一种原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法与流程

本发明属于二氧化碳捕集利用及煤气化技术领域，涉及一种原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法。

背景技术：

我国的基本国情决定了在未来相当长的时间里煤炭在一次能源结构中的主体地位不会改变。但是煤炭的常规利用会引发环境污染等严峻问题，因此将煤炭转化合成清洁、高附加值的液体燃料和化工制品是解决我国当前化工战略安全问题的重要方式之一，具有重要工程应用前景。现阶段的煤气化技术主要面临着结焦产物气化难以及co2大量排放等尚未解决的技术问题。

此外，燃煤电厂目前是我国二氧化碳排放大户，高温二氧化碳大规模、高效的资源化利用是我国实现二氧化碳减排目标的重要环节。目前，对二氧化碳排放源头进行控制和回收再利用是当前最有效的方式。燃煤电厂二氧化碳的捕集主要集中在高温物理吸附和低温化学吸收法等燃烧后捕集技术。虽然技术成熟，但也存在以下技术缺陷：高温物理吸附法虽然工艺流程简单但是吸附量有限，并且在减压和升温过程的能耗过高；低温化学吸收法虽然吸收快、吸收量大，但有机吸收剂受温度影响大从而容易降解造成吸收效率降低，此外，该方法还需要对二氧化碳气体进行预冷却处理，对气体本身高温余热的利用率不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法，该方法利用熔融碳酸盐催化煤气化反应能够实现电厂高温二氧化碳的回收和资源化利用，且具有能耗低、吸附量大及利用转化效率高的特点。

为达到上述目的，本发明所述的原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法包括以下步骤：

选取一元或多元混合碳酸盐，将碳酸盐加入到反应器中；

将电厂中富含二氧化碳的烟道输出气体从底部输入到反应器中，并对碳酸盐进行搅拌，利用烟道气高温形成熔融碳酸盐-浆态床；

向反应器中加入煤粉，搅拌使得煤粉与熔融碳酸盐均匀混合，煤粉在高温下首先进行热解析出挥发性气体产物和固体产物焦炭，焦炭在熔融碳酸盐的催化下与二氧化碳反应，深度气化形成煤气。同时，有机挥发性气体和二氧化碳进行原位催化重整生成能量密度更高的合成气。在长时态、连续反应过程中，利用反应系统中气体的升力以及残渣与熔融碳酸盐-浆态床之间的密度差，驱动残渣移动至熔融碳酸盐-浆态床的上表面，随后进行刮除以减小反应器因堵塞导致床压升高问题。

碳酸盐为k2co3、na2co3、li2co3、gaco3、mgco3、srco3及baco3中的一种或多种混合形成的混合物。

反应器包括壳体、送煤装置、以及设置于壳体内用于对熔融碳酸盐-浆态床进行搅拌的搅拌器以及用于刮出熔融碳酸盐-浆态床表面剩余残渣的刮板装置，熔融碳酸盐-浆态床位于壳体内，壳体的底部设置有气体喷射嘴，送煤装置与壳体顶部侧面上的入煤口相连通。

反应器还包括设置于壳体内的气体预处理装置及分散进气装置；分散进气装置位于熔融碳酸盐-浆态床的下方，气体预处理装置的出口与分散进气装置的入口相连通。

根据电厂中富含二氧化碳烟道气体的温度计算熔融碳酸盐-浆态床中煤和二氧化碳气化的反应温度，根据熔融碳酸盐-浆态床的反应温度选取融点为相应温度的一种或多种混合碳酸盐。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法在具体操作时，利用电厂中输出的富含二氧化碳高温烟道气对碳酸盐进行加热，以形成熔融碳酸盐-浆态床，再利用‘盐煮煤’方法即用熔融碳酸盐催化煤热解后产生的焦炭和二氧化碳深度气化耦合挥发性有机气体和二氧化碳原位重整的方式原位实现对二氧化碳的大规模高效、高值利用及解决煤气化过程中产生的结焦产物气化难的问题，同时，降低系统运行能耗。

附图说明

图1为反应器的结构示意图。

其中，1为壳体、2为送煤装置、3为刮板装置、4为熔融碳酸盐-浆态床、5为搅拌器、6为分散进气装置、7为气体预混装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法包括以下步骤：

选取一种或多种碳酸盐并充分混合均匀，将碳酸盐加入到反应器中；

具体的，根据电厂中富含二氧化碳烟道气体的温度计算熔融碳酸盐-浆态床4的反应温度，根据熔融碳酸盐-浆态床4的反应温度确定混合碳酸盐的熔点并选取相应配比的碳酸盐。

将电厂中排放的富含二氧化碳的高温烟道气先通过气体预处理装置7进行过滤和预混，然后从底部通过喷射嘴6输入到反应器中，并对碳酸盐床层进行搅拌，形成熔融碳酸盐-浆态床4；

向反应器中加入煤粉，同时搅拌使得煤粉与熔融碳酸盐充分混合。在工作时，煤粉在高温下首先进行热解析出挥发性气体产物和固体产物焦炭，随后焦炭在熔融碳酸盐的催化下与二氧化碳反应进行深度气化形成煤气。同时，催化过程中的中间态金属单质促进热解产生的挥发性气体和二氧化碳进行重整反应生成合成气。其中，焦炭、二氧化碳和碳酸盐之间发生的反应为：

c m2co3→3co 2m

2co2 2m→m2co3 co

利用反应系统中气体的升力以及残渣与熔融碳酸盐-浆态床4之间的密度差，驱动残渣移动至熔融碳酸盐-浆态床4的上表面，随后进行刮除解决煤气化中常见的因堵塞引起的床压升高问题。

碳酸盐为k2co3、na2co3、li2co3、gaco3、mgco3、srco3及baco3中的一种或多种混合形成的混合物。

反应器包括壳体1、送煤装置2、以及设置于壳体1内用于对熔融碳酸盐-浆态床4进行搅拌的搅拌器5以及用于刮出熔融碳酸盐-浆态床4表面残渣的刮板装置3，熔融碳酸盐-浆态床4位于壳体1内，壳体1的底部设置有气体入口，送煤装置2与壳体1顶部侧面上的入煤口相连通；反应器还包括设置于壳体1内的气体预混装置7及喷射进气装置6；喷射进气装置6位于熔融碳酸盐-浆态床4的下方，气体预混装置7的出口与喷射进气装置6的入口相连通。

在实际操作时，通过设定刮板装置3的刮除频率，有效避免当前下沉式排渣由于易堵塞造成的炉内压降升高对煤气化的影响问题，从而适应长时段、大规模的工业要求。

技术特征：

1.一种原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法，其特征在于，包括以下步骤：

选取一元或多元混合碳酸盐，将其加入到反应器中；

将电厂中富含二氧化碳的烟道气从底部通入到反应器中，并对碳酸盐进行搅拌，利用烟道气温度加热碳酸盐至融点形成熔融碳酸盐-浆态床(4)；

向反应器中加入煤粉，搅拌使得煤粉与熔融碳酸盐均匀混合，在高温反应中利用熔融碳酸盐促进煤热解后的焦炭、挥发性有机气体分别与二氧化碳的气化和重整反应,利用反应系统中气体的升力以及残渣与熔融碳酸盐-浆态床(4)之间的密度差，驱动反应残渣移动至熔融碳酸盐-浆态床(4)的上表面进而刮除。

2.根据权利要求1所述的原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法，其特征在于，碳酸盐为k2co3、na2co3、li2co3、gaco3、mgco3、srco3及baco3中的一种或多种混合形成的混合物。

3.根据权利要求1所述的原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法，其特征在于，反应器包括壳体(1)、送煤装置(2)、以及设置于壳体(1)内用于对熔融碳酸盐-浆态床(4)进行搅拌的搅拌器(5)以及用于刮出熔融碳酸盐-浆态床(4)表面残渣的刮板装置(3)，熔融碳酸盐-浆态床(4)位于壳体(1)内，壳体(1)的底部设置有气体喷射嘴，送煤装置(2)与壳体(1)顶部侧面上的入煤口相连通。

4.根据权利要求1所述的原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法，其特征在于，反应器还包括设置于壳体(1)内的气体预处理装置(7)及分散进气装置(6)；分散进气装置(6)位于熔融碳酸盐-浆态床(4)的下方，气体预处理装置(7)的出口与分散进气装置(6)的入口相连通。

5.根据权利要求1所述的原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法，其特征在于，根据电厂中富含二氧化碳烟道气体的温度计算熔融碳酸盐-浆态床(4)中煤和二氧化碳气化的反应温度，根据熔融碳酸盐-浆态床(4)的反应温度选取融点为相应温度的一元或多元碳酸盐。

技术总结
本发明公开了一种原位资源化利用电厂高温二氧化碳的方法，包括以下步骤：选取一元或多元混合碳酸盐，将碳酸盐加入到反应器中；将电厂中富含二氧化碳的烟道输出气体输入到反应器中，并对碳酸盐进行搅拌，利用烟道气高温形成熔融碳酸盐‑浆态床；向反应器中加入煤粉，搅拌使得煤粉与碳酸盐混合，利用熔融碳酸盐催化煤和二氧化碳气化反应，同时，利用输入二氧化碳气体的升力以及残渣与熔融碳酸盐‑浆态床之间的密度差，驱动反应后的残渣移动至熔融碳酸盐‑浆态床的上表面并进行刮除，该方法能够结合煤气化来实现电厂高温二氧化碳的原位回收和资源化利用，且具有能耗低、处理量量大及转化利用效率高的特点。

技术研发人员：曹鹏飞;范娟
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2020.12.30
技术公布日：2021.05.25