中的CO 2生成CaCO 3，從而實(shí)現(xiàn)了煙氣中CO2的分離，而鈣材料則以CaCO 3的形式離開碳酸化過程；對于甲烷/水蒸氣重整或生物質(zhì)/水蒸氣氣化制氫應(yīng)用來說，CaO與CO2的碳酸化反應(yīng)會極大的增強(qiáng)氫氣的生產(chǎn)。在氧化過程中，銅與通入的空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成CuO。5)完成碳酸化過程的CaCO3與完成氧化過程的CuO進(jìn)行混合，再進(jìn)入煅燒再生過程；6)持續(xù)循環(huán)上述步驟2)?5)。
[0018]鈣材料經(jīng)過煅燒再生過程與碳酸化過程，形成閉合的鈣循環(huán)；銅材料經(jīng)過煅燒再生過程與氧化過程，形成閉合的化學(xué)鏈循環(huán)；煅燒再生為鈣循環(huán)與銅的化學(xué)鏈循環(huán)的交匯階段。煅燒再生過程中，氧化銅與氣體燃料發(fā)生放熱反應(yīng)，為碳酸鈣的分解提供能量。
[0019]該鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)方法是在新型鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行的，該新型鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)包括煅燒再生反應(yīng)器、固-固顆粒分離設(shè)備、碳酸化反應(yīng)器、固-固顆?；旌显O(shè)備、氧化反應(yīng)器、及各主要部分之間的連接管道與閥門等基本結(jié)構(gòu)。煅燒再生、碳酸化、及氧化過程分別在煅燒再生反應(yīng)器、碳酸化反應(yīng)器、及氧化反應(yīng)器中進(jìn)行，煅燒再生反應(yīng)器、碳酸化反應(yīng)器、氧化反應(yīng)器是循環(huán)流化床、鼓泡流化床或者固定床。固-固分離是在固-固分離設(shè)備中進(jìn)行，固-固分離設(shè)備是離心分離設(shè)備、重力分離設(shè)備、旋風(fēng)分離設(shè)備或篩網(wǎng)過濾設(shè)備。
[0020]實(shí)施例1:
新型鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)方法應(yīng)用于燃燒后CO2捕集，即從煙氣中捕集CO2時(shí)的基本運(yùn)行過程如圖2所示，包括:
I)在碳酸化反應(yīng)器中，CaO通過碳酸化過程吸收CO2，轉(zhuǎn)化為CaC03;2)生成的CaCO 3與氧化反應(yīng)器中生成的CuO通過固-固混合設(shè)備實(shí)現(xiàn)較為均勻的顆粒混合；3)在煅燒再生反應(yīng)器中，CuO與氣體燃料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，且放出熱量。在CuO放熱反應(yīng)的加熱下，CaCO3發(fā)生分解，生成CaO與C02。由于煅燒再生反應(yīng)器中的氣體成分主要為0)2和水蒸氣(氣體燃料為CH4時(shí)，反應(yīng)氣體產(chǎn)物為CO 2和水蒸氣；氣體燃料為CO時(shí)，反應(yīng)氣體產(chǎn)物為CO 2;氣體燃料為H2時(shí)，反應(yīng)氣體產(chǎn)物為水蒸氣)，通過冷凝過程，可實(shí)現(xiàn)CO 2與水蒸氣的分離；4)煅燒再生反應(yīng)器出口的固體為CaO與Cu的混合物，通過固-固分離設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)兩種固體顆粒的分離；5)分離后的CaO與Cu分別進(jìn)入碳酸化反應(yīng)器與氧化反應(yīng)器，并進(jìn)行如下過程:a)CaO在碳酸化反應(yīng)器中吸收煙氣中的0)2生成CaCO3，從而實(shí)現(xiàn)了對煙氣中CO2的脫除；b)Cu在氧化反應(yīng)器中與通入的空氣進(jìn)行反應(yīng)生成CuO ;6)碳酸化反應(yīng)器出口的0&0)3與氧化反應(yīng)器出口的CuO在固-固混合設(shè)備中進(jìn)行混合，混合后的0&0)3與CuO進(jìn)入煅燒再生反應(yīng)器中，從而開始下一個(gè)循環(huán)。
[0021]實(shí)施例2:
新型鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)方法應(yīng)用于甲烷/水蒸氣重整制氫及生物質(zhì)/水蒸氣氣化制氫的基本運(yùn)行過程如圖3所示，包括:
I)在碳酸化反應(yīng)器(此應(yīng)用時(shí)也可稱之為氣化反應(yīng)器)中，CHdP水蒸氣在催化劑作用下發(fā)生重整反應(yīng)生成4和CO，生成的CO與水蒸氣發(fā)生水氣變換得到HjP co2。與此同時(shí)，處于同一個(gè)反應(yīng)器中的CaO通過碳酸化過程吸收CO2，從而促進(jìn)重整制氫過程向正方向進(jìn)行，提高了 CH4的轉(zhuǎn)化效率(生物質(zhì)/水蒸氣氣化制氫過程與此類似);2)生成的CaCO3與氧化反應(yīng)器中生成的CuO通過固-固混合設(shè)備實(shí)現(xiàn)混合后進(jìn)入煅燒再生反應(yīng)器。在煅燒再生反應(yīng)器中，CuO與氣體燃料發(fā)生放熱反應(yīng)，為CaCO3分解成CaO與CO 2的反應(yīng)提供能量。由于煅燒再生反應(yīng)器中的氣體產(chǎn)物成分主要為0)2和水蒸氣，通過冷凝過程，可實(shí)現(xiàn)CO 2與水蒸氣的分離；4)煅燒再生反應(yīng)器出口的固體為CaO與Cu的混合物，通過固-固分離設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)兩種固體顆粒的分離；5)分離后的CaO與Cu分別進(jìn)入氣化反應(yīng)器與氧化反應(yīng)器，并進(jìn)行如下過程:a) CaO在氣化反應(yīng)器中吸收0)2生成CaCO 3，從而促進(jìn)了甲烷/水蒸氣重整或生物質(zhì)/水蒸氣氣化制氫反應(yīng)的進(jìn)行；b)Cu在氧化反應(yīng)器中與通入的空氣進(jìn)行反應(yīng)生成CuO ；6)氣化反應(yīng)器出口的0&0)3與氧化反應(yīng)器出口的CuO在固-固混合設(shè)備中進(jìn)行混合，混合后的0&0)3與CuO進(jìn)入煅燒再生反應(yīng)器中，從而開始下一個(gè)循環(huán)。
[0022]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 1)〇&0)3與CuO的混合過程； 2)混合后的0&0)3與CuO進(jìn)入煅燒再生過程；此過程中，CuO與氣體燃料發(fā)生放熱反應(yīng)生成&1、0)2與水蒸氣，從而為CaCO 3的吸熱分解反應(yīng)提供能量，CaCO 3則分解為CaO與CO 2; 3)煅燒再生過程后，固體產(chǎn)物CaO與Cu通過固-固分離方法進(jìn)行分離；氣體產(chǎn)物CO2與水蒸氣通過水蒸氣凝結(jié)實(shí)現(xiàn)純CO2的捕集； 4)分離后的CaO進(jìn)入碳酸化過程進(jìn)行鈣循環(huán)，Cu進(jìn)入氧化過程進(jìn)行化學(xué)鏈循環(huán)； 在碳酸化過程中，CaO吸收燃燒后煙氣中的C02，生成CaCO3,從而實(shí)現(xiàn)了煙氣中CO2的分離，而鈣材料則以CaCOj^形式離開碳酸化過程； 在氧化過程中，銅與通入的空氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成CuO ; 5)完成碳酸化過程的CaCO3與完成氧化過程的CuO進(jìn)行混合，再進(jìn)入煅燒再生過程； 6)持續(xù)循環(huán)上述步驟2)?5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)方法，其特征在于鈣材料經(jīng)過煅燒再生過程與碳酸化過程，形成閉合的鈣循環(huán)；銅材料經(jīng)過煅燒再生過程與氧化過程，形成閉合的化學(xué)鏈循環(huán)；煅燒再生過程為鈣循環(huán)與銅的化學(xué)鏈循環(huán)的交匯階段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)方法，其特征在于燃燒再生過程中，氧化銅與氣體燃料的放熱反應(yīng)為碳酸鈣的分解提供能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)方法，其特征在于，煅燒再生、碳酸化、及氧化過程分別在煅燒再生反應(yīng)器、碳酸化反應(yīng)器、及氧化反應(yīng)器中進(jìn)行；所述煅燒再生反應(yīng)器、碳酸化反應(yīng)器、氧化反應(yīng)器是循環(huán)流化床、鼓泡流化床或者固定床。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)方法，其特征在于，步驟3)中的固-固分離是在固-固分離設(shè)備中進(jìn)行，所述固-固分離設(shè)備是離心分離設(shè)備、重力分離設(shè)備、旋風(fēng)分離設(shè)備或篩網(wǎng)過濾設(shè)備。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新型鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)（CaL-CLC）方法，主要包括碳酸化、煅燒再生、氧化三個(gè)過程。鈣材料在煅燒再生和碳酸化兩個(gè)過程中進(jìn)行鈣循環(huán)，銅材料在煅燒再生和氧化過程中進(jìn)行化學(xué)鏈循環(huán)，且兩個(gè)循環(huán)交匯于煅燒再生過程，從而實(shí)現(xiàn)氧化銅的還原放熱為碳酸鈣的分解提供能量。本發(fā)明克服了現(xiàn)有鈣-銅聯(lián)合化學(xué)循環(huán)運(yùn)行時(shí)，鈣-銅組分相互影響而抑制材料的反應(yīng)活性；以及CaL-CLC應(yīng)用于制氫時(shí)氧化反應(yīng)器的最高運(yùn)行溫度受限于碳酸鈣分解溫度的問題，從而有效的提高了鈣-銅化學(xué)循環(huán)的整體效率，降低了運(yùn)行成本。
【IPC分類】B01D53-81, C10J3-00, B01D53-62, C01B3-32, C01B3-36
【公開號】CN104722197
【申請?zhí)枴緾N201510134158
【發(fā)明人】秦昌雷, 冉景煜, 張力
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月8日