CN103768904A - 从工艺气体中捕集二氧化碳的*** - Google Patents

从工艺气体中捕集二氧化碳的*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及从工艺气体中捕集CO2的***。所述***包括第一反应器，其配置成接收工艺气流和包含能够捕集在所述工艺气体中存在的CO2以使得形成碳酸钙的氧化钙的颗粒吸附物质，所述第一反应器包括用于排出CO2贫化工艺气体、具有捕集的CO2的第一部分颗粒吸附物质和具有捕集的CO2的第二部分颗粒吸附物质的设备；第二反应器，其配置成从所述第一反应器接收所述第一部分颗粒吸附物质，所述第二反应器包括配置成通过使所述碳酸钙脱二氧化碳以形成氧化钙而促使CO2从所述颗粒吸附物质释放的加热设备，所述第二反应器还包括使所述第一部分颗粒吸附物质回到所述第一反应器的设备和用于排出富CO2气流的设备；和第三反应器，其配置成从所述第一反应器接收所述第二部分颗粒吸附物质，所述第三反应器包括用于供应水到所述第二部分颗粒吸附物质以使所述第二部分颗粒吸附物质的剩余部分氧化钙的至少一部分水合以形成氢氧化钙的设备，所述第三反应器还包括用于使所述第二部分颗粒吸附物质回到所述第一反应器的设备。

Description

从工艺气体中捕集二氧化碳的***
技术领域
本发明涉及从工艺气体中捕集CO2的***。
本发明还涉及从工艺气体中捕集CO2的方法。
背景技术
通常存在这样的目的，捕集在用例如化石燃料、气体或木材为燃料的发电***中产生的气体中的CO2以使得工艺更加环保并降低全球变暖效应。随后可将捕集的CO2气体压缩并传输以便在合适的场所例如在深地质构造或深海(deep ocean masses)中储存。存在诸如通过吸收、吸附、膜分离和深冷分离的从所产生的烟气中除去CO2的多种已知技术。
从气体混合物中分离二氧化碳的干法可利用金属氧化物作为吸附剂。该金属氧化物在高温下可与存在的二氧化碳形成金属碳酸盐。二氧化碳可在再次形成金属氧化物的情况下从金属碳酸盐中释放。与使用金属氧化物作为二氧化碳的吸附剂相关的问题包括吸附剂的烧结导致吸附剂效率降低，且如果在气体中存在硫，则可能形成硫碳酸盐(sulfur carbonate)，这可降低吸附剂的效率。
一种通过使用金属氧化物吸附剂从气体混合物中分离二氧化碳的干法公开在WO 2009/148334 A1中。所公开的方法结合了金属氧化物的二氧化碳捕集能力的再生。
根据现有技术，很难实现用于二氧化碳捕集的吸附剂的有效再生。
发明内容
本发明的目的包括提供关于现有技术所确定的问题的解决方案。
本发明的***和方法允许从工艺气体有效地捕集CO2，其中能够捕集在工艺气体中存在的CO2的吸附物质有效再生。
根据本发明的第一方面，提供了从工艺气体中捕集CO2的***，所述***包括第一反应器，其配置成接收工艺气流和包含能够捕集在所述工艺气体中存在的CO2以使得形成碳酸钙的氧化钙的颗粒吸附物质，所述第一反应器包括用于排出CO2贫化工艺气体、具有捕集的CO2的第一部分颗粒吸附物质和具有捕集的CO2的第二部分颗粒吸附物质的设备；第二反应器，其配置成从所述第一反应器接收所述第一部分颗粒吸附物质，所述第二反应器包括配置成通过使所述碳酸钙脱二氧化碳以形成氧化钙而促使CO2从所述颗粒吸附物质释放的加热设备，所述第二反应器还包括用于使所述第一部分颗粒吸附物质回到所述第一反应器的设备和用于排出富CO2气流的设备；和第三反应器，其配置成从所述第一反应器接收所述第二部分颗粒吸附物质，所述第三反应器包括用于供应H2O到所述第二部分颗粒吸附物质以使所述第二部分颗粒吸附物质的剩余部分氧化钙的至少一部分水合以形成氢氧化钙的设备，所述第三反应器还包括用于使所述第二部分颗粒吸附物质回到所述第一反应器的设备。
使所述第二部分颗粒吸附物质的剩余部分氧化钙的至少一部分水合以形成氢氧化钙引起吸附物质的有效再生。水合引起吸附物质膨胀，因此水合可在从吸附物质化合物除去如CaSO4方面起作用，其否则会阻碍向CaO吸附物质的通道。配置成从所述第一反应器接收所述第二部分颗粒吸附物质的第三反应器引起吸附物质有效再生。
根据一个实施方案，所述第一反应器可为碳酸化器反应器或其中可发生碳化反应的反应器，所述第二反应器可为煅烧炉反应器或其中可发生煅烧反应的反应器，且所述第三反应器可为水合器反应器或其中可发生水合反应的反应器。
根据一个实施方案，所述第一反应器可为循环流化碳酸化器反应器，所述第二反应器可为循环流化煅烧炉反应器，且所述第三反应器可为水合器反应器。
根据一个实施方案，所述工艺气体可为烟气。所述烟气例如可来自煤炭、油、天然气、工业和家庭废物及泥煤等例如在发电站中的燃烧。
根据一个实施方案，所述第三反应器可配置成在比所述第一反应器低的温度下操作，且所述第二反应器可配置成在比所述第一反应器高的温度下操作。
根据一个实施方案，所述***还可包括用于冷却进入所述第三反应器之前的所述第二部分颗粒吸附物质的设备。
根据一个实施方案，所述***还可包括用于加热回到所述第一反应器之前的所述第二部分颗粒吸附物质的设备。
根据一个实施方案，所述***还可包括用于冷却将要从所述第二反应器回到所述第一反应器的第一部分颗粒吸附物质的设备。
根据一个实施方案，所述***还可包括用于加热将要由所述第二反应器从所述第一反应器接收的第一部分颗粒吸附物质的设备。
根据一个实施方案，所述***还可包括：用于冷却进入所述第三反应器之前的所述第二部分颗粒吸附物质的设备；和/或用于加热回到所述第一反应器之前的所述第二部分颗粒吸附物质的设备；和/或用于冷却将要从所述第二反应器回到所述第一反应器的所述第一部分颗粒吸附物质的设备，和/或用于加热将要由所述第二反应器从所述第一反应器接收的所述第一部分颗粒吸附物质的设备。
根据一个实施方案，用于冷却将要从所述第二反应器回到所述第一反应器的所述第一部分颗粒吸附物质的设备和用于加热将要由所述第二反应器从所述第一反应器接收所述第一部分颗粒吸附物质的设备可为用于将来自将要从所述第二反应器回到所述第一反应器的所述第一部分颗粒吸附物质的热交换到将要由所述第二反应器从所述第一反应器接收的所述第一部分颗粒吸附物质的设备。
根据一个实施方案，所述第三反应器可配置有用于将H2O进料到所述第三反应器的设备。根据一个实施方案，用于将H2O进料到所述第三反应器的设备可为用于将气态水进料到所述第三反应器的设备。
根据一个实施方案，所述***还可包括配置成接收较细的颗粒吸附物质的第四反应器，所述第四反应器配置成用于使所述较细的颗粒吸附物质团聚成较大的颗粒吸附物质和/或使所述吸附物质水合。
根据一个实施方案，所述第四反应器可配置有用于将包含H2O的液体进料到所述第三反应器的设备。根据一个实施方案，所述包含H2O的液体还可包含添加剂，优选粘度改性添加剂。根据一个实施方案，所述第四反应器可为配置成用于使颗粒吸附物质团聚的水合器反应器。
根据一个实施方案，所述第四反应器可为团聚器或制粒机。
根据一个实施方案，用于从所述第一反应器排出CO2贫化工艺气体的设备可包括配置成从所述CO2贫化工艺气体分离所述第二部分颗粒吸附物质的至少一部分的至少一个颗粒分离器，和/或其中用于从所述第二反应器排出富CO2气体的设备可包括配置成从所述富CO2气体分离颗粒吸附物质的至少一个颗粒分离器，其中所述***还可包括第四反应器，所述第四反应器配置成从所述CO2贫化工艺气体和/或从所述富CO2气体接收分离的颗粒吸附物质的至少一部分且使所述分离的颗粒吸附物质团聚成颗粒吸附物质团聚体，和用于将所述团聚体转移到所述第三反应器的设备，和/或用于将所述团聚体转移到所述第一反应器的设备。
根据一个实施方案，配置成从所述CO2贫化工艺气体分离所述第二部分颗粒吸附物质的至少一部分的所述至少一个颗粒分离器还可配置成将热传递到进入所述第一反应器的吸附物质，和/或配置成从所述富CO2气体分离颗粒吸附物质的所述至少一个颗粒分离器还可配置成将热传递到进入所述第二反应器的吸附物质。
根据一个实施方案，使所述第二部分颗粒吸附物质回到所述第一反应器的设备可配置成用于使水合的氧化钙脱水，和/或其中所述第一反应器可配置成用于使水合的氧化钙脱水。
根据第二方面，提供了在包括第一反应器、第二反应器和第三反应器的***中从工艺气体中捕集CO2的方法，所述方法包括以下步骤：将包含CO2的工艺气体传输到所述第一反应器；在所述第一反应器中使所述包含CO2的工艺气体与包含氧化钙的吸附物质接触且使一部分氧化钙内容物碳酸化，使得形成包含碳酸钙和氧化钙的吸附物质；将包含碳酸钙的第一部分吸附物质从所述第一反应器传输到所述第二反应器；在所述第二反应器中通过使所述碳酸钙内容物的至少一部分脱二氧化碳从包含碳酸钙和氧化钙的所述第一部分吸附物质释放CO2；在所述脱二氧化碳之后使所述第一部分吸附物质的至少一部分从所述第二反应器回到所述第一反应器；将包含碳酸钙和氧化钙的第二部分吸附物质从所述第一反应器传输到所述第三反应器；将H2O加到所述第三反应器中且使包含碳酸钙和氧化钙的所述第二部分吸附物质的至少一部分水合以由所述氧化钙形成氢氧化钙；且在所述水合之后使所述第二部分吸附物质从所述第三反应器回到所述第一反应器。
根据第二方面的一个实施方案，所述方法还可包括以下步骤：使来自所述第三反应器的至少一部分氢氧化钙脱水。
根据第二方面的一个实施方案，使来自所述第三反应器的至少一部分氢氧化钙脱水可通过使所述氢氧化钙与从所述第一反应器排出的CO2贫化烟气接触而发生。
根据第二方面的一个实施方案，所述方法还可包括以下步骤：在进入所述第三反应器之前冷却包含碳酸钙和氧化钙的所述第二部分吸附物质；在再次进入所述第一反应器之前加热包含碳酸钙和氢氧化钙的所述第二部分吸附物质且任选地将来自向所述第一反应器传输的包含碳酸钙和氧化钙的所述第一部分吸附物质的热交换到传输到所述第二反应器的包含碳酸钙和氧化钙的所述第一部分吸附物质。
根据第二方面的一个实施方案，所述方法还可包括以下步骤：自所述第一反应器排出CO2贫化工艺气体；从自所述第一反应器排出的CO2贫化工艺气体中分离粒子；自所述第二反应器排出富CO2气体；从自所述第二反应器排出的富CO2气体中分离粒子；使来自所述第一反应器和/或所述第二反应器的分离的粒子的至少一部分团聚；和将所形成的团聚体的至少一部分转移到所述第三反应器和/或所述第一反应器。
根据第二方面的一个实施方案，所述工艺气体可为烟气。
根据第二方面的一个实施方案，所述***还可包括第四反应器，其中所述团聚步骤在所述第四反应器中发生。
根据第二方面的一个实施方案，除了所述团聚步骤之外，水合步骤也在所述第四反应器中发生。
根据第二方面的一个实施方案，在所述第四反应器中的所述团聚和/或水合步骤可在100℃或更低的温度下发生。
根据第二方面的一个实施方案，在所述第一反应器中使包含CO2的工艺气体与吸附物质接触的步骤可在700℃或更低的温度下进行，在所述第二反应器中从所述第一部分吸附物质释放CO2的步骤可在至少890℃的温度下进行，在所述第三反应器中使所述第二部分吸附物质的至少一部分水合的步骤可在510℃或更低的温度下进行。
根据第三方面，提供了根据第一方面的***用于使颗粒吸附物质再生的用途。
关于第一方面的实施方案和论述也可与第二方面和第三方面有关。在相关的情况下本文参考这些实施方案。
以上描述方面及其他特征由下图和详述例示。
附图说明
下文将参考附图更加详细地描述本发明，其中：
图1为根据本发明的一个实施方案的***的示意性流程图；
图2为根据本发明的一个实施方案的***的示意性流程图；
图3为根据本发明的一个实施方案的***的示意性流程图；
图4为根据本发明的一个实施方案的***的示意性流程图。
应理解的是以下详述用以加深对本发明的理解，且不应该将其解释为限制本发明的范围。
具体实施方式
在实施方案中发生的反应：
吸附物质氧化钙可与CO2反应，形成碳酸钙。当使氧化钙CaO与CO2接触时，根据碳酸化反应1 (R1)在以热形式释放能量的情况下会形成CaCO3。在本发明的实施方案的***中，R1可例如在第一反应器中，诸如在碳酸化器反应器中发生。
R1：
CaO(s) + CO2(g)                                                
Figure 936271DEST_PATH_IMAGE001
CaCO3(s)，其中ΔHr, 298 K = -170kJ/mol。
在第一反应器中，R1使得工艺气体如烟气中的CO2浓度降低，因此使得来自第一反应器的气体排出物具有比入口浓度明显低的CO2浓度。在用烟气的情况下，在根据反应(1)捕集或反应之前，CO2的浓度例如可为15%。反应1例如可在650℃或低于650℃下且在约1大气压的压力下发生，其可发生在第一反应器中。
除了与CO2反应之外，例如如果在工艺气体中存在SO2的话，CaO还可与二氧化硫即SO2根据反应2(R2)反应，形成硫酸钙和以热形式的能量。
R2：
CaO(s) + SO2(g) + 1/2 O2(g)
Figure 758734DEST_PATH_IMAGE002
CaSO4(s)，其中ΔHr, 298 K = -520kJ/mol。
R2例如可在煅烧炉反应器中发生。特别地，如果原位氧燃烧煤炭燃烧在第二反应器中发生，则R2可在煅烧炉反应器中发生。
另外，根据反应3(R3)，SO2可与CaCO3反应，形成硫酸钙和以热形式的能量。
R3：
CaCO3(s) + SO2(g) + 1/2 O2(g) 
Figure 963450DEST_PATH_IMAGE002
CaSO4(s) + CO2(g)，其中ΔHr, 298 K = -324kJ/mol。
R3例如可在煅烧炉反应器中发生，其中预期CO2的分压。
根据反应4(R4)，在第三反应器如水合器反应器中，CaO可与水以水合反应而反应。
R4：
CaO(s) + H2O(g)Ca(OH)2(s)，其中ΔHr, 298 K = -109kJ/mol。
R4的逆反应描述了Ca(OH)2的脱水，为吸热反应。脱水可例如在大气压力条件下在处于0.1atm的水分压下且在高于约400℃、诸如高于410℃的温度下有效地进行。因此，脱水可在第一反应器如碳酸化器反应器中和/或在第一反应器下游包含热烟气的***的管路和/或固体分离装置如旋风分离器中发生。
与二氧化硫的反应例如由R2和R3描述的反应对吸附物质捕集CO2的能力具有负面影响。如果在工艺气体中存在二氧化硫，则例如在工艺气体为例如由燃料如煤炭或其他含硫燃料的燃烧产生的烟气的情况下，根据R2和R3的反应可能发生。CaSO4可能导致吸附物质的孔堵塞，因此例如由于吸附剂粒子的核中存在的CaO的堵塞而降低吸附物质捕集CO2的效率。另外，在吸附物质粒子上形成的CaCO3层降低了吸附物质捕集CO2的效率。可能发生的吸附物质烧结也会降低吸附物质捕集CO2的效率。因为H2O为小分子，所以其能够渗透CaSO4和/或CaCO3产物层，在粒子的较难进入区域中形成Ca(OH)2。Ca(OH)2的摩尔体积大于CaO的摩尔体积。因此，当根据R4水合时，包含CaO的粒子会膨胀，使得在任何存在的CaSO4和/或CaCO3层中形成裂纹，因此根据R4的水合可改善吸附物质的效率和使吸附物质再生。因此，根据实施方案的***对于从可能含有硫的工艺气体如烟气中捕集CO2有效。
配置成使从第一反应器接收的固体物质水合并使水合的固体物质再循环到第一反应器的第三反应器如水合器反应器是增加吸附物质的表面积的有效方法。
参考图1，描述了用于从可包含硫或可不包含硫的烟气中捕集CO2的***。该***包括碳酸化器配置1，其经管路2接收烟气。除了用于在气流经管路3离开该***之前从气流中除去固体的固体分离装置1"之外，碳酸化器配置1还包括任选具有内部热传递区域的循环流化床碳酸化器反应器1'。循环流化床碳酸化器反应器1'含有颗粒吸附物质，在该特定的实施例中，该吸附物质基本上由CaO组成。该吸附剂与CO2反应且CO2贫化烟气经管路3离开碳酸化器反应***1，其经历了本体固体去除。
反应后的吸附剂通过自碳酸化器配置1经管路90送去煅烧炉配置11脱二氧化碳而再生，该再生方法可通过吸热的逆R1描述。煅烧炉配置11包括循环流化床煅烧炉反应器11'其带有用于在气流经管路12离开***之前除去气流中的固体的固体分离装置11"。因此，在煅烧炉配置11中，CaCO3转化成CaO和CO2，且CO2借助于管路12离开煅烧炉配置11，其经历了本体固体去除。用于将能量输入到煅烧炉配置11的设备由管路13指出，其传送例如碳源如煤炭和氧气流如用CO2稀释的氧气。主要以CaO粒子形式的吸附剂借助于管路14离开煅烧炉配置11且再循环到碳酸化器配置1。任选地使用换热器15以降低再循环回到第一反应器的吸附剂的温度。任选地使用换热器95以在吸附剂进入煅烧炉配置11之前加热吸附剂。作为另一选择，可组合这两个换热器，使得热从换热器15传递到换热器95。例如以石灰石形式的吸附剂补给流可经管路75加到从煅烧炉配置11再循环回到碳酸化器配置1的吸附剂流中。
如果在烟气中存在硫，例如如果烟气由煤炭燃烧产生如由R2和R3描述，吸附剂可因硫酸化而劣化，和/或吸附剂因在煅烧期间的烧结而劣化。包含CaCO3、CaO和可能的CaSO4的吸附剂粒子经管路4离开碳酸化器配置1且进入水合器反应器5。水合器反应器5装备有热传递表面以使得在水合反应期间释放的热可从水合器反应器5除去。任选地，吸附剂粒子可另外或供选地在进入水合器反应器5之前诸如借助于任选的换热器6冷却。包含气态H2O的再活化介质经管路7进料到水合器反应器5。在该水合器反应器内，吸附剂根据R4反应使得CaO转变成Ca(OH)2。在该反应之下，吸附剂粒子再生。可能过量的气体如蒸汽可借助于管路8离开水合器反应器或者可回到碳酸化器配置1。再生的吸附剂粒子经管路9转移回到碳酸化器配置1。任选地，水合的吸附剂粒子将在进入碳酸化器配置1之前诸如借助于任选的换热器10加热并脱水。
应当理解的是，除了所论述的任何换热器之外，可通过合适的方法从例如碳酸化器配置1和水合器反应器5中除去热。
参考图2，图示了如下***，除了参考图1的***所描述的之外，其还公开了用于将细吸附剂粒子制粒达到适合该***的尺寸的设备。颗粒吸附剂水合可结合许多粒度减小机制起作用以通过制造下文称为细粒的细物质减小循环颗粒吸附物质的平均粒度。细物质或细粒再加工成较大的粒子使吸附剂细粒损失与工艺补给需求脱开联系，这增加了吸附剂利用率并减少了操作成本。细粒可借助于制粒机19团聚成合适粒度的粒子。CO2贫化烟气经管路3离开碳酸化器配置1，其含有颗粒吸附物质残余物，经历了固体分离，且进入拣选装置16，诸如静电沉淀器或袋滤器，其从该CO2贫化烟气中除去大部分残存的固体颗粒物质如细吸附剂粒子或细粒。烟气借助于管路17离开拣选装置16，同时粒子经管路18离开拣选装置16并进入制粒机19。另外，细粒可自煅烧炉配置11和分离器93进料到制粒机19，特别是例如在无灰或使用间接加热法使热进入煅烧炉配置11的情况下。在制粒机19中，细粒与自管路91进料的液体如水或水与粘合剂的混合物混合，引起细吸附剂粒子湿团聚。因此，在制粒机19内发生团聚。团聚体借助于管路20离开制粒机19。团聚体可送到水合器反应器5或送到碳酸化器配置1。因为在水合器反应器5中的水合反应在较高温度下发生且需要水，所以可将团聚体转送并引入水合器反应器5中，在此来自团聚体的任何水将为水合反应提供水。因此，细吸附剂粒子可转化成较大的吸附剂粒子。除了在制粒机19或团聚器内发生团聚之外，水合可在制粒机19中发生。因此，制粒机19可充当水合器。应该认识到该制粒机可布置在***中除了图3中描述的其他地方，并且除了从分离器16和93接收细粒之外，制粒机19还可从其他合适的来源接收细粒。参考图2的实施方案还可包括如先前描述的煅烧炉配置11，富CO2气体经残余粉尘分离器93和管路94自煅烧炉配置11排出。
参考图3，图示了根据一个实施方案的碳酸化器反应器和制粒***。在图3中图示的***包括多个气-固分离器22、23、24，它们用于从气体中分离固体并且还用于加热固体，同时冷却气体，因此产生具有适合该***的温度的粒子，同时冷却离开该***的烟气，因此使得能量输入或热传递表面需求最少化。分离器22、23、24例如可为旋风分离器型或适合该用途的任何其他固体分离器。烟气经管路2进入碳酸化器反应器1，在此其任选地可经由换热器50加热。该碳酸化器反应器可由一个或多个区段构成，在这些区段中使颗粒吸附物质与富CO2烟气接触且这些区段可含有热传递表面以除去经由反应释放的热。CO2贫化烟气和吸附剂粒子的混合物经管路3在温度T1下离开碳酸化器反应器1，且送到点25，在点25处气体和吸附剂粒子与来自分离器23的处于较低温度T2的吸附剂粒子流组合且将该组合流送到分离器22。借助于分离器22，吸附剂粒子与气体和细粒分离，该气体和细粒经管路26离开分离器22。具有在T1和T2之间的温度T3的较大的吸附剂粒子离开分离器22且将该较大粒子的至少一部分送到水合器反应器5，其中如上所述发生水合，同时使至少一部分吸附剂粒子再循环回到碳酸化器反应器1。将来自分离器22的具有在T1与T2之间的温度T3的气体和细粒送到点27，在点27处，将它们与分别具有温度T4和T5的来自分离器24的吸附剂粒子流和来自水合器反应器5的水合后的吸附剂粒子组合，温度T4和T5两者优选低于T3，之后将组合流经管道28送到分离器23。应该认识到这些物流可以不在同一点27组合，而是物流中的一个可在另一物流的下游进入，或者反之。来自分离器23的如先前所述处于在T3与T4或T5之间的温度T2的吸附剂粒子经管路29送到点25，而处于温度T2的气体和细粒经管路85送到连接点30，在连接点30处细粒和气体与来自管路86的包含吸附物质的补给流组合。换热器51可布置在分离装置23下游以在烟气流与冷的吸附剂补给流混合之前冷却烟气流，自换热器51除去的热可任选地与换热器50中的烟气的加热结合，从而使热从换热器51流到换热器50。将该流送到分离器24，如先前所述，将来自其的处于比T2低的温度T4的吸附剂粒子送到点27，同时细粒和烟气经管路31转送并离开该***，例如送到烟囱(未图示)。在离开该***之前，该气体和细粒任选地在换热器52中冷却，之后它们进入分离器32，使该气体与细粒分离并将细粒送到制粒机19。该制粒机经管路33进料用于细粒团聚的液体，诸如水或水和粘合剂。另外，如果操作模式限制灰分含量以免太高，制粒机19则可用来自煅烧炉反应器11(未图示)的细粒经管路34进料。将来自该制粒机的团聚的细粒送到水合器反应器5，其中团聚的细粒转化成干燥的吸附剂粒子，释放出游离水。水合器反应器5经管路7进料包含水的液体。管路90将来自碳酸化器反应器1的吸附物质进料到煅烧炉***11(未图示)且管路14将来自煅烧炉反应***11的吸附物质进料到碳酸化器反应器1。
上文参考图3描述的***因此描述了从烟气到吸附剂粒子的有效热转变，使得烟气被冷却且在吸附剂粒子进入碳酸化器反应器1之前，吸附剂粒子被加热到合适温度。该实施方案适合主要利用在较高温度如约510℃或更高的水合温度下的蒸汽水合的***。例如，对于这样的***和吸附剂流约20%的水合，例如以下温度可适用：T1为约650℃，T2在350℃-550℃之间，T3在540℃-610℃之间，T4在200℃-300℃之间且T5在300℃-510℃之间。
参考图4，图示了本发明的一个实施方案。该实施方案与参考图3论述的实施方案的不同之处仅在于，来自分离器23的吸附物质流作为另外的固体进料借助于管路直接送到碳酸化器反应器1中，目的在于直接冷却并改善在碳酸化反应器的上段中的固体分配并平衡驱动力。因此，根据由图4图示的实施方案，来自分离器23的吸附物质流在进入碳酸化器反应器1之前并未与来自碳酸化器反应器1的气体和吸附物质流组合。应该认识到自分离器22送到水合器反应器5的吸附物质的温度与经管路3离开碳酸化器反应器1的吸附物质的温度基本上相同，例如约650℃。
关于实施方案，可选择和/或维持反应R1和R4的条件，例如包括温度和压力，以有利于所要的反应物和/或产物。可进一步选择这些条件以适合所处理的气体、反应器和***。为了选择合适的条件，可考虑平衡气体反应物在不同温度下的压力。例如，且参考R1，对于来自动力生产的烟气，在烟气中的CO2的分数可例如在10体积百分数至15体积百分数之间变化，且对于来自常规水泥厂的烟气，在烟气中的CO2的分数可高达30体积百分数。对于在碳酸化器反应器中约1atm的操作压力，可选择温度以适合除去90%的CO2。对于动力生产的情况，可接受650℃以将在所处理烟气中的CO2浓度降到1体积百分数。例如，对于水泥厂烟气的情况，升高的温度将允许类似的去除效率。因为随着温度升高扩散过程以增加的速率进行，所以在碳酸化反应器中分级温度分布也是一个优势。根据一个实施方案，该碳酸化器反应器的上段的温度可低于650℃且该碳酸化器反应器的下段的温度可高于650℃。应该认识到，与上文关于碳酸化器反应器的合适温度和压力的论述类似，可选择该***的其他部分如煅烧炉反应器和/或水合器反应器或者其他部分的合适条件，诸如温度和压力。
例如，可在约410℃下或略高于410℃下使用具有10体积百分数的水的CO2贫化烟气使吸附剂脱水。根据一个实施方案，该脱水在高于410℃下发生。
根据实施方案水合器反应器5的位置在碳酸化器反应器1的下游，使得吸附物质从碳酸化器反应器送到水合器反应器而不通过煅烧炉反应器，产生水合器反应器的有效操作条件，减少进入水合器反应器的物质所需要的冷却量。例如，该水合器反应器的温度可维持在510℃下或低于510℃，且可选择水的分压在1atm下或低于1atm。
在上文已经描述了该碳酸化器反应器和该煅烧炉反应器为流化床型的反应器，应了解可使用其他类型的碳酸化器反应器和煅烧炉反应器。
总之，本发明涉及从工艺气体中捕集CO2的***。所述***包括第一反应器，其配置成接收工艺气流和包含能够捕集在所述工艺气体中存在的CO2以使得形成碳酸钙的氧化钙的颗粒吸附物质，所述第一反应器包括用于排出CO2贫化工艺气体、具有捕集的CO2的第一部分颗粒吸附物质和具有捕集的CO2的第二部分颗粒吸附物质的设备；第二反应器，其配置成从所述第一反应器接收所述第一部分颗粒吸附物质，所述第二反应器包括配置成通过使所述碳酸钙脱二氧化碳以形成氧化钙而促使CO2从所述颗粒吸附物质释放的加热设备，所述第二反应器还包括使所述第一部分颗粒吸附物质回到所述第一反应器的设备和用于排出富CO2气流的设备；和第三反应器，其配置成从所述第一反应器接收所述第二部分颗粒吸附物质，所述第三反应器包括用于供应H2O到所述第二部分颗粒吸附物质以使氧化钙水合以形成氢氧化钙的设备，所述第三反应器还包括用于使所述第二部分颗粒吸附物质回到所述第一反应器的设备。
虽然已经参考许多例示性实施方案描述并图示了本发明，但本领域的技术人员应当理解的是可在不偏离本发明的范围的情况下进行多种改变且可用等效物替代其要素。另外，可在不脱离本发明的必要范围的情况下进行许多修改以使特定的情形或材料适应本发明的教导。因此，并非想要将本发明限制于在本文中作为实施本发明所预期的最佳模式而描述并图示的特定实施方案，而本发明将包括属于附加权利要求书范围内的所有实施方案。此外，使用术语第一、第二等并非想要表示任何顺序或重要性或时序，而术语第一、第二等在本文中仅作为区分一个要素与另一要素的方式而采用。

Claims (17)

1.从工艺气体中捕集CO2的***，所述***包括：
第一反应器，其配置成接收工艺气流和包含能够捕集在所述工艺气体中存在的CO2以使得形成碳酸钙的氧化钙的颗粒吸附物质，所述第一反应器包括用于排出CO2贫化工艺气体、具有捕集的CO2的第一部分颗粒吸附物质和具有捕集的CO2的第二部分颗粒吸附物质的设备；
第二反应器，其配置成从所述第一反应器接收所述第一部分颗粒吸附物质，所述第二反应器包括配置成通过使所述碳酸钙脱二氧化碳以形成氧化钙而促使CO2从所述颗粒吸附物质释放的加热设备，所述第二反应器还包括使所述第一部分颗粒吸附物质回到所述第一反应器的设备和用于排出富CO2气流的设备；和
第三反应器，其配置成从所述第一反应器接收所述第二部分颗粒吸附物质，所述第三反应器包括用于供应水到所述第二部分颗粒吸附物质以使所述第二部分颗粒吸附物质的剩余部分氧化钙的至少一部分水合以形成氢氧化钙的设备，所述第三反应器还包括用于使所述第二部分颗粒吸附物质回到所述第一反应器的设备。
2.权利要求1的***，其中所述第一反应器为碳酸化器反应器，所述第二反应器为煅烧炉反应器，且所述第三反应器为水合器反应器。
3.权利要求1或2的***，其中所述第三反应器配置成在比所述第一反应器低的温度下操作，且所述第二反应器配置成在比所述第一反应器高的温度下操作。
4.前述权利要求中任一项的***，所述***还包括：
用于冷却进入所述第三反应器之前的所述第二部分颗粒吸附物质的设备；和/或
用于加热回到所述第一反应器之前的所述第二部分颗粒吸附物质的设备；和/或
用于冷却将要从所述第二反应器回到所述第一反应器的所述第一部分颗粒吸附物质的设备；和/或
用于加热将要由所述第二反应器从所述第一反应器接收的所述第一部分颗粒吸附物质的设备。
5.权利要求4的***，其中用于冷却将要从所述第二反应器回到所述第一反应器的所述第一部分颗粒吸附物质的设备和用于加热将要由所述第二反应器从所述第一反应器接收所述第一部分颗粒吸附物质的设备包括用于将来自将要从所述第二反应器回到所述第一反应器的所述第一部分颗粒吸附物质的热交换到将要由所述第二反应器从所述第一反应器接收的所述第一部分颗粒吸附物质的设备。
6.前述权利要求中任一项的***，其中
用于从所述第一反应器排出CO2贫化工艺气体的设备包括配置成从所述CO2贫化工艺气体分离所述第二部分颗粒吸附物质的至少一部分的至少一个颗粒分离器，和/或其中
用于从所述第二反应器排出富CO2气体的设备包括配置成从所述富CO2气体分离颗粒吸附物质的至少一个颗粒分离器，其中所述***还包括第四反应器，所述第四反应器配置成从所述CO2贫化工艺气体和/或从所述富CO2气体接收分离的颗粒吸附物质的至少一部分且使所述分离的颗粒吸附物质团聚成颗粒吸附物质团聚体，和
用于将所述团聚体转移到所述第三反应器的设备，和/或
用于将所述团聚体转移到所述第一反应器的设备。
7.前述权利要求中任一项的***，其中所述工艺气体为烟气。
8.前述权利要求中任一项的***，其中用于使所述第二部分颗粒吸附物质回到所述第一反应器的设备配置成用于使所述水合的氧化钙脱水，和/或其中所述第一反应器配置成用于使所述水合的氧化钙脱水。
9.在包括第一反应器、第二反应器和第三反应器的***中从工艺气体中捕集CO2的方法，所述方法包括以下步骤：
- 将包含CO2的工艺气体传输到所述第一反应器；
- 在所述第一反应器中使所述包含CO2的工艺气体与包含氧化钙的吸附物质接触且使一部分氧化钙内容物碳酸化，使得形成包含碳酸钙和氧化钙的吸附物质；
- 将包含碳酸钙的第一部分吸附物质从所述第一反应器传输到所述第二反应器；
- 在所述第二反应器中通过使所述碳酸钙内容物的至少一部分脱二氧化碳从包含碳酸钙和氧化钙的所述第一部分吸附物质释放CO2；
- 在所述脱二氧化碳之后使所述第一部分吸附物质的至少一部分从所述第二反应器回到所述第一反应器；
- 将包含碳酸钙和氧化钙的第二部分吸附物质从所述第一反应器传输到所述第三反应器；
- 将水加到所述第三反应器中且使包含碳酸钙和氧化钙的所述第二部分吸附物质的至少一部分水合以由所述氧化钙形成氢氧化钙；和
- 在所述水合之后使所述第二部分吸附物质从所述第三反应器回到所述第一反应器。
10.权利要求9的方法，其还包括以下步骤：
- 使来自所述第三反应器的所述氢氧化钙的至少一部分脱水。
11.权利要求9或10的方法，其还包括以下步骤：
- 在进入所述第三反应器之前冷却包含碳酸钙和氧化钙的所述第二部分吸附物质，
- 在进入所述第一反应器之前加热包含碳酸钙和氢氧化钙的所述第二部分吸附物质，和任选地
- 将来自向所述第一反应器传输的包含碳酸钙和氧化钙的所述第一部分吸附物质的热交换到传输到所述第二反应器的包含碳酸钙和氧化钙的所述第一部分吸附物质。
12.权利要求9-11中任一项的方法，其还包括以下步骤：
- 自所述第一反应器排出CO2贫化工艺气体，
- 从自所述第一反应器排出的CO2贫化工艺气体中分离粒子；
- 自所述第二反应器排出富CO2气体；
- 从自所述第二反应器排出的富CO2气体中分离粒子；
- 使来自所述第一反应器和/或所述第二反应器的分离的粒子的至少一部分团聚；和
- 将所形成的团聚体的至少一部分转移到所述第三反应器和/或所述第一反应器。
13.权利要求12的方法，其中所述***还包括第四反应器，其中所述团聚步骤在所述第四反应器中发生。
14.权利要求12或13的方法，其中所述团聚步骤在100℃或更低的温度下发生。
15.权利要求9-14中任一项的方法，其中所述工艺气体为烟气。
16.权利要求9-15中任一项的方法，其中：
在所述第一反应器中使所述包含CO2的工艺气体与吸附物质接触的步骤在700℃或更低的温度下发生，
在所述第二反应器中从所述第一部分吸附物质释放CO2的步骤在至少890℃的温度下发生，
在所述第三反应器中使所述第二部分吸附物质的至少一部分水合的步骤在510℃或更低的温度下发生。
17.权利要求1-8中任一项的***用于使所述颗粒吸附物质再生的用途。
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