[发明专利]一种化学链燃烧的燃料反应器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学链燃烧的燃料反应器装置。尤其涉及能够分离二氧化碳的化学链燃烧的燃料反应器装置。

背景技术

温室气体排放带来的全球变暖问题正在引起人们的重视。CO₂作为最主要的温室气体，研究CO₂减排技术迫在眉睫。烟气中的CO₂常常被大量氮气稀释，CO₂的分离与回收成本很高。在燃烧过程中生成高浓度的CO₂或便于CO₂分离的气相混合物，同时消除其他污染物的生成、排放是一条有效途径。化学链燃烧正是具有上述特性的一种新型燃烧方式，基本原理是将传统的燃料与空气直接接触反应的燃烧借助于载氧体的作用分解为两个气固反应，燃料与空气无需接触，由载氧体将空气中的氧传递到燃料中。

化学链燃烧系统包括两个反应器：空气反应器(即氧化反应器)、燃料反应器(即还原反应器)。载氧体是参与反应传递氧的物质，以下以金属氧化物载氧体(NiO)为例说明化学链燃烧的基本工作原理：

在燃料反应器内金属氧化物(NiO)与燃料气体(CO)发生还原反应(见附图5)：

NiO+CO→Ni+CO₂                                   (1)

在燃料反应器内被还原的金属颗粒(Ni)回到空气反应器并与空气中的氧气发生氧化反应：

Ni+O₂→NiO                                       (2)

式(1)与式(2)相加即为传统燃烧反应：

CO+O₂→CO₂                                       (3)

本发明涉及概念--载氧量，公式如下：

例如

其意义可理解为，单位质量载氧体所携带的参与反应的氧量。

与传统燃烧相比化学链燃烧的优势就在于其排放气体的为高浓度的CO₂，而与传统的煤气化相比，化学链燃烧无需空气分离过程，节省了空气分离所需能耗。化学链燃烧正是具有上述特性的一种新型燃烧方式，而如何对化学链燃烧的反应器进行设计使之实现上述优势，则成为了化学链燃烧能否应用的关键。

发明内容

本发明提供一种用于化学链燃烧的燃料反应器装置，本发明在进行化学链燃烧的同时能有效分离二氧化碳，具有不需额外的能量消耗且利于环保的优点。

目前化学链燃烧采用的两种燃料分别为气体燃料和固体燃料，在本装置中，若采用气体燃料(天然气)，从本装置的布风板处直接通入气体燃料，气体燃料与载氧体直接反应。若采用固体燃料(煤、生物质、石油焦及天然焦)，固体燃料由进料口进入混合反应室，从布风板处通入水蒸气，由载氧体为固体燃料和水蒸气的气化反应提供热量，生成合成气。气体燃料与固体燃料生成的合成气统称为燃料气。

本发明的装置技术方案如下：

本发明公开一种化学链燃烧的燃料反应器装置，由混合反应室、溢流槽、过渡段、提升管及二氧化碳分离器组成，提升管通过过渡段与混合反应室相连，提升管的下端设有进料口，而提升管的上端与二氧化碳分离器的上端相连，二氧化碳分离器的下端通过溢流槽与混合反应室相连。混合反应室的下端设有布风板。混合反应室的下端设有固体燃料进口。混合反应室的外侧设有排料口。溢流槽的下端设有松动风口。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)在燃料反应器流化床内，混合气化反应室横截面积远大于提升管横截面积，而床体横截面积的变化，导致流化速度发生变化，使混合气化反应室呈现为鼓泡流化床状态，而提升管呈现为循环床状态。从进料口进入提升管底部的载氧体，利用提升管的夹带作用，首先在燃料反应器流化床的提升管中实现流化，在混合反应室未完全反应的燃料气上升至提升管中，燃料气在提升管中与过量的较高价态载氧体反应转化为二氧化碳水蒸气混合气，经过二氧化碳分离器，冷凝后获得洁净的二氧化碳，而部分较高价态的载氧体则转化为较低价态的载氧体。未反应的较高价态的载氧体及反应后的较低价态的载氧体经过二氧化碳分离器，并从二氧化碳分离器底端通过返料槽进入混合反应室。在混合反应室中载氧体进一步与燃料气反应，转化为较低价态的载氧体。