[发明专利]一种化学链燃烧固体燃料的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学链燃烧的方法和装置，尤其涉及一种化学链燃烧固体燃料并分离CO₂的方法及其装置。

背景技术

自从工业文明以来，地球大气中的CO₂浓度由于人类的生产活动而急剧上升。CO₂作为一种典型的温室气体，直接导致温室效应。随着近年来全球气候变化日益显著，CO₂捕集与封存（CCS）技术成为当今能源和环境科学领域研究的热点问题。化学链燃烧是20世纪80年代发展起来的一种CO₂分离捕集技术。化学链燃烧过程在两个反应器内完成，一个是空气反应器，另一个是燃料反应器，在两个反应器中循环的固体物质叫做载氧体。在空气反应器中，低价态的载氧体被空气中的氧气氧化成为高价态，载氧体获得氧；高价态的载氧体进入燃料反应器，在燃料反应器中被燃料气体还原，即载氧体释放氧，载氧体由高价态重新回到为低价态，燃料反应器的气体产物为水蒸气和CO₂，冷凝分离出其中的水后，得到纯净的CO₂，实现CO₂的分离；低价态的载氧体回到空气反应器进行下次循环。化学链燃烧总的反应仍为燃料在空气中的燃烧反应，获得与燃料在空气中燃烧相等的热量，但是经过这个循环，化学链燃烧过程实现了CO₂的内在分离而不需要额外的能耗。因此，化学链燃烧是一种具有前途的CO₂捕集技术并成为当今的研究热点之一。

发明内容

本发明提供了一种化学链燃烧固体燃料的方法和装置，本发明在实现固体燃料燃烧的同时能够有效分离CO₂，具有减少温室气体排放的优点，本发明利用充分利用反应自身放热，降低系统成本，提高可靠性。

本发明的技术方案如下：

一种化学链燃烧固体燃料的方法，将煤与水蒸气通过气化反应器下端的燃料水蒸气入口加入气化反应器中，气化反应器的温度控制在900-950℃，煤与水蒸气发生气化反应，生成含有主要成分为H₂、CO的合成气；气化过程产生的灰渣通过气化反应器底部的排渣口排出；合成气经过输送管进入燃料反应器的底部；将低价态的载氧体Ni置于空气反应器中，在空气反应器底部中通入空气，空气反应器处于流态化，空气反应器的温度控制在900-950℃，Ni被空气氧化，生成高价态的NiO，同时释放出热量，用于提供气化反应器中的反应所需热量；NiO被空气提升至旋风分离器，气固经过分离，分离后气体从旋风分离器出口逸出，NiO通过旋风分离器下料管进入燃料反应器；来自气化反应器的合成气经过输送管进入燃料反应器；燃料反应器处于鼓泡流态化，燃料反应器的温度控制在850-900℃，来自气化反应器的合成气与高价态载氧体NiO发生反应，固体产物为Ni，气体产物为CO₂与水蒸气；CO₂与水蒸气经过燃料反应器出口逸出，冷凝分离出其中的水后，得到纯净的CO₂，实现CO₂捕集；燃料反应器中的Ni经过溢流槽重新回到空气反应器，从而使Ni实现循环利用。

本发明的装置方案如下：

一种用于上述化学链燃烧固体燃料的方法的装置，由空气反应器、气化反应器、旋风分离器、输送管、燃料反应器、溢流槽以及旋风分离器下料管组成；气化反应器置于空气反应器内部；气化反应器的顶端连接输送管；输送管连接燃料反应器底部；空气反应器的上端与旋风分离器相连；旋风分离器的下端为旋风分离器下料管；旋风分离器下料管插入燃料反应器的内部；燃料反应器通过溢流槽与空气反应器下端侧相连；溢流槽的底部设有松动风口；气化反应器的底部设有燃料水蒸气入口与排渣口。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：