[发明专利]使用循环流化移动床捕获电厂烟气中CO2的工艺及装置

说明书

技术领域

本发明属于一种捕获CO₂的工艺及装置，具体涉及一种使用固体吸附剂循环流化移动床捕获电厂烟气中CO₂的工艺及装置。

技术背景

随着人类社会现代化进程的加快，CO₂的过度排放引起的“温室效应”已成为全球性环境问题，引起了国际国内社会的广泛关注，其势必成为严重阻碍我国经济可持续发展的主要瓶颈之一。我国政府高度重视CO2减排问题，2009年正式承诺到2020年我国单位GDP CO2排放量比2005年下降40～45%的减排目标，不附加任何条件，并作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。但快速的工业化和城市化进程，决定了中国碳排放绝对量在较长的一段时间内还将持续增长。

据经济合作发展组织（OECD）和国际能源署（IEA）数据显示，目前全球的CO₂年排放量已达约290亿吨，而现有电厂CO₂年排放量约106亿吨，占全世界排放总量的40%左右，其中燃煤电厂76亿吨，占发电行业排放量的72%。据报告预测显示：2011年我国排放CO₂总量约为74.5亿吨，其中来源于煤炭消费的CO₂排放量约为56亿吨。中国能源消费结构中燃煤在今后相当长的时间内不会有太大的变化。预计到2020年，煤电在全国发电量中的比重仍会占到60%以上。可见，以燃煤为主的火力发电企业是CO₂主要的排碳源。因而对于电厂烟道气中的CO₂进行捕获对于解决全球变暖和温室效应问题具有重大意义。

CO₂捕获、封存及利用技术（CO₂Capture，Storage and Utilization，CCSU）被认为是短期之内应对气候变化的重要技术手段之一。根据IEA的研究，在CO₂浓度控制在450ppm的情景下，2020年、2030年和2050年由提高能效带来的减排量将分别占当年能源相关减排量的65%、57%和54%。但随着提高能效技术的“天花板效应”逐渐显现、替代能源资源由易开发逐渐转为难开发等原因，CCSU的减排贡献必须逐步增加，从2020年占总减排量的3%上升至2030年的10%，并在2050年将达到19%。我国政府也在2013年明确提出发展CCSU技术是在我国能源结构以煤为主的现实情况下，有效控制温室气体排放的一项重要举措，并有助于实现煤、石油等高碳资源的低碳化、集约化利用，促进电力、煤化工、油气等高排放行业的转型和升级，带动其他相关产业的发展，对我国中长期应对气候变化、推进低碳发展具有重要意义。目前，碳捕集、利用和封存各环节的技术研发已取得显著进展，但仍然存在成本和能耗高、长期安全性和可靠性有待验证等问题，其中CO₂捕集技术是CCSU全流程中成本最高的环节，约占全流程成本的70%左右，这也是限制CCSU技术大规模应用的最大瓶颈。目前CO₂捕获技术主要包括燃烧前捕获、化学循环燃烧、富氧燃烧捕获、燃烧后捕获技术。由于燃烧后捕获技术不需要改变原有的设备和布局，只需在原有的设备上加一套CO₂捕获装置，在经济和技术上都具有较高的可行性。在燃烧后CO₂分离方法中，由于固体吸附剂（有机、有机-无机和无机类固体吸附剂），不易失活，循环利用率高，对设备几乎没有腐蚀性等优点开始引起许多研究者的关注。在吸附工艺研究方面，目前国内外主要通过热重分析仪、固定床、小型流化床反应器来进行吸附CO₂实验，但由于吸附反应的高放热特性和对温度要求的严格性，固定床内不易散热而引起局部温度过高，使反应不完全，尤其针对电厂烟道气排放气流量大的特点，对设备提出了吸附设备更高的要求，由于流化床层内流体和固体剧烈搅动混合，使床层温度分布均匀，避免局部过热，（或局部反应不完全）。流化床单位体积内气固相之间接触面积大，使界面的传热、传质速率增强，提高了反应强度和设备的生产能力，同样的设备容积，流化床的生产能力要比固定床大很多。因此，针对电厂烟道气排放气流量大的特点，采用流化床基于固体吸附剂吸附酸性气体引起越来越多国家的重视。由于因此采用利用流化床反应器吸附CO₂成为目前研究的热点。