[發(fā)明專利]基于化學(xué)鏈技術(shù)制備O2-CO2混合氣體的裝置及工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310464575.4
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN103496672A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文舉;王杰
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: C01B13/02
• 分類號: C01B13/02;C01B31/20
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)鏈技術(shù)及混合氣體制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于化學(xué)鏈技術(shù)制備O₂-CO₂混合氣體的裝置及工藝。

背景技術(shù)

使用化石燃料時(shí)產(chǎn)生的CO₂是最主要的溫室氣體來源，引起了全球的氣候惡化和生態(tài)破壞，減排CO₂已成為當(dāng)今世界研究的熱點(diǎn)。碳捕集與封存技術(shù)被認(rèn)為是降低大氣中CO₂濃度的有效手段之一，目前CO₂捕集主要采用燃燒前捕集、富氧燃燒、燃燒后分離3種技術(shù)，其中富氧燃燒采用O₂-CO₂混合氣體循環(huán)燃燒，是一項(xiàng)非常有潛力的CO₂捕集技術(shù)。我國是以煤發(fā)電為主的國家，O₂-CO₂混合氣體循環(huán)燃燒在今后新建和改造熱電廠循環(huán)流化床鍋爐方面具有重要意義。

對于O₂-CO₂混合氣體循環(huán)燃燒系統(tǒng)，O₂-CO₂混合氣體循環(huán)燃燒需要氧氣，但燃料燃燒所需并非是純氧，而是O₂-CO₂混合氣體，氧氣的含量一般在20~40%的范圍內(nèi)，因此氧氣的制備是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)。空氣分離是目前最主要的氧氣分離技術(shù)，主要包括低溫精餾、變壓吸附和膜分離技術(shù)：（1）低溫精餾技術(shù)是最常見也是最成熟的空氣分離制取氧氣技術(shù)，這種技術(shù)歷史悠久，主要原理是利用空氣中氮?dú)夂脱鯕獾姆悬c(diǎn)不同，將空氣液化后，進(jìn)行低溫精餾達(dá)到分離氮?dú)夂脱鯕獾哪康模卯a(chǎn)品純度高、產(chǎn)量高、種類多，但是該方法投資大、成本高、能耗高，并且操作復(fù)雜；（2）變壓吸附制取氧氣是最近30年新興的制氧技術(shù)，該方法設(shè)備啟動(dòng)快、操作簡單、可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、設(shè)備制造簡單，但存在產(chǎn)能低和能耗高等缺點(diǎn)；（3）膜分離技操作簡單，可在常溫常壓下進(jìn)行，但存在膜材料制備難、成本高等問題。總之，目前分離氧氣制取O₂-CO₂混合氣體用于富氧燃燒的裝置和工藝存在效率低、耗能高、操作復(fù)雜等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種效率高、耗能低、操作簡單的基于化學(xué)鏈技術(shù)制備O₂-CO₂混合氣體的裝置及工藝。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于化學(xué)鏈技術(shù)制備O₂-CO₂混合氣體的裝置，包括快速流化床反應(yīng)器、第一布風(fēng)板、分布板、第一旋風(fēng)分離器、第一返料機(jī)構(gòu)、鼓泡床反應(yīng)器、第二布風(fēng)板、第二旋風(fēng)分離器、第二返料機(jī)構(gòu)和富氧燃燒裝置；

所述快速流化床反應(yīng)器底部設(shè)有第一布風(fēng)板，分布板將快速流化床反應(yīng)器內(nèi)部腔體分為上下兩部分，下部分為快速提升段，上部分為主要流化反應(yīng)段；快速流化床反應(yīng)器的出口與第一旋風(fēng)分離器連接，第一旋風(fēng)分離器的氣體出口得到所制備的O₂-CO₂混合氣體，第一旋風(fēng)分離器的固體出口通過第一返料機(jī)構(gòu)與鼓泡床反應(yīng)器連接；鼓泡床反應(yīng)器的底部設(shè)有第二布風(fēng)板，并通過鼓泡床反應(yīng)器的溢流口與第二返料機(jī)構(gòu)連接，鼓泡床反應(yīng)器的氣體出口與第二旋風(fēng)分離器連接，第二旋風(fēng)分離器的固體出口接入第二返料機(jī)構(gòu)，第二返料機(jī)構(gòu)與快速流化床反應(yīng)器相連；第一旋風(fēng)分離器的氣體出口與富氧燃燒裝置連接，富氧燃燒裝置的氣體出口分為多條支路，其中一條支路接入快速流化床反應(yīng)器的進(jìn)氣口。

一種基于化學(xué)鏈技術(shù)制備O₂-CO₂混合氣體的工藝，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)快速流化床反應(yīng)器的工作溫度選擇載氧體，并通過裝料口將載氧體加入快速流化床反應(yīng)器內(nèi)；

步驟2、將富氧燃燒裝置產(chǎn)生的部分煙氣通過一條支路送入快速流化床反應(yīng)器中，使載氧體在再循環(huán)煙氣氛圍下發(fā)生分解反應(yīng)，釋放氧氣；

步驟3、從快速流化床反應(yīng)器的出口排出的氣固混合物進(jìn)入第一旋風(fēng)分離器進(jìn)行分離：釋氧后的載氧體顆粒收集到第一返料機(jī)構(gòu)，生成的O₂-CO₂混合氣體由第一旋風(fēng)分離器的氣體出口排出進(jìn)入富氧燃燒裝置；

步驟4、第一返料機(jī)構(gòu)將收集到的載氧體顆粒送入鼓泡床反應(yīng)器，同時(shí)向鼓泡床反應(yīng)器的氣體進(jìn)口輸入空氣，載氧體顆粒吸收氧氣生成貧氧空氣和再生載氧體，再生后的載氧體顆粒經(jīng)鼓泡床反應(yīng)器溢流口收集到第二返料機(jī)構(gòu)；