[發明專利]一種用于含碳燃料的鈣基化學鏈氣化制備高熱值合成氣的系統及制氣方法

有效

• 申請號: 202010715580.8
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN112011377B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 蔡建軍;鄭文亨;韓杰
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 蔣杰

本發明涉及一種用于含碳燃料的鈣基化學鏈氣化制備高熱值合成氣的系統及方法，包括反應器、燃燒裝置、氣化裝置、換向閥、進氣管和輸出管；反應器的外側壁上下設有第一接口和第二接口，其內頂部布置有燃燒器，中部設有鈣基吸附劑床層；燃燒裝置的一端連接換向閥的第一接頭，其另一端連接第一接口或第二接口中的一個；氣化裝置的一端連接換向閥的第二接頭，其另一端連接第二接口或第一接口中的另一個；進氣管連接換向閥的第三接頭，在進氣管上設有第一閥門和第一引風機，輸出管連接換向閥的第四接頭；換向閥的第一接頭與第二接頭相對設置，其第三接頭與第四接頭相對設置。本發明的有益效果是：有效降低鈣基吸附劑的磨損失活、減小系統流化態極難控制的功能。

技術領域

本發明屬于含碳燃料的高效轉換利用技術領域，涉及一種用于含碳燃料的鈣基化學鏈氣化制備高熱值合成氣的系統及制氣方法。

背景技術

以天然氣為燃料的發電技術，如聯合循環發電、熱電聯產、天然氣分布式發電設施等具有優于煤炭的能效優勢。研究表明，以天然氣為原料的大型聯合循環電廠的熱效率可高達61％；在熱電聯產電廠中，天然氣轉換效率可超過80％；以天然氣為原料的小規模燃氣內燃機或航改型燃氣輪機直接轉換效率可達45％。這對于降低中國單位GDP一次能源消耗量具有重要意義。其次，煤電廠可向大氣排放大量二氧化硫及氮氧化物，最終形成酸雨，這極大地影響了我國糧食產量。此外，煤炭燃燒排放的污染物的高度聚集是形成PM2.5的主要原因之一，由此帶來了嚴重的霧霾問題。相比煤炭，天然氣燃燒只需產生23％的氮氧化物、50％的二氧化碳以及近乎為零的二氧化硫排放。此外，鑒于中國能源需求的快速增長及中國對石油和優質煤炭的進口越來越多，使得更大范圍內選用天然氣非常重要。由此可見，天然氣在能效、環境可持續性、能源安全與彈性方面具有多重優勢。

然而，天然氣為一次能源，大量使用天然氣將促使我國天然氣對外依存度的連續攀升。提高天然氣來源的多樣化或大力發展天然氣的可替代能源，對于緩解我國能源安全問題具有重要意義。在眾多技術中，將含碳燃料通過鈣基化學鏈氣化技術制備成高熱值合成氣，這對于降低我國天然氣對外的依存度具有重要意義。此外，含碳燃料既可來自一次能源，如煤炭，又可來自可再生能源與固體廢棄物，如生物質與城市生活垃圾。這極大地提高了我國經濟的可持續發展及原料來源的多樣性。

鈣基化學鏈氣化技術具有高效制取高熱值合成氣、原位碳捕集及成本高度集約化的特點，被認為是未來清潔能源領域先驅技術。然而，鈣基吸附劑的快速失活一直是制約該項技術商業化進程的重大因素。在鈣基化學鏈氣化技術中，鈣基吸附劑的失活主要來源于磨損及高燒燒結。目前，對于如何提高鈣基吸附劑的抗高溫燒結性能已有大量研究，并取得了許多顯著的成果，已具備量產及商業化的基本條件。與之相比，如何降低鈣基吸附劑的抗磨損性能成為了該項技術的研究重點。目前，鈣基化學鏈氣化系統主要由雙反應床組成，導致鈣基吸附劑需在雙床間不斷循環流化，這大大增加了鈣基吸附劑顆粒間及鈣基吸附劑顆粒與器壁間的磨損，使得鈣基吸附劑的磨損失活傾向大幅提高。此外，由于雙床流化有反應器結構的差別及循環雙床循環流化的要求，使得系統中流化介質的流化態極難控制，操作參數復雜、控制難度大。上述因素極大的增加了鈣基化學鏈氣化技術的商業化進程。

由此可見，采用高熱值合成氣作為天然氣的替代燃料，將隨著天然氣需求量的激增迎來廣闊的應用市場；而以鈣基化學鏈氣化制備高熱值合成技術為中心的制備方法，將面臨鈣基吸附劑磨損失活嚴重、雙床流化態控制難度高、系統投資成本高等技術制約因素，難以快速實現商業化。因此，開發一種可有效降低鈣基吸附劑顆粒磨損的單床化學鏈氣質制備高熱值鈣基吸附劑系統及制氣方法，對于推動該技術的商業化應用具有重要意義。

發明內容

綜上所述，為克服現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種用于含碳燃料的鈣基化學鏈氣化制備高熱值合成氣的系統及制氣方法。