[發(fā)明專利]一種基于載氧體氧氯雙循環(huán)的化學(xué)鏈燃燒脫汞系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2023-04-12
• 公開（公告）號: CN116293757A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂強(qiáng);關(guān)昱;劉銀河
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: F23J15/02
• 分類號: F23J15/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種基于載氧體氧氯雙循環(huán)的化學(xué)鏈燃燒脫汞系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括空氣反應(yīng)器、燃料反應(yīng)器、氯原位修飾室、分離器、脫氯室、冷凝器、常規(guī)污染物脫除設(shè)備、碳捕集封存裝置和載氧體通道等部分。將氯在汞氧化反應(yīng)中的重要地位與載氧體的協(xié)同脫汞作用相耦合，大幅提升化學(xué)鏈燃燒煙氣中單質(zhì)汞的氧化效率。利用氯修飾含銅載氧體，在載氧體中構(gòu)筑氧氯雙循環(huán)，使載氧體同時實現(xiàn)氧和氯的傳輸。含氯組分從氯原位修飾室中引入，避免了氯對燃料反應(yīng)器后受熱面的腐蝕。過量的氯在脫氯室中被脫氯劑吸收，符合環(huán)保要求。本發(fā)明在化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)中實現(xiàn)了深度脫汞，保障了系統(tǒng)運行的安全性，具有顯著的環(huán)境效益和社會效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)鏈燃燒技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于載氧體氧氯雙循環(huán)的化學(xué)鏈燃燒脫汞系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

化學(xué)鏈燃燒技術(shù)可有效提升燃煤煙氣中CO₂濃度，顯著降低碳捕集成本。然而，燃燒過程中釋放出的汞在化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)中易與金屬鋁形成汞齊(汞合金)，導(dǎo)致鋁制CO₂壓縮液化設(shè)備的腐蝕斷裂，是系統(tǒng)安全運行的重大風(fēng)險因素。

現(xiàn)有的燃煤煙氣脫汞方法是基于燃煤電站現(xiàn)行的汞排放標(biāo)準(zhǔn)(30μg/m³)研發(fā)的。對傳統(tǒng)燃煤電站來說，汞是作為煙氣污染物被脫除的，并不威脅系統(tǒng)的安全；但在化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)中，為保障其長期安全運行，煙氣進(jìn)入CO₂壓縮液化設(shè)備前汞濃度的推薦值在0.01μg/m³以下。因此，現(xiàn)有的脫汞方法無法滿足化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)的深度脫汞需求，是制約該系統(tǒng)安全運行的瓶頸所在。

促進(jìn)單質(zhì)汞向氧化態(tài)汞轉(zhuǎn)變是提升脫汞效率的關(guān)鍵。然而，化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)燃料反應(yīng)器中還原性組分較多，對汞氧化不利，且燃料不再直接與氧氣接觸，而是通過載氧體實現(xiàn)氧的傳遞。可以料想，載氧體在汞形態(tài)遷移過程中發(fā)揮著重要作用。目前，已有一些學(xué)者對載氧體的脫汞技術(shù)開展了相關(guān)研究。例如，中國專利“一種煤化學(xué)鏈燃燒脫汞裝置及方法”(授權(quán)公告號：CN111001292B)中，利用將軍煤灰作為載氧體，促進(jìn)煙氣中單質(zhì)汞的氧化；中國專利“一種煤化學(xué)鏈燃燒汞脫除裝置和方法”(公開號：CN114963164A)中，利用磁性載氧體對汞進(jìn)行氧化吸附，并實現(xiàn)了載氧體的循環(huán)利用。此外，氯是促進(jìn)汞氧化的重要元素，而我國煤中氯含量普遍較低，對脫汞不利。一些學(xué)者采用引入含氯組分的方式，促進(jìn)煙氣中汞的氧化。例如，中國專利“廢氣處理系統(tǒng)及除去廢氣中汞的方法”(授權(quán)公告號：CN102015070B)中，采用稀鹽酸作為氯源，將氯化氫噴入煙氣中促進(jìn)單質(zhì)汞的氧化。

但是，以上研究仍存在一些不足之處：(1)針對載氧體協(xié)同脫汞的相關(guān)研究，只是利用載氧體本身含有的金屬氧化物來促進(jìn)單質(zhì)汞的氧化，促進(jìn)單質(zhì)汞的氧化效果有限，難以滿足化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)深度脫汞的需要；(2)向煙氣中噴入氯化氫促進(jìn)脫汞的相關(guān)研究，為保證理想的汞氧化效果，實際應(yīng)用過程中必須通入過量的氯，而濃度較高的氯會造成金屬受熱面的腐蝕，威脅系統(tǒng)安全；(3)若將氯與載氧體相結(jié)合，有望大幅促進(jìn)單質(zhì)汞的氧化效率，但目前的研究中均未涉及相關(guān)系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于載氧體氧氯雙循環(huán)的化學(xué)鏈燃燒脫汞系統(tǒng)及方法，將氯在汞氧化反應(yīng)中的重要地位與載氧體的協(xié)同脫汞作用相耦合，采用氯修飾載氧體、載氧體氯釋放的方法，使化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)的深度脫汞成為可能。創(chuàng)新性地提出利用氯原位修飾含銅載氧體，將載氧體同時作為“氯的載體”，構(gòu)筑氧氯雙循環(huán)，開辟新的脫汞路徑，從而大幅提升單質(zhì)汞氧化效率，同時避免了過量含氯組分對燃料反應(yīng)器后受熱面的腐蝕。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于載氧體氧氯雙循環(huán)的化學(xué)鏈燃燒脫汞系統(tǒng)，包括空氣反應(yīng)器、燃料反應(yīng)器、氯原位修飾室、分離器、脫氯室、冷凝器、常規(guī)污染物脫除設(shè)備、碳捕集封存裝置和載氧體通道；

空氣反應(yīng)器一端連接載氧體通道，空氣反應(yīng)器另一端連接氯原位修飾室；空氣反應(yīng)器是載氧體重新負(fù)載氧的場所，氯原位修飾室是載氧體進(jìn)行氯原位修飾的場所；