過輸送泵c (15)與所述旋液分離器(16)相連；所述旋液分離器(16)通過輸送泵d (17)與所述碳化塔(3)相連； 所述密閉環(huán)形煅燒爐(10)通過輸送泵e (18)與所述水冷換熱器(19)相連； 所述回用水池(23 )通過輸送泵f (24 )連接化灰機(13 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的裝置，其特征在于，所述碳化塔(3)腔體底部設(shè)置有氣體分布器(3a)，上部設(shè)有氣體擋板(3b)、氣體排放口(3c)和碳化劑輸入口(3d)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的裝置，其特征在于，所述環(huán)形煅燒爐(10)為全密閉式煅燒爐，在該爐體中設(shè)置有輻射加熱部件(IOa),所述輻射加熱部件(IOa)采用電加熱輻射管、隔絕煙氣的加熱輻射管或微波加熱輻射管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以CaO為載體循環(huán)捕集二氧化碳的裝置，其特征在于，所述斗式提升機(12)側(cè)設(shè)置有卸料器(12a)，化灰機(13)連接在所述卸料器(12a)底部。
專利摘要本實用新型公開了一種以CaO為載體循環(huán)捕集煙氣中二氧化碳的裝置，包括經(jīng)管道相連的凈化裝置、碳化塔、沉降分離機、離心機、干燥機、計量裝置、密閉環(huán)形煅燒爐、物料儲存?zhèn)}、斗式提升機、化灰機、粗槳池和旋液分離器。該設(shè)備采用的碳捕集材料成本低，對系統(tǒng)的腐蝕性小，節(jié)約能源；Ca(OH)2乳液對于CO2的吸收率高，相對于固體吸收劑具有明顯優(yōu)勢；在完全隔絕空氣條件下對CaCO3進行煅燒，捕集所得的CO2純度可達99%以上，有利于CO2后續(xù)利用及處理；整個系統(tǒng)封閉循環(huán)，鈣吸收劑和水實現(xiàn)循環(huán)利用，大大降低運行維護費用；設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，投資運行強度小，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
文檔編號B01D53/80GK202803106SQ20122040797
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者白玉龍, 王昀睿 申請人:西安瑞馳節(jié)能工程有限責任公司