[發明專利]一種旋轉型化學鏈燃燒反應器裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201210315925.6
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102818259A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 熊杰;馬勝;倪建軍
• 申請（專利權）人: 上海鍋爐廠有限公司
• 主分類號: F23C10/00
• 分類號: F23C10/00;F23C10/20
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

技術領域

本發明涉及一種旋轉型化學鏈燃燒反應器裝置及其使用方法，屬于燃燒反應器技術領域。

背景技術

目前，化學鏈燃燒(Chemical?looping?combustion)技術是一種革命性的新型燃燒方式，它將傳統的一步燃燒反應分解為兩步分別在燃料反應器和空氣反應器中進行，通過中間循環氧載體(通常為金屬氧化物)將空氣中的氧提供給燃料。在傳統燃燒反應中，因為N₂的稀釋，煙氣中CO₂濃度僅13％左右，需要消耗大量的能量才能將其捕集；而在化學鏈燃燒過程中，燃料和空氣是隔離的，因此在燃料反應器中產生的煙氣不會被空氣中的N₂稀釋，其主要成分為CO₂和H₂O，經過簡單的冷凝就可以得到高純度的CO₂，以便利用或封存。同時，它還能有效抑制其他污染物的產生，而且，因為能量的梯級利用，化學鏈燃燒方式可以提高系統的熱效率。因此，化學鏈燃燒技術是一種高效、清潔的燃燒方式，目前也是國內外研究的熱點方向。

化學鏈燃燒技術的燃料適應性很強，氣體、液體、固體燃料均能適用。而針對不同燃料形式、氧載體類型的反應器設計一直是化學鏈技術研究領域的一項重要工作。目前的化學鏈燃燒反應器主要是串型流化床反應器(Interconnected?fluidized-bed)和雙循環流化床反應器(Dual?CFB)。這兩種反應器雖然可以實現較高的CO₂減排效率，但是結構和工藝過程非常復雜，且需要很好的控制自動化技術與其匹配，同時也使得加工成本較高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種結構簡單、易于操作、經濟性能好、且能達到較高的CO₂捕集效率和濃度的旋轉型化學鏈燃燒反應器裝置及其使用方法。

為了解決上述第一個技術問題，本發明的技術方案是提供一種旋轉型化學鏈燃燒反應器裝置，其特征在于：包括圓柱形外殼，布風板設于圓柱形外殼的上層和下層之間，齒輪軸承設于布風板上部中心，固定軸承設于布風板下部中心，軸心一端通過齒輪連接齒輪軸承，軸心另一端連接固定軸承；旋轉葉片設于齒輪軸承上，固定葉片設于固定軸承上。

優選地，所述旋轉葉片下平面和圓周均設有金屬網。

優選地，所述圓柱形外殼的上層被所述旋轉葉片分隔成面積相等的N塊，N＞6；所述圓柱形外殼的下層被所述固定葉片分隔成4塊，分別為氣體燃料區、第一水蒸氣區、空氣區和第二水蒸氣區。

優選地，所述第一水蒸氣區和第二水蒸氣區的橫截面積均與所述圓柱形外殼的上層被所述旋轉葉片分隔成的每一小塊的橫截面積相等。

優選地，所述氣體燃料區和空氣區對應的上層空間均設有排氣通道。

為了解決上述第二個技術問題，本發明的技術方案是提供一種旋轉型化學鏈燃燒反應器裝置使用方法，其特征在于：首先，在布風板上層旋轉葉片之間鋪設氧載體；然后，分別從圓柱形外殼下層的氣體燃料區、第一水蒸氣區、空氣區和第二水蒸氣區下部通入氣體燃料、水蒸氣、空氣和水蒸氣；最后，用電機連接軸心，帶動齒輪軸承和旋轉葉片勻速轉動。

優選地，所述氣體燃料為天然氣或合成氣。

本發明提供的一種旋轉型化學鏈燃燒反應器裝置的燃料不與空氣接觸燃燒，而是通過氧載體的循環轉動發生交替的氧化-還原反應，實現燃料的燃燒過程，即：當氧載體轉動到氣體燃料區上方時，發生還原反應，氧載體被還原成金屬單質或低價態的金屬氧化物，同時燃料被氧化生成CO₂和H₂O，生成的氣體被排出，通過冷凝即可捕集到高濃度的CO₂。旋轉葉片繼續轉動，此部分氧載體慢慢經過第一水蒸氣區，經過水蒸氣的吹掃使得此部分氧載體中不再含有CO₂，然后繼續轉動到達空氣區，發生氧化反應，氧載體被空氣中的氧氣氧化成原始狀態，富含N₂和部分O₂、H₂O的煙氣被排出，此部分氧載體繼續轉動經過第二水蒸氣區后，包含的煙氣被水蒸氣吹掃干凈，再轉動進入氣體燃料區進行下一次循環。

相比現有技術，本發明提供的一種旋轉型化學鏈燃燒反應器裝置具有如下有益效果：

(1)切換式分級反應，可以將燃料和空氣隔離，是一種高效的CO₂減排技術；

(2)分級反應可以實現能量的梯級利用，有效提高系統的熱效率；