本技術涉及石灰窯，尤其涉及石灰窯co2回收及應用，具體涉及一種能夠降低生產(chǎn)能耗、簡化生產(chǎn)工藝流程并實現(xiàn)負碳排放聯(lián)產(chǎn)石灰的裝置及生產(chǎn)工藝。

背景技術：

1、日趨成熟的碳捕集、封存和利用技術因高成本、高能耗面臨產(chǎn)業(yè)界的強大阻力。雖然二氧化碳在大量排放時對生態(tài)環(huán)境造成不良影響，但它又是自然界中重要的資源之一，因此合理利用co2才是有效解決問題的關鍵。

2、二氧化碳資源大致可以通過以下途徑加以綜合利用:(1)二氧化碳轉化為有用化學物質；(2)經(jīng)電化學、光電化學和光化學反應制取有機化合物；(3)制取二氧化碳聚合物；(4)制取燃料碳；(5)超臨界二氧化碳萃取。超臨界co2萃取主要是利用了co2的化學惰性，而利用co2作為反應物質，現(xiàn)有技術還不夠成熟，co2的轉化利用率也相當?shù)汀?/p>

3、目前，負碳技術是實現(xiàn)二氧化碳凈零排放的關鍵，也是最具潛力技術，它可以集成可再生資源利用、清潔能源生產(chǎn)、二氧化碳減排等多項應用的技術要點和優(yōu)勢，在創(chuàng)造和增加負碳排放方面有著巨大優(yōu)勢。

4、其中，二氧化碳化工利用技術是最具典型的負碳技術，它以化學轉化過程為特性特征，以co2為碳氧資源將其轉化為其他產(chǎn)物，并具備一定減排效益的工業(yè)技術。其不僅能夠直接消耗co2，還能夠實現(xiàn)對傳統(tǒng)高碳原料的替代，兼具直接減排和間接減排效應。

5、近年來，c1化學科學技術(“c1化學”是指以碳單質或分子中含1個碳原子的物質(如co、co2、ch4、ch3oh等)為原料合成工業(yè)產(chǎn)品的化學工藝)取得了巨大的進步，co2是c1家族中最為廉價和豐富的資源，其利用自然地成為世界各國普遍關注的重要課題之一。因此，現(xiàn)階段比較可行的辦法是將co2轉化為co燃料。轉換方法是通過熱解方法在高溫下(873k)將co2降解為co。

6、在傳統(tǒng)的co制取方法中，利用焦炭及煤炭等含碳燃料還原co2制co是一種將co2轉化為化工原料及燃料的主要生產(chǎn)途徑和重要技術，該工藝技術在收集、捕集、利用含有co2氣體的工業(yè)尾氣的同時，還實現(xiàn)了低品位燃料如煤粉、生物質粉的資源化利用。

7、目前，在很多關于制取co的應用研究和生產(chǎn)中，無論采用焦炭或煤炭，在還原co2的氣化反應中，其理想的反應溫度為900～1050℃，溫度越高，所需反應時間越短，但還原過程還需要將原料加熱到高溫，這就導致上述還原co2的方法在實際生產(chǎn)中所需的耗能也很高，而且其還原方法還是分步進行的，這就存在嚴重的熱量損耗及能量浪費問題，同時也存在能源利用不合理、整個工藝流程及裝備較為復雜等問題，嚴重制約了其技術應用的可持續(xù)發(fā)展。

8、所以，從上述co2轉化中的能量效率上看，都需要外部能耗或者由于耗能高而變得經(jīng)濟性較差，從保護人類自然資源和生態(tài)環(huán)境出發(fā)也必須尋求一種可持續(xù)發(fā)展的co2能源轉化體系。發(fā)明人認識到，如何改變及降低能耗或者利用生產(chǎn)系統(tǒng)自身能源和余熱能源實現(xiàn)能源自給才是有效途徑。

9、作為新能源的生物質能源被稱為“第四大能源”，而且在工業(yè)生產(chǎn)的新能源應用中，生物質氣化因其經(jīng)濟性和碳中性被認為是生物質能利用的重要途徑之一，也是生產(chǎn)石灰的重要綠色清潔能源之一。生物質氣化過程中的一系列熱化學反應可以將生物質原料轉化為氣態(tài)燃料用于生產(chǎn)，也可以進一步轉化為高附加值的可再生液體燃料或化學品。在生物質氣化及生產(chǎn)應用中的co2重整還原合成氣具有最核心的優(yōu)勢就是碳減排和碳回收，通過采用回收石灰窯及其它工業(yè)爐窯燃燒后產(chǎn)生的co2氣體與生物質固體燃料進行水氣的變換+催化轉換為可燃氣體進行工業(yè)生產(chǎn)。

10、然而，二氧化碳資源化利用的主要挑戰(zhàn)是克服二氧化碳分子的強穩(wěn)定性，斷裂c＝o需要高能量輸入。從熱力學上看，c＝o鍵能為783kj/mol，需要高溫(1600～2000k)和高壓條件才能使c＝o斷裂。目前較為熱門的等離子方法中，微波等離子體核心氣體溫度可以達到5000k甚至更高，周圍區(qū)域的溫度也可以達到3000k以上。顯然，在當前石灰生產(chǎn)(煅燒溫度890-1100℃)工藝中無論是溫度及壓力環(huán)境還是能耗都是無法承受的。因此，亟需提出一種能夠利用生產(chǎn)系統(tǒng)自身能源和余熱能源實現(xiàn)能源自給以承擔co2轉化過程中的能量需求的技術方案，從而降低co2轉化過程中的能耗，達到取代化石燃料以及增值化和零碳化、負碳化的目的，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

技術實現(xiàn)思路

1、本技術提供一種實現(xiàn)負碳排放聯(lián)產(chǎn)石灰的裝置及生產(chǎn)工藝，用以解決傳統(tǒng)負碳技術將co2轉化為co所需外部能耗高、轉化時間長且轉化成本高等問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本技術提供如下技術方案：

3、一方面，本技術提供一種實現(xiàn)負碳排放聯(lián)產(chǎn)石灰的裝置，包括石灰窯、co2轉化裝置和/或燃料生成轉化裝置其中：

4、所述石灰窯具有窯頂集氣管道，所述窯頂集氣管道能夠將石灰窯產(chǎn)出的co2氣體送入窯頂煙氣降塵凈化裝置進行降塵凈化處理，處理后的煙氣隨下降煙氣輸送管道進入所述co2轉化裝置；

5、所述co2轉化裝置包括低溫co2煙氣加壓裝置和高速內加熱轉化裝置，所述低溫co2煙氣加壓裝置用以對自所述下降煙氣輸送管道接收的co2氣體進行加壓，所述高速內加熱轉化裝置用以將加壓后的co2氣體轉化為co氣體，且將轉化后的co氣體送入所述石灰窯的窯膛內燃燒供熱以煅燒石灰石；

6、所述燃料生成轉化裝置為上下兩段式密閉結構，上段為裂解段，下段為轉化段，所述裂解段和轉化段之間通過熱風遮斷閥實現(xiàn)導通與截斷，所述裂解段的頂部設有生物質燃料進口和co2氣化劑進口，所述裂解段的底部設有裂解氣出口，所述轉化段具有co轉化氣出口一和用以輸入空氣氣化劑的空氣管道，所述轉化段的底部設有高溫co2氣體進口，所述co2氣化劑進口和高溫co2氣體進口分別與用以輸出石灰窯煅燒帶的高溫co2廢氣的管道相連，所述裂解段用以將送入其內的生物質燃料和高溫co2廢氣裂解為含co的裂解氣，裂解后的co通過所述裂解氣出口輸出至所述石灰窯的窯膛內；所述轉化段用以自所述裂解段接收裂解后的剩余生物質燃料(木炭)并通過生物質燃料(木炭)將自其底部上升的高溫co2氣體轉化為co氣體，轉化的co氣體通過co轉化氣出口一輸出至所述石灰窯的窯膛內。

7、另一方面，本技術提供一種實現(xiàn)負碳排放聯(lián)產(chǎn)石灰的生產(chǎn)工藝，采用上述的實現(xiàn)負碳排放聯(lián)產(chǎn)石灰的裝置，所述生產(chǎn)工藝包括如下步驟：

8、將所述石灰窯中生產(chǎn)氧化鈣產(chǎn)生的高溫co2氣體送入co2轉化裝置中轉化為co氣體，轉化后的co氣體通過輸送管道進入石灰窯窯體燃料圍管中，并通過設置在石灰窯窯體燃料圍管上的燃料噴槍輸送至窯內燃燒供熱以煅燒石灰石；和/或，

9、將石灰窯煅燒帶的高溫co2廢氣除塵凈化后送入燃料生成轉化裝置的裂解段和轉化段，在裂解段中，通過送入燃料生成轉化裝置中的生物質燃料對高溫co2氣體進行裂解，裂解得到的可燃氣體通過管道送入石灰窯窯體燃料圍管中，并通過設置在石灰窯窯體燃料圍管上的燃料噴槍輸送至窯內燃燒供熱以煅燒石灰石；在轉化段中，通過自裂解段掉落的生物質燃料(木炭)與自轉化段底部上升的co2進行逆流熱交換，完成co2至co的轉化，轉化后的co通過管道送入石灰窯窯體燃料圍管中，并通過設置在石灰窯窯體燃料圍管上的燃料噴槍輸送至窯內燃燒供熱以煅燒石灰石。

10、相比現(xiàn)有技術，本技術至少具有以下有益效果：

11、1、本技術提供一種實現(xiàn)負碳排放聯(lián)產(chǎn)石灰的裝置，該裝置能夠將石灰窯中生產(chǎn)氧化鈣產(chǎn)生的高溫co2氣體送入co2轉化裝置中轉化為co氣體，和/或，將石灰窯煅燒帶的高溫co2廢氣除塵凈化后送入燃料生成轉化裝置中轉化生成含co的可燃氣體，并將自co2轉化裝置轉化的co氣體和/或自燃料生成轉化裝置中生成的含co的可燃氣體送入石灰窯內燃燒供熱以煅燒石灰石，即本技術利用石灰生產(chǎn)中高溫co2廢氣作為熱源，一步法與生物質廢碳或其它含碳燃料(煤炭、焦炭)進行脫碳轉化生成可用于生產(chǎn)的含co可燃氣體并聯(lián)產(chǎn)石灰，實現(xiàn)石灰窯co2廢氣的轉化再利用，因此，應用本技術提供的實現(xiàn)負碳排放聯(lián)產(chǎn)石灰的裝置可以利用石灰生產(chǎn)中高溫co2廢氣作為熱源，解決傳統(tǒng)負碳技術將co2轉化為co所需外部能耗高、轉化時間長且轉化成本高的問題，促進負碳技術的高效產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)，達到節(jié)能減排，取代化石燃料，實現(xiàn)增值化和零碳化、負碳化的目的。

12、2、本技術中的co2轉化裝置和燃料生成轉化裝置利用石墨電極和電磁感應方式與廉價的鐵基及含鋯催化劑與co2廢氣反應生成co燃氣循環(huán)利用，達到co2廢氣的全部轉化再利用，這樣既可以抵消電解co2增加的電費成本，也可以大幅度降低石灰生產(chǎn)的燃料成本，同時也達到co2“負碳”排放目的。

13、3、本技術將生物質固體燃料作為能源提供碳氫源，經(jīng)催化裂解制備碳氫源的燃料進行煅燒石灰，高溫生物炭與來自石灰窯的高溫的co2廢氣接觸發(fā)生還原反應，制得的co可作為燃料返回到石灰窯再次進行燃燒煅燒石灰，即本技術可以將生物質催化裂解過程中產(chǎn)生的生物炭90％以上轉化為co燃料，同時把煅燒石灰時產(chǎn)生的含40％左右co2的廢氣全部轉化為co燃料，既可以達到生物炭廢碳回收利用和轉化目的，也達到有效降低石灰生產(chǎn)的燃料成本和碳減排目的。

14、4、本技術中的燃料生成轉化裝置采用兩段式結構，上段裂解段(即還原裝置)與下段轉化段(即合成裝置)上下串行排列，上段的裂解段以生物質固體燃料為原料以及采用煤炭與生物質復合串行，通過高溫裂解產(chǎn)生富含co和h2氣體的燃氣，下段的轉化段以裂解段裂解后的高溫熾熱的生物炭為碳源和熱源，通過輸入來自于石灰窯循環(huán)通道的高溫廢氣進行c1轉換，可以使90％以上的生物質燃料轉為co可燃氣體；下段的轉化段外部熱源熱量由石灰窯窯膛中部循環(huán)通道所產(chǎn)的1000-1100℃范圍的高溫co2氣體顯熱提供，可以使轉化所需能耗大幅度下降，不但不需要外部能源熱源，又可將溫室氣體co2中的碳能釋放轉化為以co+h2為主的煤氣能源。

15、5、本技術以生物質燃料為主，同時也設置了采用干煤粉作為原(燃)料進行氣化的途徑和方法，其反應溫度可以高達1300～1600℃的高溫，而且具有良好的煤種適應性，能氣化較寬范圍的煤種，對灰含量要求低，30％以下的含灰量均可氣化，在氣化過程中，碳的轉化率較高、也不產(chǎn)生有機污染物，其工藝符合煤炭清潔高效利用及環(huán)保要求，本技術采用干煤粉耦合生物質復合串行的方式，實現(xiàn)了粉煤與生物質復合串行共氣化，即實現(xiàn)了高溫氣化，也解決了生物質燃料熱值低、爐膛溫度低等缺陷，也便于實現(xiàn)氣化爐溫度控制和降低能耗、提高效率，而且還實現(xiàn)了獨立使用生物質和獨立使用煤粉生產(chǎn)的功能。

16、6、本技術中co2轉化裝置中的高速內加熱轉化裝置通過在中空石墨電極內部設置可更換的球形固體狀的以氧化鋯和磷酸鋯材料為催化劑載體，以batio3、超高溫硼化物陶瓷材料為助劑合成的高熵多孔硼化物催化復合材料，該填充材料的存在增加了氣體停留時間，增強了電場強度和電子能量；而且球形材料的接觸點處電場強度增強、電壓升高，產(chǎn)生更多的微放電，因而在放電時產(chǎn)生較多的等離子體電荷和微放電細絲；轉化過程中，轉化率的因素有填充材料的相對介電常數(shù)、孔隙率、表面粗糙度等；孔隙率高、表面粗糙度大的材料有助于增強電場，產(chǎn)生更高的電流密度，從而提高co2轉化率和能量效率，此外，本技術co2轉化裝置結構簡明，密閉性良好，無死角，有利于均勻布氣和流通，co2在反應器裝置中可以直接轉化為co和o2。

17、7、本技術中co2轉化裝置中的低速外加熱轉化裝置設計為填充式裝置，采用管道式容器結構，容器內部設置填充一定高度的絲絮狀催化劑及顆粒狀固體反應物，保證了氣流流過時流速發(fā)生變化從而形成渦流及湍流，絲絮狀催化劑載體為fe纖維絨，固體反應物為含有鋯等成分的氧化鋁顆粒，低速外加熱轉化裝置外部設置電磁感應加熱裝置，裝置中的感應線圈內產(chǎn)生高頻磁力線，使感應線圈內導體工件表面產(chǎn)生渦流依靠自生內阻發(fā)熱，通過接觸傳導方式把熱量傳到裝置料筒上，再通過裝置料筒把內部的fe纖維絨催化劑及固體反應物載體加熱達到催化溫度，當co2氣體流經(jīng)該區(qū)域時瞬間被加熱至催化溫度，co2氣體被快速轉化成co氣體，本技術中的低速外加熱轉化裝置結構簡明，密閉性良好，無死角，有利于均勻布氣和流通，加熱溫度由外部與電磁感應加熱裝置連接的電控箱控制，加熱區(qū)域為分段式，各個區(qū)域(段)的功率大小可調節(jié)，溫度、保護及啟停自動控制，提升了裝置整體的自適應自動化程度，能夠適應產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)需求。