[發明專利]一種連續運行的固體燃料化學鏈反應系統

無效

• 申請號: 201310576288.2
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103672873A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 劉訓良;尹曉軍;曹歡;樓國鋒;蘇福永;豆瑞鋒;溫治
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: F23C10/10
• 分類號: F23C10/10;F23C10/18
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明涉及清潔能源利用和節能減排技術領域，尤其涉及一種連續運行的固體燃料化學鏈反應系統。

背景技術

在近年來全球氣候變暖及能源危機的急迫形勢下，化學鏈循環過程由于其具有可以將燃料直接轉化為可供封存的CO₂的獨特能力而格外受到關注，因而各國加大了對化學鏈工藝的研發力度。化學鏈循環工藝可以有效地降低CO₂分離能耗并提高化石能源轉化效率，極具商業化潛力。

傳統的燃料燃燒或者氣化過程會產生含有CO₂的廢氣或者合成氣，從中分離出CO₂需要一系列復雜的后序工藝過程。目前工業應用的分離CO₂工藝，其過程能耗較高，不利于低碳經濟的可持續發展。通過不同的燃燒和氣化路徑設計，基于化學鏈循環概念的工藝過程可以直接產生出可供封存的CO₂，避免了高能耗的CO₂捕集過程，并且提高了化石能源轉化效率。化學鏈工藝可以被應用于燃燒和氣化過程，其原料選擇廣泛，如煤、天然氣、石油焦和生物質等。

化學鏈燃燒(?Chemical?Looping?Combustion,?CLC)作為一種新型燃燒方式，具有優越的CO₂分離特性，其基本原理是借助于載氧體（oxygen?carrier）的作用將燃燒過程分解為2個氣-固反應，利用兩個反應器通過載氧體將空氣中的氧傳遞給燃料，進行燃料的無火焰燃燒，如圖1所示。CLC不僅能夠避免燃料常規燃燒時NO_x的產生、提高燃料的燃燒效率，且燃料完全轉化時的反應產物僅包含CO₂和水蒸氣，無需額外的分離裝置和措施，經過簡單的冷凝處理就可以得到高純的CO₂，便于后續存貯處理。

基于CLC的CO₂內分離特點，應用CLC制氫成為當前的一個研究熱點。化學鏈制氫過程(CLH)以水蒸氣代替空氣作為氧化劑引入空氣反應器來完成氧載體的再生，同時水蒸汽被還原產生氫氣，如圖2所示。通過合成氣的水汽轉化反應（WGS）制氫是氫氣生產的主要途徑之一，但是由于合成氣生產過程的限制，通過該方法生產的H₂與CO₂分離比較困難，而且水汽轉化反應過程的能耗和成本較高，而CLH則能更好的解決這一問題。

如圖3所示，固體燃料氣化技術是將煤細粉顆粒與氧、水蒸氣等反應，轉化成氫和一氧化碳等合成氣的技術。煤粉與氣化劑（水蒸氣、CO₂、O₂）一起從噴嘴吹入爐內，煤粉在數秒內氣化，灰分熔融后下流至爐底，再在水槽內水冷固化、破碎，排出爐外。煤氣化與CLC相結合技術可實現燃燒后的CO₂零排放，減少熱損失。

化學鏈反應器的設計及循環系統的開發應用是目前國內外學者的研究重點之一。反應器的形式對于化學鏈燃燒的工業應用至關重要，目前可應用于化學鏈工藝的反應器形式大多為流化床反應器，且以串行流化床反應器為主，雖然有較高的轉化效率，但載氧體的流化和分離使得系統相對復雜且能耗高，受可靠性和經濟性限制，實現大型化運行仍然任重道遠。化學鏈工藝循環系統的開發應用也是目前研究熱點之一，在系統運行過程中的氣體泄漏、載氧體輸送等問題仍然受到結構的限制。

發明內容

本發明旨在至少解決上述技術缺陷之一，提供一種能實現固體燃料化學鏈反應的移動床反應裝置及循環系統，可以實現固體燃料氣化和提供熱量的雙重功能，無需將載氧劑流化，從而降低反應器的能量消耗，也解決了串行流化床化學鏈反應系統中載氧體輸送困難的問題，而且結構緊湊，制造安裝和運行維護方便。

本發明提供一種連續運行的固體燃料化學鏈反應系統，其特征在于，所述固體燃料化學鏈反應系統包括上儲料罐（2），中儲料罐（11），下儲料罐（26），空氣反應器（8），燃料反應器，所述燃料反應器由移動床燃料反應器（16）和固體燃料氣化反應器（19）兩部分組合而成；所述空氣反應器（8）與所述燃料反應器串聯；其中，空氣反應器（8）和移動床燃料反應器（16）為移動床反應器，固體燃料氣化反應器（19）為噴動床反應器。