一種燃煤ＣＯ２零排放方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供了一種燃煤ＣＯ２零排放方法，對ＭＦｅ２Ｏ４（Ｍ代表Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ和Ｃｏ中任意一種）氧載體進行分解生成氧缺位鐵酸鹽ＭＦｅ２Ｏ４－δ（０≤δ≤２）和Ｏ２，氧缺位鐵酸鹽與煤氣化產物發生還原反應生成ＣＯ２、Ｈ２Ｏ和不凝結氣體，其中不凝結氣體與分解得到的Ｏ２再進行氧化反應生成ＣＯ２和水蒸氣；生成的ＣＯ２和水蒸氣與被還原的氧缺位鐵酸鹽發生還原反應生成由ＣＯ和氫氣構成的合成氣，最終實現ＣＯ２零排放。本發明專利技術還提供了實現上述方法的裝置，以快速流化床、兩段式噴動流化床以及鼓泡流化床為主要組件。本發明專利技術達到了燃煤的高效潔凈利用和ＣＯ２的真正零排放，避免了對ＣＯ２的遠距離傳輸能量和成本耗費，具有廣闊的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及煤燃燒領域，特別是涉及煤燃燒過程中的co2零排放方法和裝置。
技術介紹
以煤為主的化石燃料在提供了85%以上的世界用能的同時，煤燃燒過程所產生的 C02是人類活動過程所產生的C02的一個主要來源。控制燃煤C02排放水平，開發高效的燃 煤(A減排技術，具有重大的社會意義和經濟價值。相對于提高燃煤發電效率、促進能源替 代并采用低碳燃料(比如天然氣和生物質等)這兩條(A減排技術路線，對煤燃燒所產生 的C02進行捕獲以及封存后處理的路線(簡稱為CCS路線)，更為積極有效，在不改變當前能源結構的前提下，能夠有效實現燃煤co2的減排目標。對于燃煤C02減排的CCS路線，co2 的處理主要由煤利用過程產生的co2的分離回收、所得到的高純co2的壓縮和遠距離傳送、地質或者海洋存貯這三部分組成。由于C02分離回收占整個C02處理成本的75 85%，因 此，C02分離回收是燃煤C02處理研究的重點。 就燃煤CCS路線所包含的三類C02分離回收方法(包括煤燃燒前、煤燃燒中以及 煤燃燒后C02回收方法)及其相關分離技術，比如各類物理吸附法、甲基乙醇胺(MEA)等堿 性溶液以及石灰石等干基吸收劑化學吸收法、膜分離方法，純氧燃燒技術等，盡管能夠實現 燃煤所產生的C02的回收，但是高濃度C02的捕獲會導致煤利用系統效率的極大降低(10% 左右)以及發電成本的增加。 進一步的，與上述的C02回收方法和相關技術有著本質的區別，化學鏈燃燒技術， 作為燃料和空氣的非混合燃燒技術，以氧載體代替空氣，與煤及其氣化產物在燃料反應器 中進行還原反應，被還原的氧載體再傳遞進入空氣反應器中進行氧化再生，從而達到氧載 體的多次循環利用。該技術不僅完成了煤的氧化，同時還避免了傳統燃燒方式下燃料與空 氣的直接接觸以及空氣中所含N2對煤反應尾氣中C02的稀釋。因此，相對于一般的C02回 收方法，該技術具有顯著的特點和優勢，不僅能夠根除燃料燃燒時NOx的產生，提高燃料的 利用效率；同時，燃料完全轉化時，反應產物僅包含空氣和水蒸氣，無需額外的分離裝置和 措施，經過簡單的冷凝處理，就可以得到高純C02，也就是所謂的C02內分離特性，從而便于 后續存貯處理。 顯然，在上述的各種燃煤C02回收方法和技術中，盡管煤化學鏈燃燒技術具有顯著 的優點，不僅可以根除燃料N0X的產生，而且能夠在不引起系統效率降低的前提下得到高濃 度的C02。但是，對于捕獲獲得的高濃度(A，一般都需要經過壓縮后進行離線處理，把回收 得到的高濃度(A注入深海、開采過的油氣田、地下咸蓄水層以及無商業開采價值的煤田深 層，不僅無法對C02從根本上進行徹底處理、所存貯的C02對生態系統的長期潛在危害也不 容忽視；同時，C02的長距離輸送也耗費一定的成本。 另外，當前提出的所謂煤(A零排放系統，著眼于煤的高效轉化利用，基本上都是 以煤氣化為基礎。主要包括兩種途徑一是基于整體煤氣化聯合循環(簡稱IGCC)(A分離 系統，但是所采用的裝置及其系統的復雜性、過高的一次投資，極大的限制了該技術的推廣3應用；二是基于石灰石等C02干基吸收劑為基礎的C02零排放系統，盡管美國零排放煤利用 聯盟(ZECA)、日本新能源綜合開發結構(NEDO)、浙江大學等世界范圍內的多個研究機構所 采用。但是上述兩種煤C02零排放系統的最大缺陷，還是在于該系統所產生的僅僅是高濃度 的(A，所獲得的C02還需進一步離線后處理，進行海洋或者地質存貯，既耗費成本和能量， 還對環境造成潛在危害。 因此，基于煤化學鏈燃燒技術，充分利用其可以根除煤燃料NOx、可以在不降低系 統效率的前提下獲得高純C02的突出優點；同時，以所獲得高濃度的C02為原料，進行C02在 線處理并轉化成有用的化工原料并加以利用，對于煤的高效潔凈利用、C02的捕獲和在線利 用以及煤C02排放水平的降低，具有深遠的社會意義和經濟價值。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種燃煤C02零排放方法，在燃煤供能的同時實現C02的零 排放。 本專利技術的目的還在于提供實現上述方法的裝置。 —種燃煤C02零排放方法，對MFe204氧載體進行分解生成02和氧缺位鐵酸鹽 MFe204—s，0《S《2，M為Cu或Ni或Mn或Co，氧缺位鐵酸鹽MFe2(Vs，0《S《2與煤氣 化產物發生還原反應生成C02、 H20和不凝結氣體，其中不凝結氣體與分解得到的02進行氧 化反應生成(A和水蒸氣；所有生成的(A和水蒸氣與被還原的氧缺位鐵酸鹽發生還原反應 生成由CO和氫氣構成的合成氣。 作為改進，將合成氣作為燃料進一步與分解生成的氧缺位鐵酸鹽進行氧化反應生 成0)2和水蒸氣。 實現上述燃煤C02零排放方法的裝置，包括由快速流化床1、第一旋風分離器2、噴 動流化床3的上半段、噴動流化床3的下半段、煤灰重力分離器4、鼓泡流化床5、 U型流動 密封閥6、快速流化床1依次連通構成的回路；噴動流化床3的上半段還連通第二旋風分離 器8，第二旋風分離器8分別連通煤飛灰捕集器9和鼓泡流化床5 ;噴動流化床3的下半段 還連通第三旋風分離器7，第三旋風分離器7分別連通部分氧化氧載體捕集器10和噴動流 化床3的下半段；噴動流化床3的上半段與噴動流化床3的下半段的相接處為束腰結構。 本專利技術方法的技術效果體現在 (1)本專利技術燃煤過程中C02和水蒸氣產生源于如下三個反應其一是氧缺位鐵酸 鹽與煤氣化產物發生的還原反應，其二是不凝結氣體與分解得到的02進行的氧化反應，其 三是合成氣與分解生成的氧缺位鐵酸鹽的氧化反應。上述反應產生的(A和水蒸氣均在線 地與被還原的氧缺位鐵酸鹽發生還原反應，最終實現C02的零排放。 (2)不凝結氣體與分解得到的02的氧化反應，作為煤氣化產物燃燒的輔助反應，提 高了煤粉的利用率。另外，02來源于MFe204氧載體的分解，無需耗費額外的成本和能量。 (3)生成的由CO和氫氣構成的合成氣是一種非常優質的化工原料，可將其用于氨 氣合成等其它工業用途，也可以在本專利技術中將其作為燃料，返回與分解生成的氧缺位鐵酸 鹽作氧化反應，生成作為氣化介質的C02和水蒸氣，用以促進煤粉的充分氣化。 本專利技術裝置的技術效果體現在 (l)本專利技術(A零排放裝置為燃煤過程中的四種反應提供了反應空間，其中噴動流4化床3的上半段用于1^6204氧載體的分解以及不凝結氣體與分解得到的02的氧化反應；噴動流化床3的下半段用于氧缺位鐵酸鹽與煤氣化產物的還原反應、合成氣與分解生成的氧 缺位鐵酸鹽的氧化反應；鼓泡流化床5用于C02和水蒸氣與被還原的氧缺位鐵酸鹽的還原 反應。 (2)為了 MFe^4氧載體的循環利用，本專利技術裝置設置了快速流化床l，鼓泡流化床 5中C02和水蒸氣與被還原的氧缺位鐵酸鹽產生還原反應，除了產生合成氣外，還產生部分 氧化的低價態鐵酸鹽，低價態鐵酸鹽進入快速流化床1與空氣氧化再生成MFe204氧載體，從 而實現對MFe204氧載體的循環利用。同時，在MFe204氧載體的再生反應過程中釋放出大量 熱量，熱量被攜帶進入噴動流化床3的上半段，可促進MFe204氧載體的分解。 (3)本專利技術裝置設計了兩段式噴動流化床，該流化床上半段的下口和下半段上口 分別向內慢慢收攏形成束腰結構，這不僅有利于反應氣流良好流動特性的維持，還本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃煤ＣＯ↓［２］零排放方法，對ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４］氧載體進行分解生成Ｏ↓［２］和氧缺位鐵酸鹽ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４－δ］，０≤δ≤２，Ｍ為Ｃｕ或Ｎｉ或Ｍｎ或Ｃｏ，氧缺位鐵酸鹽ＭＦｅ↓［２］Ｏ↓［４－δ］，０≤δ≤２與煤氣化產物發生還原反應生成ＣＯ↓［２］、Ｈ↓［２］Ｏ和不凝結氣體，其中不凝結氣體與分解得到的Ｏ↓［２］進行氧化反應生成ＣＯ↓［２］和水蒸氣；所有生成的ＣＯ↓［２］和水蒸氣與被還原的氧缺位鐵酸鹽發生還原反應生成由ＣＯ和氫氣構成的合成氣。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王保文，鄭瑛，趙海波，張少華，鄭楚光，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：83[中國|武漢]