[發(fā)明專利]生物質(zhì)燃料合成氣多級(jí)利用化學(xué)鏈反應(yīng)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610341069.X
• 申請(qǐng)日: 2016-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN107418627A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳巨輝;孟誠;董喜欣;秦小健;崔琪;高原;高鵬;李欣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C10J3/20
• 分類號(hào): C10J3/20;C10J3/82
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化學(xué)鏈燃燒和生物質(zhì)燃料氣化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)燃料合成氣多級(jí)利用化學(xué)鏈反應(yīng)器。

背景技術(shù)

由于全球變暖以及極端氣候事件的頻繁發(fā)生使人們對(duì)全球氣候極為關(guān)注，開發(fā)低碳技術(shù)和推行低碳經(jīng)濟(jì)已成為當(dāng)今的必然選擇，然而化學(xué)鏈燃燒技術(shù)是一種新型潔凈高效的燃燒技術(shù)，與傳統(tǒng)燃燒技術(shù)相比，具有CO₂富集易于捕捉、氮氧化合物排放量低和易于污染物脫除過程有機(jī)結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，因而有著廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景，此外化學(xué)鏈將一步反應(yīng)分解為兩步反應(yīng)可以減小傳統(tǒng)燃料或氣化反應(yīng)的熱力學(xué)不可逆性，從而提高了能源利用率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了最大限度地發(fā)揮化學(xué)鏈燃燒的優(yōu)勢，進(jìn)一步減小溫室氣體的排放，提供了一種生物質(zhì)燃料合成氣多級(jí)利用化學(xué)鏈反應(yīng)器的技術(shù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：這種生物質(zhì)燃料合成氣多級(jí)利用化學(xué)鏈反應(yīng)器分為空氣反應(yīng)器、燃料反應(yīng)器、和石灰石反應(yīng)器三個(gè)組成部分，其中空氣反應(yīng)器進(jìn)行還原態(tài)氧載體Ni的氧化；在燃料反應(yīng)器進(jìn)行生物質(zhì)的熱解和氣化；在石灰石反應(yīng)器進(jìn)行CO₂氣體的捕捉。空氣反應(yīng)器中Ni氧化釋放的熱量主要為石灰石反應(yīng)器收集CO₂提供熱量,空氣反應(yīng)器的NiO隨氣流進(jìn)入燃料反應(yīng)器；NiO進(jìn)入燃料反應(yīng)器與燃料反應(yīng)器中生物質(zhì)氣化的產(chǎn)物反應(yīng)；生石灰反應(yīng)器利用CaO與CO₂反應(yīng)捕捉燃料反應(yīng)器CO₂生成的CaCO₃，CaCO₃通過傳輸裝置進(jìn)入空氣反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)利用。空氣反應(yīng)器是由鼓風(fēng)機(jī)提供風(fēng)源，通過布風(fēng)板進(jìn)入反應(yīng)器，作為助燃介質(zhì)；密封爐中通入密封介質(zhì)（水蒸氣），防止燃料反應(yīng)器生成的氣體進(jìn)入空氣反應(yīng)器；燃料反應(yīng)器中通入水蒸汽作為生物質(zhì)氣化介質(zhì)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：本發(fā)明通過空氣反應(yīng)器、燃料反應(yīng)器和石灰石反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)燃料化學(xué)鏈反應(yīng)器中可燃性氣體收集與CO₂氣體的捕捉同步進(jìn)行。空氣反應(yīng)器中利用提升管將氧化態(tài)載氧體NiO提升至燃料反應(yīng)器與生物質(zhì)氣化產(chǎn)生的還原性氣體發(fā)生反應(yīng)生成還原態(tài)氧載體Ni，通過密封爐鏈條結(jié)構(gòu)循環(huán)至空氣反應(yīng)器中。燃料反應(yīng)器溫度控制在700-850℃范圍內(nèi)，可燃性氣體收集達(dá)到最大量值；該化學(xué)鏈反應(yīng)器主要進(jìn)行的是生物質(zhì)熱解和生物質(zhì)氣化且其氣化產(chǎn)物與氧化態(tài)氧載體之間發(fā)生反應(yīng)，選用生物質(zhì)作為燃料因其具有揮發(fā)分含量高、灰分含量少，固定碳含量少但活性比煤高很多的特點(diǎn)，而在氣化的條件下不會(huì)析出氮氧化合物，實(shí)現(xiàn)能量的多級(jí)利用，有效地減小了環(huán)境污染。

附圖說明

圖1是化學(xué)鏈反應(yīng)器二維剖面示意圖。

其中包括：1—空氣反應(yīng)器；2—石灰石反應(yīng)器；3—傳送帶；4—螺紋傳送裝置； 5—CO2收集器 ；6—空氣入口 ；7—提升管 ；8—廢氣出口； 9—旋風(fēng)分離器；10—出料腿； 11—燃料反應(yīng)器 ；12—生物質(zhì)入口； 13—密封裝置； 14—可燃性氣體收集 ；15—蒸汽入口； 16—密封爐； 17 —蒸汽入口；18—鏈條。

圖2是化學(xué)鏈反應(yīng)器三維剖面示意圖，圖3是化學(xué)鏈反應(yīng)器三維立體示意圖。

具體實(shí)施方式

生物質(zhì)燃料合成氣多級(jí)利用化學(xué)鏈反應(yīng)器的工作原理如下：

1、空氣反應(yīng)器：

在空氣反應(yīng)器中的空氣是通過底部布風(fēng)板送入，還原態(tài)氧載體Ni與空氣混合燃燒，放出大量的反應(yīng)熱，其發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)式為：

上述反應(yīng)為放熱反應(yīng)，空氣反應(yīng)器溫度為900-1000℃。由于熱力的作用燃燒后生成的NiO的高溫顆粒進(jìn)入燃料反應(yīng)器中，為燃料反應(yīng)器的進(jìn)一步反應(yīng)提供熱源。

2、燃料反應(yīng)器：

從空氣反應(yīng)器進(jìn)入燃料反應(yīng)器的高溫NiO顆粒，與燃料反應(yīng)器生物質(zhì)熱解氣化產(chǎn)物反應(yīng)，生成CO₂并被CaO吸收，并放出熱量促進(jìn)生物質(zhì)氣化發(fā)應(yīng)使生物質(zhì)熱解氣化反應(yīng)正向進(jìn)行。燃料反應(yīng)器發(fā)生的反應(yīng)方程式為：

生物質(zhì)氣化及其產(chǎn)物與氧載體反應(yīng)：

（1）—（4）為吸熱反應(yīng)，式（1）是生物質(zhì)氣化的反應(yīng)。式（2）、（3）、（4）均為NiO與生物質(zhì)氣化產(chǎn)物發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。式（5）為CaO與CO₂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaCO₃并釋放熱量，此反應(yīng)中CaO起到間接催化反應(yīng)（1）的作用。