[发明专利]煤脱硫脱碳燃烧方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于煤燃烧领域，具体涉及一种煤脱硫脱碳燃烧方法和装置，用于煤燃烧过程中的碳捕获及煤燃烧时气、固硫组分的分离转化，实现煤的定向脱碳及脱硫。

背景技术

随着能源需求的快速增长和化石燃料使用量的急剧增加，导致温室气体CO₂在自然界的累积量不断加大，控制化石燃料燃烧过程CO₂的排放，对于应对温室效应和全球变暖具有重要的作用。特别是对于中国，鉴于其能源结构以煤为主的特点，CO₂排放水平急剧增加并已经居于世界第一位的现状，开发高效的燃煤CO₂减排技术，控制我国燃煤CO₂排放水平，具有重大的社会意义和经济价值。

与其它各类燃煤CO₂减排技术相比，直接以煤为燃料的化学链燃烧技术，以氧载体代替空气，实现煤的非混合无焰燃烧，具有显著的优点，不仅能在损失较小能量的情况下、实现煤燃烧过程中CO₂的有效分离，而且避免了煤直接与空气燃烧过程中的不可逆损失，实现了系统内部热量的梯级利用，具有较高的燃烧效率；同时，还能有效的抑制煤燃烧过程中NO_x的生成。

在各类煤化学链燃烧氧载体中，相对于CuO、NiO、Fe₂O₃等金属氧载体，CaSO₄作为氧载体尽管分布广泛，价格低廉，而且理论氧容量为0.46，是上述各类金属氧载体的理论氧容量的二倍还多，具有显著的优势。但是，CaSO₄作为氧载体，反应活性较低。最主要的是，反应过程会释放出大量的SO₂，不仅造成严重的环境污染，而且掺混在煤燃烧反应尾气中的气相硫组分（以H₂S为主），导致尾气中CO₂分离的困难以及输送过程中严重的管路腐蚀，从而极大地限制了煤化学链燃烧过程中CaSO₄作为氧载体的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脱碳脱硫的煤粉燃烧方法及装置，以CaSO₄-CuO作为复合氧载体，基于煤的化学链燃烧技术，克服传统煤燃烧尾气脱硫方法成本高、系统复杂的缺点，在促进煤的有效转化的同时，实现煤利用过程中CO₂的有效分离及各类硫组分的转化和脱除。

一种煤脱硫脱碳燃烧方法，具体为：

（1）在CO₂流态化介质作用下，煤与CaSO₄-CuO复合氧载体发生还原反应，生成包含煤灰、CaS、Cu和Cu₂S的固体产物，以及包含CO₂和水蒸气的气相产物；

（2）步骤（1）得到的气相产物冷凝分离后得到纯CO₂，固相产物通过三级分离过程逐级分离出煤灰、CaS、Cu和Cu₂S；

（3）经过步骤（2）分离出的Cu与空气氧化反应生成CuO；

（4）在水蒸气气氛下，步骤（2）氧化反应生成的CuO分解生成固相Cu₂O和气相O₂；

（5）将步骤（4）生成的固体Cu₂O与步骤（2）分离出的Cu₂S混合，以步骤（4）得到的O₂作为流态化介质及氧化剂，在纯O₂气氛下，Cu₂S、Cu₂O与O₂发生氧化反应，生成CuO固体和SO₂；

（6）步骤（5）生成的CuO与步骤（2）分离出的CaS混合后，与空气发生氧化反应，生成CaSO₄-CuO复合氧载体，返回步骤（1）进行下一次循环反应。

进一步地，所述CuO-CaSO₄复合氧载体中的CuO与CaSO₄质量比大于1：4。

进一步地，相对于煤，CuO-CaSO₄复合氧载体氧过量系数取值为0.75~1，使煤处于弱贫氧燃烧状态。

一种煤脱硫脱碳燃烧装置，包括燃料反应器系统、在线脱硫系统和空气反应器系统；