[發(fā)明專利]一種批量制備化學鏈燃燒氧載體的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210440827.5
• 申請日: 2012-11-07
• 公開（公告）號: CN102952603A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 趙海波;郭磊;馬琎晨;張少華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C10L10/00
• 分類號: C10L10/00;B01J2/16
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發(fā)明涉及化學鏈燃燒氧載體的制備領域，具體為利用噴動流化床造粒技術批量制備化學鏈燃燒過程中必備的氧載體的方法和裝置，為大型連續(xù)化學鏈燃燒實驗提供足量的氧載體。

背景技術

化學鏈燃燒具有CO₂高效低能耗回收、化學能梯級利用、抑制NO_x生成和近零排放等優(yōu)點，是解決能源高效利用與環(huán)境友好的重要技術之一。化學鏈燃燒系統(tǒng)主要包括兩個串聯(lián)的反應器：空氣反應器和燃料反應器。高氧勢載體(一般為過渡金屬氧化物，或某些非金屬氧化物，標記為Me_xO_y)進入燃料反應器與燃料進行還原反應，生成CO₂/H₂O和被還原的低氧勢載體(標記為Me_xO_y-1)，生成物中的氣體經(jīng)過簡單的冷凝便可以獲得高純度的CO₂；隨后，低氧勢載體顆粒被送入空氣反應器與空氣中的氧分子發(fā)生氧化反應，釋放出大量的熱量，同時恢復晶格氧變成高氧勢載體，并送回燃料反應器進行循環(huán)。

化學鏈燃燒技術主要涉及氧載體、反應器和化學鏈燃燒系統(tǒng)3個方面，目前，所關注和研究的氧載體多為金屬氧化物，如Fe、Cu、Ni、Mn、Co等氧化物，氧載體的綜合性能包括：反應活性、載氧率、機械強度、團聚和燒結特性、循環(huán)再生性、高溫下穩(wěn)定性和流動性、環(huán)保性和經(jīng)濟性等。氧載體的制備方法是重要的研究內(nèi)容，主要包括：機械混合法、分散法、浸漬法、噴霧干燥法、冷凍成粒法和溶膠-凝膠法等。不同惰性載體、不同載氧體和惰性載體混合比例、不同制備工藝等均對氧載體的性能有明顯影響。

化學鏈燃燒的連續(xù)熱態(tài)實驗(無論是熱功率幾百瓦的bench-scale規(guī)模、還是1-100KW的pilot-scale規(guī)模，或者1MW以上的demonstration-scale規(guī)模)需要大量氧載體(1公斤-100公斤)；氧載體的常規(guī)制備方法(每次僅制備1公斤以下)因為若干限制(如濕式漿料的干燥速度、漿料內(nèi)混合物分散等)不利于大規(guī)模工業(yè)化應用，分析各種制備方法，認為影響其制備規(guī)模放大的因素主要是漿料的干燥。

噴動流化床批量造粒技術已經(jīng)比較成熟，噴動流化床存在二股氣體，氣速較大的噴動氣和較小的流化氣，其中流化氣作為一種輔助氣體使得床層內(nèi)顆粒有著更好的流動特性；在造粒過程中，融溶液或溶液以霧狀噴進裝有產(chǎn)品細顆粒的由熱空氣作噴動氣和流化氣的噴動流化床內(nèi)，產(chǎn)品細顆粒在床內(nèi)循環(huán)的同時被沉積在其表面的融溶液(或溶液)或其反應產(chǎn)物一層層的覆蓋，直到形成球形度很好的、均勻的產(chǎn)物。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、高效益、環(huán)境友好的批量制備化學鏈燃燒氧載體的方法和裝置。

本發(fā)明提供的一種批量制備化學鏈燃燒氧載體的方法，其特征在于，該方法包括下述步驟：

第1步將干燥器預熱，向其中加入晶種，并不斷通入熱空氣，使晶種流化；所述干燥器為噴動床、流化床或者噴動流化床；

第2步制備氧載體漿料；

第3步使氧載體漿料以霧狀噴入干燥器，涂敷在晶種上，并與熱空氣進行熱交換，循環(huán)包衣干燥；

第4步噴霧造粒完成后，進行后處理，得到合適粒徑的氧載體顆粒；所述合適粒徑通常為0.1～0.3mm；

第5步將小于合適粒徑的氧載體顆粒送回干燥器，作為下一輪造粒的晶種，進行新一輪造粒，直到任務完成。

本發(fā)明提供的一種批量制備化學鏈燃燒氧載體的裝置，包括干燥器，其特征在于，該裝置還包括漿料霧化系統(tǒng)；所述漿料霧化系統(tǒng)包括空氣壓縮機、油水分離器、球磨機、噴涂液罐、恒流泵、攪拌器以及二流體噴嘴；空氣壓縮機經(jīng)油水分離器與二流體噴嘴的氣相入口相連，恒流泵的進口連接有噴涂液罐，出口與二流體噴嘴的液相入口相連；所述二流體噴嘴安裝于干燥器的頂部、底部或側(cè)部。

本發(fā)明將氧載體的制備與工業(yè)上成熟的噴動流化床造粒技術相結合，實現(xiàn)了低成本、高效益的批量制備高性能氧載體的過程，并可進一步實現(xiàn)氧載體的批量改性處理。本發(fā)明充分發(fā)揮了噴動流化床造粒技術的優(yōu)勢，批量制備化學連燃燒技術中必備的氧載體，低成本，高效益。

附圖說明