[发明专利]用于通过CaO的碳酸化作用捕获CO2以及用于维持吸收剂活性的装置和方法

说明书

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本发明的目的

本发明包括于从碳质燃料的能源生产领域内，其捕获二氧化碳以供使用或永久存储。特别地，本发明涉及能够改善煅烧-碳酸化过程(或“钙循环”)中CaO对CO₂的捕获的装置和方法。本发明的装置目的的特征在于它们具有反应器(再碳酸化器(recarbonator))，其中使来自碳酸化器的部分地被碳酸化的固体与高度浓缩的CO₂接触；由此所述固体中的碳酸盐分数稍微地增加至高于碳酸化器中的有效CO₂承载能力，并且所述增加补偿了所述固体在下一个煅烧-碳酸化循环中经受的CO₂承载能力的损失，从而以更高值的吸收剂的CO₂承载能力抑制减活化过程。

本发明的背景

目前，从碳质燃料产生电力根本上是通过燃烧过程来进行的，这产生了大量的CO₂，而CO₂是气候变化的主要原因。因此，在现有技术领域中已经提出了不同的方法以捕获这些过程中释放的CO₂，其中基于可逆的CaO和CaCO₃碳酸化-煅烧反应(也称为“碳酸盐循环”或“钙循环”)的那些方法由于其低成本和低能量惩罚的理论优势而突出。

CaO+CO2↔CaCO3]]>

该平衡先前已经被用于CO₂的分离过程，特别是在烃重整和/或H₂生产中。例如，López-Ortiz和Harrison(Hydrogen production using sorption-enhanced reaction.Ind.Eng.Chem.Res.,40,5102-5109,2001)已经实验证明了所述平衡在CaO的存在下用水蒸气在单甲烷重整反应器中生产氢气中的应用，以及参见在还原性气氛中CO₂分离领域的相当数量的专利和出版物，这可以追溯至1868年。

Shimizu等(Shimizu等.A twin fluid-bed reactor for removal of CO₂from combustion processes Trans IChemE A,77,62-68,1999)公开了一种将CaO用作来自烟道气的CO₂的吸收剂并以通过CaCO₃的连续煅烧的再生来获得浓缩CO₂流的方法。所提议的该系统使用双互联流化床作为碳酸化器和煅烧炉。该煅烧炉使用煤的氧化燃烧向吸热步骤的CaCO₃的煅烧提供必要的热量以得到CaO和CO₂。该概念最近在实验室试验工厂规模上已经成功地得到了证明(N.Rodríguez等.Comparison of experimental results from three dual fluidized bed test facilities capturing CaO with CO₂,Energy Procedia,4,393-401,2011.)，测试中多于90%的CO₂被捕获并且碳酸化器中实现的固体转化非常接近于碳酸化器中的最大有效CO₂承载能力，该测试是在接近于工业规模上预计的温度、气体速度、固体循环速率和固-气接触时间的条件下操作的。

所有先前的以CaO捕获CO₂的系统的一个重要缺陷在于，随着煅烧-碳酸化循环次数N的增加，CaO显示出损失有效CO₂承载能力X_N(也被称为“最大CO₂承载能力”或“活性”)的倾向。已知X_N标志着CO₂吸收能力，其是在快速碳酸化阶段结束时获得的，因为随后的慢碳酸化阶段在碳酸化器反应器中的典型反应条件下不具有实际应用。还已知当CaO来自由于成本低而最有吸引力的天然前体(如石灰石或白云石)时，X_N降低的倾向随N的增加而高度突出。