[發(fā)明專利]一種化學(xué)鏈燃燒的燃料反應(yīng)器裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910184426.6
• 申請(qǐng)日: 2009-08-12
• 公開（公告）號(hào): CN101995097A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 向文國(guó);薛志鵬;王新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): F24J1/00
• 分類號(hào): F24J1/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 陸志斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種化學(xué)鏈燃燒的燃料反應(yīng)器裝置。尤其涉及能夠分離二氧化碳的化學(xué)鏈燃燒的燃料反應(yīng)器裝置。

背景技術(shù)

溫室氣體排放帶來(lái)的全球變暖問(wèn)題正在引起人們的重視。CO₂作為最主要的溫室氣體，研究CO₂減排技術(shù)迫在眉睫。煙氣中的CO₂常常被大量氮?dú)庀♂專珻O₂的分離與回收成本很高。在燃燒過(guò)程中生成高濃度的CO₂或便于CO₂分離的氣相混合物，同時(shí)消除其他污染物的生成、排放是一條有效途徑。化學(xué)鏈燃燒正是具有上述特性的一種新型燃燒方式，基本原理是將傳統(tǒng)的燃料與空氣直接接觸反應(yīng)的燃燒借助于載氧體的作用分解為兩個(gè)氣固反應(yīng)，燃料與空氣無(wú)需接觸，由載氧體將空氣中的氧傳遞到燃料中。

化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)包括兩個(gè)反應(yīng)器：空氣反應(yīng)器(即氧化反應(yīng)器)、燃料反應(yīng)器(即還原反應(yīng)器)。載氧體是參與反應(yīng)傳遞氧的物質(zhì)，以下以金屬氧化物載氧體(NiO)為例說(shuō)明化學(xué)鏈燃燒的基本工作原理：

在燃料反應(yīng)器內(nèi)金屬氧化物(NiO)與燃料氣體(CO)發(fā)生還原反應(yīng)(見附圖5)：

NiO+CO→Ni+CO₂???????????????????????????????????(1)

在燃料反應(yīng)器內(nèi)被還原的金屬顆粒(Ni)回到空氣反應(yīng)器并與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)：

Ni+O₂→NiO???????????????????????????????????????(2)

式(1)與式(2)相加即為傳統(tǒng)燃燒反應(yīng)：

CO+O₂→CO₂???????????????????????????????????????(3)

本發(fā)明涉及概念--載氧量，公式如下：

例如

其意義可理解為，單位質(zhì)量載氧體所攜帶的參與反應(yīng)的氧量。

與傳統(tǒng)燃燒相比化學(xué)鏈燃燒的優(yōu)勢(shì)就在于其排放氣體的為高濃度的CO₂，而與傳統(tǒng)的煤氣化相比，化學(xué)鏈燃燒無(wú)需空氣分離過(guò)程，節(jié)省了空氣分離所需能耗。化學(xué)鏈燃燒正是具有上述特性的一種新型燃燒方式，而如何對(duì)化學(xué)鏈燃燒的反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)使之實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)勢(shì)，則成為了化學(xué)鏈燃燒能否應(yīng)用的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種用于化學(xué)鏈燃燒的燃料反應(yīng)器裝置，本發(fā)明在進(jìn)行化學(xué)鏈燃燒的同時(shí)能有效分離二氧化碳，具有不需額外的能量消耗且利于環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

目前化學(xué)鏈燃燒采用的兩種燃料分別為氣體燃料和固體燃料，在本裝置中，若采用氣體燃料(天然氣)，從本裝置的布風(fēng)板處直接通入氣體燃料，氣體燃料與載氧體直接反應(yīng)。若采用固體燃料(煤、生物質(zhì)、石油焦及天然焦)，固體燃料由進(jìn)料口進(jìn)入混合反應(yīng)室，從布風(fēng)板處通入水蒸氣，由載氧體為固體燃料和水蒸氣的氣化反應(yīng)提供熱量，生成合成氣。氣體燃料與固體燃料生成的合成氣統(tǒng)稱為燃料氣。

本發(fā)明的裝置技術(shù)方案如下：

本發(fā)明公開一種化學(xué)鏈燃燒的燃料反應(yīng)器裝置，由混合反應(yīng)室、溢流槽、過(guò)渡段、提升管及二氧化碳分離器組成，提升管通過(guò)過(guò)渡段與混合反應(yīng)室相連，提升管的下端設(shè)有進(jìn)料口，而提升管的上端與二氧化碳分離器的上端相連，二氧化碳分離器的下端通過(guò)溢流槽與混合反應(yīng)室相連。混合反應(yīng)室的下端設(shè)有布風(fēng)板。混合反應(yīng)室的下端設(shè)有固體燃料進(jìn)口。混合反應(yīng)室的外側(cè)設(shè)有排料口。溢流槽的下端設(shè)有松動(dòng)風(fēng)口。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)在燃料反應(yīng)器流化床內(nèi)，混合氣化反應(yīng)室橫截面積遠(yuǎn)大于提升管橫截面積，而床體橫截面積的變化，導(dǎo)致流化速度發(fā)生變化，使混合氣化反應(yīng)室呈現(xiàn)為鼓泡流化床狀態(tài)，而提升管呈現(xiàn)為循環(huán)床狀態(tài)。從進(jìn)料口進(jìn)入提升管底部的載氧體，利用提升管的夾帶作用，首先在燃料反應(yīng)器流化床的提升管中實(shí)現(xiàn)流化，在混合反應(yīng)室未完全反應(yīng)的燃料氣上升至提升管中，燃料氣在提升管中與過(guò)量的較高價(jià)態(tài)載氧體反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳水蒸氣混合氣，經(jīng)過(guò)二氧化碳分離器，冷凝后獲得潔凈的二氧化碳，而部分較高價(jià)態(tài)的載氧體則轉(zhuǎn)化為較低價(jià)態(tài)的載氧體。未反應(yīng)的較高價(jià)態(tài)的載氧體及反應(yīng)后的較低價(jià)態(tài)的載氧體經(jīng)過(guò)二氧化碳分離器，并從二氧化碳分離器底端通過(guò)返料槽進(jìn)入混合反應(yīng)室。在混合反應(yīng)室中載氧體進(jìn)一步與燃料氣反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為較低價(jià)態(tài)的載氧體。