專利名稱：基于硫酸鈣的煤置換燃燒二氧化碳分離裝置及分離方法
技術領域：
本發明為煤的一種燃燒方式，具體為實現煤的置換燃燒，達到燃燒過程中分離二氧化碳的裝置及方法。
背景技術：
二氧化碳是諸多潛在的溫室效應氣體中影響最大的溫室氣體，如何減排二氧化碳已經成為今后人類可持續發展的主要內容之一。常規的燃燒技術均是以空氣為氧化劑，生成的煙氣中二氧化碳占10～15％，二氧化碳的后續處理(濃縮提純)成本太高，通常有以下方法1.通過分子膜分離方法對二氧化碳進行分離提純處理，其分離效率低而且成本高，如火電廠采用此方法對煙氣中二氧化碳分離處理，會增加20％的發電成本。
2.通過生物光合作用脫除二氧化碳，尋找高效生物藻類進行大規模脫除二氧化碳，尚需技術突破。
3.通過高效二氧化碳溶劑或吸附劑技術分離二氧化碳，有待于進一步研究。
發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種能將二氧化碳單獨分離出來的、基于硫酸鈣的煤置換燃燒分離二氧化碳裝置及方法。
技術方案本發明的基于硫酸鈣的煤置換燃燒二氧化碳分離裝置，是由循環流化床、旋風分離器、以及流化床組成，其特征在于循環流化床內，將硫化鈣與空氣進行氧化反應生成硫酸鈣，經旋風分離器分離后，硫酸鈣進入流化床；將煤和石灰石加入流化床內，與從流化床底部進入的水蒸汽進行水煤氣反應，生成的水煤氣以及焦炭與硫酸鈣進行還原反應，煤中的硫大部分以硫化氫的形式轉入煤氣中，并與石灰石反應，固化為硫化鈣；從流化床內排出的氣體反應產物為二氧化碳和水蒸汽，冷凝剔除水，將二氧化碳分離出來；流化床內硫酸鈣與水煤氣以及焦炭反應，被還原成硫化鈣，返回到循環流化床，進行硫酸鈣的再生過程。
其具體的結構為循環流化床的上部與旋風分離器的上部相連通，旋風分離器的下部通過料腿與流化床相連通，旋風分離器的頂部為貧氧空氣出氣口，循環流化床的下部通過聯通管與流化床相連通，流化床的頂部為二氧化碳和水蒸汽出氣口，循環流化床的底部是空氣進口，流化床的下部或底部設有煤和石灰石進口，流化床的底部是水蒸氣進口。
本發明的基于硫酸鈣的煤置換燃燒二氧化碳分離方法為煤和石灰石從流化床下部或底部輸送進入流化床內，水蒸汽從流化床底部進入流化床內，煤與水蒸汽發生水煤氣反應，產生水煤氣和焦炭；在循環流化床內將硫化鈣與空氣進行氧化反應，生成硫酸鈣顆粒，進入旋風分離器，將硫酸鈣顆粒與氣體進行分離，分離出的硫酸鈣顆粒進入流化床，與水煤氣以及焦炭進行反應，還原成硫化鈣；將還原后的硫化鈣顆粒返回到循環流化床，進行硫酸鈣的再生過程；在流化床內水煤氣以及焦炭與硫酸鈣顆粒進行還原反應，產生二氧化碳和水蒸氣排出，冷凝剔除水，將二氧化碳分離出來；在反應的過程中，循環流化床處于1200～950℃高溫狀態，流化床處于1000～850℃的中溫狀態。
煤中的硫大部分以硫化氫的形式轉入煤氣中，并在流化床內與石灰石反應，固化為硫化鈣。
有益效果常規的燃燒技術均是以空氣為氧化劑，生成的煙氣中二氧化碳只占10～15％，二氧化碳的后續處理(濃縮提純)成本太高。本發明提供一種實現煤的置換燃燒裝置及方法，在沒有能量損失的條件下，能夠將二氧化碳從燃燒產物分離出來。
采用燃料不直接與空氣接觸，而是在一定溫度條件下，硫化鈣和空氣接觸進行氧化反應，將空氣中氧置換出來，形成硫酸鈣，然后硫酸鈣與燃料直接接觸，進行還原反應，其反應產物為二氧化碳和水(汽)，冷凝后剔除水，將二氧化碳單獨分離出來，可見在沒有能量損失的前提下，置換燃燒能夠分離出二氧化碳。如何實現煤的置換燃燒，是實現燃煤減排二氧化碳的關鍵，其裝置及方法有著更為廣泛的社會效益和工業應用前景。
圖1是本發明的裝置結構示意圖。其中有循環流化床1，硫酸鈣顆粒11，旋風分離器2，料腿21，流化床3，硫化鈣顆粒31，聯通管32，空氣A，貧氧空氣出氣口B，水蒸氣進口C，二氧化碳和水蒸汽出氣口D，煤和石灰石進口E。
具體實施方法本發明的基于硫酸鈣的煤置換燃燒二氧化碳分離裝置，是由循環流化床1、旋風分離器2、以及流化床3組成。循環流化床1上部與旋風分離器2的上部相連通，旋風分離器2的下部通過料腿21與流化床3相連通，旋風分離器2的頂部為貧氧空氣出氣口B，循環流化床1的下部通過聯通管32與流化床3相連通，流化床3的頂部為二氧化碳和水蒸汽出氣口D，循環流化床1的底部是空氣進口A，流化床3下部或底部設有煤和石灰石進口E，流化床3的底部為水蒸氣進口C。
水蒸汽從流化床底部進入流化床3內，煤和石灰石從流化床下部或底部輸送進入流化床內，煤與水蒸汽發生水煤氣反應，產生水煤氣和焦炭；在循環流化床1內將硫化鈣顆粒與空氣進行氧化反應，生成硫酸鈣顆粒11，進入旋風分離器2，將硫酸鈣顆粒與氣體進行分離，分離出的硫酸鈣顆粒進入流化床3與水煤氣以及焦炭反應，還原成硫化鈣顆粒31，將還原后的硫化鈣顆粒31返回到循環流化床1，進行硫酸鈣的再生過程，即載氧過程；在流化床3內水煤氣以及焦炭與硫酸鈣顆粒進行還原反應，產生二氧化碳和水蒸氣排出，冷凝剔除水，將二氧化碳分離出來；在反應過程中，循環流化床1處于1200～950℃高溫狀態，流化床3處于1000～850℃的中溫狀態。
煤中的硫大部分以硫化氫的形式轉入煤氣中，并在流化床內與石灰石反應，固化為硫化鈣。
權利要求
1.一種基于硫酸鈣的煤置換燃燒二氧化碳分離裝置，其特征在于該裝置由循環流化床(1)、旋風分離器(2)和流化床(3)所組成，循環流化床(1)的上部與旋風分離器(2)的上部相連通，旋風分離器(2)的下部通過料腿(21)與流化床(3)相連通，流化床(3)通過聯通管(32)與循環流化床(1)的下部相連通；循環流化床(1)的底部是空氣進口(A)，旋風分離器(2)的頂部為貧氧空氣出氣口(B)，流化床(3)的底部設有水蒸氣進口(C)，流化床(3)的頂部為二氧化碳和水蒸汽出氣口(D)，流化床(3)下部或底部設有煤和石灰石進口(E)；在循環流化床(1)中的物料為硫酸鈣(11)，在流化床(3)內中的物料為硫化鈣顆粒(31)。
2.根據權利要求1所述的基于硫酸鈣的煤置換燃燒二氧化碳分離裝置的分離方法，其特征在于將煤和石灰石從煤和石灰石進口(E)輸送進入流化床(3)內，水蒸氣從水蒸氣進口(C)進入流化床(3)內，水蒸汽和煤進行水煤氣反應，產生水煤氣和焦炭；在循環流化床(1)內將硫化鈣與空氣進行氧化反應，生成硫酸鈣顆粒(11)，進入旋風分離器(2)，將硫酸鈣顆粒與貧氧空氣進行分離，分離出的硫酸鈣顆粒進入流化床(3)與水煤氣以及焦炭反應，還原成硫化鈣(31)；然后將還原后的硫化鈣(31)通過聯通管(32)返回到循環流化床(1)，進行硫酸鈣顆粒的再生過程；在流化床(3)內水煤氣以及焦炭與硫酸鈣顆粒進行還原反應，產生二氧化碳和水蒸氣從二氧化碳和水蒸汽出氣口(D)排出，冷凝剔除水，將二氧化碳分離出來；在反應的過程中，循環流化床(1)處于1200～950℃高溫狀態，流化床(3)處于1000～850℃的中溫狀態。
全文摘要
基于硫酸鈣的煤置換燃燒二氧化碳分離裝置及分離方法為煤的一種分離二氧化碳的燃燒裝置及方法，該裝置由循環流化床、旋風分離器、和流化床組成；其方法于循環流化床內，將硫化鈣和空氣進行氧化反應，生成硫酸鈣，經旋風分離器分離后，硫酸鈣進入流化床；煤和石灰石從流化床下部或底部進入流化床內，與從流化床底部進入的水蒸氣進行水煤氣反應，生成的水煤氣以及焦炭與硫酸鈣進行還原反應，產生二氧化碳和水蒸氣排出，冷凝剔除水，將二氧化碳分離出來；流化床內硫酸鈣與水煤氣以及焦炭反應還原成硫化鈣，返回到循環流化床，進行硫酸鈣的再生過程；煤中的硫大部分以硫化氫的形式轉入煤氣中，并與石灰石反應，固化為硫化鈣。
文檔編號F23C10/00GK1702374SQ200510040519
公開日2005年11月30日 申請日期2005年6月15日 優先權日2005年6月15日
發明者沈來宏 申請人:東南大學