[發明專利]耦合夾套式碳分離器的并置雙流化床化學鏈燃燒/氣化裝置

有效

• 申請號: 202010031315.8
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111174198B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 程樂鳴;王勤輝;方夢祥;韋泱均;吳爾東;肖剛;余春江;王濤;鄭成航;周勁松;王樹榮;高翔;駱仲泱;倪明江;岑可法
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F23C10/18
• 分類號: F23C10/18;F23C10/22;C10J3/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

耦合夾套式碳分離器的并置雙流化床化學鏈燃燒/氣化裝置，燃料反應器出口、燃料反應器旋風分離器、燃料反應器旋風分離器立管、燃料反應器返料機構依次相連，燃料反應器返料機構與夾套式碳分離器相連；夾套式碳分離器以夾套方式布置在空氣反應器外側，其內具有物料通道和氣化介質通道，兩者之間由隔板隔開，隔板上有供氣化介質流通的孔洞；夾套式碳分離器物料通道上出口、夾套式碳分離器旋風分離器相連、夾套式碳分離器旋風分離器立管、夾套式碳分離器上返料機構依次相連；夾套式碳分離器底部、夾套式碳分離器下返料機構、空氣反應器給料口依次相連；空氣反應器出口、空氣反應器旋風分離器、空氣反應器返料機構、燃料反應器給料口依次相連。

技術領域

本發明屬于能源清潔和高效利用領域，涉及一種耦合夾套式碳分離器的并置雙流化床化學鏈燃燒/氣化裝置，適用于循環物料中未反應炭在碳分離器實現加速脫除從而提高系統碳捕集效率的化學鏈技術。

背景技術

化學鏈技術(Chemical Looping Technology，簡稱CLT)是一種利用載氧體(金屬氧化物等)在氧化還原條件下晶格氧的化學鍵生成斷裂特點，在不同反應環境中循環實現燃燒/氣化過程對氧的需求。化學鏈系統中，載氧體在空氣反應器內發生氧化反應，氧氣中的氧原子間化學鍵斷裂，氧原子與金屬生成新的化學鍵，載氧體“載氧”，并伴隨著大量熱量的釋放(發生放熱反應)，排氣含有高濃度的N₂和少量的O₂。攜帶晶格氧的載氧體在燃料反應器內發生還原反應，晶格氧的化學鍵斷裂，氧原子與氣體燃料或固體燃料揮發分析出、碳氣化后的可燃氣體分子(CH₄、H₂、CO等)生成新的化學鍵，吸收熱量(發生吸熱反應)。若改變燃料反應器內氣氛隨之改變，爐內發生燃燒或氣化過程。燃料反應器排氣中無N₂，只需簡單的冷凝(H₂O(g)→H₂O(l))而不需要消耗額外的能量可得到含碳氣體(燃燒：CO₂；氣化：CO/CH₄等)。循環物料被運輸到空氣反應器重新攜帶晶格氧，完成一次循環，整個過程釋放-吸收的能量等于傳統燃燒/氣化的能量，卻實現了能量梯級利用的原則，可以提高系統中能量的利用效率。此外，該技術可以盡量抑制NO_x的生成。因此，化學鏈燃燒技術應用于燃料的轉化過程，對CO₂排放進行了收集，實現燃料的經濟、高效、清潔利用具有重要意義。

由于燃料反應器內發生的所有化學反應中，碳的氣化過程最緩慢，碳轉化率相對低，未反應殘炭與載氧體在反應器內混合均勻，難以分離，隨循環進入空氣反應器燃燒生成CO₂排出，導致捕集效率降低。為實現殘炭與載氧體的分離，提出了碳分離器的設計。

目前，碳分離器的設計理念目前主要有兩種：一種是殘炭顆粒停留時間延長法，即通過延長殘炭與載氧體從燃料反應器到空氣反應器的路徑，增加殘炭顆粒的停留時間，使得其充分氣化，與載氧體分離，該方法一般通過在燃料反應器與空氣反應器之間增設碳分離器(鼓泡床)實現，當燃料反應器反應不充分時，碳分離器需要大的體積和流動阻力來延長殘炭停留時間，因此，容易導致兩個反應器之間物料交換有嚴重的遲滯；另一種是殘炭顆粒與載氧體分離法，即基于殘炭顆粒和載氧體顆粒物性差異(終端速度、密度、粒徑、磁性等)，將殘炭顆粒從混合物中分離出來，送回燃料反應器繼續反應，從而增加殘炭顆粒反應率的方法，由于燃料顆粒和載氧體顆粒經過多次循環后，容易發生破碎或燒結，導致顆粒的分離物性差異變小，從而存在分離效率下降的問題。

發明內容

本發明要克服現有技術的上述缺點，提出一種耦合夾套式碳分離器的并置雙流化床化學鏈燃燒/氣化裝置。